Tóm tắt giảng lưu chất Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM CƠ LƯU CHẤT Giảng viên: Hùynh công Hoài – ĐH Bách Khoa Tp HCM M.E(AIT,Thailand), Ph.D (INPT,Pháp) (http://www.hcmut.edu.vn/~hchoai/baigiang) Gíao trình lưu chất - Bộ môn Cơ lưu Chất Bài tập lưu chất – BMCơ lưu Chất -Lê song Giang - Nguyễn thị Phương 3.Thủy lực đại cương – Nguyễn Tài, Tạ ngọc Cầu 4.Thủy lực ( Tâp I) Nguyễn văn Tảo , Nguyễn cảnh Cầm 5.Fundamentals of Fluid mechanics – Phillip M Berhart, Richard J Gross, John I Hochstein Second edition, Addison –wesley Publising Company Inc 1985 6.Applied Fluid Mechanics- Robert L Mott , Fourth edition , Macmillian Publishing Company, 1990 Fluid mechanics – John Doughlas, Janusz M Gasiorek , John A Swaffiield Fourth edition, Prentice Hall, 2001 E-book : Fundamentals of fluid mechanics – by Bruce R Munson, Donald F Young, Theodore H.Okiishi , John Wiley & Sons Inc 2006 E-book : Shaum’s interactive Fluid mechanics – Giles R.V et al 10 Website: https://ecourses.ou.edu/cgi-bin/ebook.cgi?doc=&topic=fl Chean Chin Ngo, Kurt Gramoll 11 Website : http://www.engin.umich.edu Thời gian giảng dạy: 42 tiết Hình thức thi: Trắc nghiệm Giữa học kỳ (20%) : câu lý thuyết câu toán (45 phút) Cuối học kỳ (80%) : 12 câu lý thuyết câu toán (90 phút) Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM Chương 1: MỞ ĐẦU I.GIỚI THIỆU MÔN HỌC CƠ LƯU CHẤT - Đối tượng nghiên cứu : Lưu chất : chất lỏng chất khí - Phạm vi nghiên cứu : - nghiên cứu qui luật chất lỏng chất khí đứng yên chuyển động Tại phải nghiên cứu lưu chất ? Kiến thức môn CLC ứng dụng nhiều lónh vực : + Nghiên cứu thiết kế phương tiện vận chuyển : xe hơi, tàu thủy, máy bay, hỏa tiển + Ứng dụng lónh vực xây dựng cấp, thoát nước, công trình thủy lợi (cống, đê, hồ chứa, nhà máy thủy điện ), tính toán thiết kế cầu, nhà cao tầng + Tính toán thiết kế thiết bị thủy lực : máy bơm, tua bin, quạt gió, máy nén + Ứng dụng khí tượng thủy văn : dự báo bão, lũ lụt , + Ứng dụng y khoa: mô tuần hoàn máu thể, tính toán thiết kế máy trợ tim nhân tạo II CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA LƯU CHẤT: 2.1 KHỐI LƯNG – TRỌNG LƯNG Khối lượng (KL) đại lượng không thay đổi theo không gian Trọng lượng (TL) = KL x g (gia tốc trọng trường ) => thay đổi theo g Đơn vị : Khối lượng Trọng lượng Kg N (kgm/s2) Kgf (9,81 N) (kilogam lực) Tf (1000 Kgf) (Tấn lực) - Khối lượng riêng (ρ) Đơn vị : Ví dụ : Trọng lượng riêng (γ) kg/m3 ρnước N/m3 : 1000 kg/m3 ρkhông khí : 1,228 kg/m3 γnước : 9810 N/m3 γkhông khí : 12,07 N/m3 - Tỉ trọng : δ = ρ /ρnước = γ /γnước Ví dụ : δnước = 1, Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com δthuûy ngân = 13,6 Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM 2.2 TÍNH NHỚT CỦA LƯU CHẤT (Viscosity) Quan sát dòng chảy : Newton y τ =μ du dy Trong : τ : ứng suất ma sát τ dy u(y) y (N/m2) u μ : hệ số nhớt động lực u : vận tốc, phụ thuộc vào y Đơn vị μ : Ns m2 Đơn vị chuẩn : Ngoaøi : kg ms Pa.S poise , poise = 0,1 kg ms Ngoài hệ số động lực, người ta sử dụng hệ số nhớt động học , định nghóa μ υ= ρ Đơn vị : m2/s hay stoke , stoke = 1cm2 /s = 10-4 m2/s Tính chất hệ số nhớt: Chất lỏng: nhiệt độ tăng hệ số nhớt giảm Hệ số nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ : Hệ số nhớt phụ thuộc vào áp suất: Chất khí: nhiệt độ tăng hệ số nhớt tăng Chất lỏng: áp suất tăng hệ số nhớt tăng Chất khí : hệ số nhớt không thay đổi áp suất thay đổi Chất lỏng Newton phi Newton Hầu hết loại lưu chất thông thường nước, xăng, dầu … thỏa mãn công thức Newton (1) , nhiên có số chất lỏng (hắc ín, nhựa nóng chảy, dầu thô ) không tuân theo công thức Newton gọi chất lỏng phi Newton, chất lỏng thông thường chảy trạng thái chảy rối không tuân theo công thức Newton Lưu chất lý tưởng lưu chất thực Lưu chất lý tưởng: ma sát Lưu chất lý tưởng: có ma sát Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM 2.3 TÍNH NÉN CỦA LƯU CHẤT : Moduyn đàn hồi: Knước = 2,2 109 K = −V hay K=ρ dp dρ ( M = ρV => dM = ρdV +Vdρ = 0) N/m2 Đối với chất khí lý tưởng : Với : dp dV p = ρ RT p : áp suất tuyệt đối (N/m2 ) ρ : khối lượng riêng R : số khí, phụ thuộc vào loại khí T : nhiệt độ tuyệt đối ( nhiệt ñoä Kelvin , 0o C = 273 ñoä Kelvin) - Hầu hết loại chất lỏng khó nén nên xem lưu chất không nén - Một dòng khí chuyển động với vận tốc nhỏ thay đổi khối lượng riêng không đáng kể nên xem lưu chất không nén - Khi dòng khí chuyển động với vận tốc lớn 0,3 lần vận tốc âm (khoảng 100 m/s) thi xem lưu chất nén Từ phương trình pV = const p : áp suất tuyệt đối V : thể tích 2.4 ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA: Trong không gian kín, phần tử chất lỏng bốc hới đạt đến trạng thái bão hoà tạo áp suất khoảng không gian kín gọi áp suất bão hòa Áp suất bão hoà tăng theo nhiệt độ Ví dụ 32,20C, pbão hoà nước 0,048at 1000C, pbão hoa nước 1at Khi áp suất chất lỏng ≤ Áp suất bão hoà ⇒ chất lỏng bắt đầu sôi (hoá khí) Ví dụ cho nước sôi 32,20C hạ áp suất xuống 0,048at Trong số điều kiện cụ thể, tượng khí thực (cavitation) xảy áp suất chất lỏng nhỏ Pbão hoà Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM 2.5 SỨC CĂNG MẶT NGOÀI VÀ HIỆN TƯNG MAO DẪN (Xem tài liệu tham khảo) CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Câu Một dòng chảy có biểu đồ phân bố vận tốc tuyến tính hình vẽ ứng suất ma sát phần tử AB là: A a) Lớn A b) Lớn B c) Đều tất điểm AB B d) Đều không tất điểm AB A Câu Một dòng chảy có biểu đồ phân bố vận tốc hình vẽ ứng suất ma sát phần tử AB là: a) Nhỏ A b) Lớn A c) Nhở B d) Cả điều sai Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com B Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM Câu Một lưu chất có môduyn đàn hồi nhỏ thì: a ) Khó nén b) Dễ nén c) Khả đàn hồi d) Cả b) c) Câu Một khối khí lý tưởng có khối lượng Mo áp suất po Nếu áp suất tăng đến p1 > po điều kiện nhiệt độ không đổi khối lượng khối khí (M1) điều kiện áp suất p1 laø : a) M1 = Mo b) M1 > Mo c) M1 < Mo d) Chưa thể biết phụ thuộc vào moduyn đàn hồi lớn hay nhỏ Câu 5: Sự ma sát phần tử chất lỏng chuyển động phụ thuộc vào: a) Sự phân bố vận tốc dòng chảy b) c) p suất dòng chảy Tính chất chất lỏng d) Cả a) b) Câu : Một khối chất lỏng tích không đổi, đặt mặt đất mặt trăng : a) Trọng lượng không đổi b) Trọng lượng riêng không đổi c) Tỉ trọng không đổi d) Cả a) b) Câu Khi giảm nhiệt độ ma sát phần tử lưu chất chuyển động: a) Luôn giảm chất lỏng b) Luôn giảm chất khí c) Luôn giảm cho tất loại lưu chất d) Cả sai Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM Câu Hệ số nhớt động lực học lưu chất thỉ : a) Một số có thứ nguyên b) Phụ thuộc vào trạng thái chảy c) Phụ thuộc vào nhiệt độ d) Cả a) c) Câu Khối lượng riêng chất khí : a) Thay đổi gia tốc trọng trường thay đổi c) Sẽ giảm áp suất tăng chất khí lý tưởng b) Sẽ tăng áp suất tăng d) Cả a) b) Câu 10 Một dòng chảy có biểu đồ phân bố vận tốc hình bên Ứùng suất ma sát (τ) điểm A,B,C là: b) τC < τA < τB a) τA < τB < τC c) τB = τC < τA d) τC < τB < τA C• B• A • Ví dụ 1: Đường ống có đường kính d, dài l, dẫn dầu với hệ số nhờn μ, khối lượng riêng ρ Dầu chuyển động theo quy luật sau: u=ady-ay2 (a>0; 04.106 ) λ = f( Δ/D) Prandtl-Nicuradse: Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com D D = lg + 1,14 ≈ lg(3,17 Δ Δ λ Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM 0,1 0,09 ĐỒ THỊ MOODY Khu chuyển tiếp Khu Chảy tầng Khu chảy rối thành nhám Khu chảy rối thành nhám hoàn toàn (Khu sức cản bình phương) 0,08 0,05 0,04 0,07 0,06 0.03 0,05 λ 0,02 0,015 0,04 0,01 0,008 0,006 0,004 _ 0,03 0,025 0,002 Δ=Δ/D 0,001 0,02 0,000 0,000 Khu chảy rối thành trơn 0,015 0,000 0,000 0,01 0,009 0,008 0,000 05 0,000 005 0,000 007 x103 45 14 x10 45 15 x10 45 16 x10 45 17 x10 0,000 01 18 x10 Re =ρ vD/ μ 3.Tổn thất cục bộ: h c = ξc Tính theo công thức thực nghiệm Weisbach: ξ hệ số tổn thất cục (phụ thuộc vào dạng tổn thất) V2 2g V vận tốc dòng chảy vị trí sau xảy tổn thất Mở rộng đột ngột ⎛ A ⎞ ξ = ⎜1 − ⎟ ⎜ A2 ⎟ ⎠ ⎝ ⎞ ⎛A ξ = ⎜ − 1⎟ ⎟ ⎜A ⎝ ⎠ với V1 với V2 V2 V1 Ở miệng ống: ξc=1 Ở miệng vào ống: ξc=0,5 TS Huỳnh cơng Hoài –BM Cơ lưu Chất - ĐHBK HCM Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM IV CÁC BÀI TOÁN TRONG ĐƯỜNG ỐNG h f = hd hc5%hd : ống ngắn Phân biệt đường ống dài, ngắn h f = hd + hc Đường ống mắc nối tiếp A A B Mặt chuẩn H l1; d1; λ1 B l2; d2; λ2 l3; d3; λ3 V A2 p A V2 p + + z A = B + B + z B + h fA− B 2g γ 2g γ 2 2 ⎛ V2 ⎞ V1 V2 V2 l V l V l3 V3 ⎞ ⎛ ⎟ + ⎜ξ + ξ mr + ξ th + ξ ⎟ H = ⎜ λ1 1 + λ 2 + λ vao ⎜ d 2g d 2g d3 2g ⎟ ⎜ 2g 2g 2g 2g ⎟ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎛ ⎞ l l Q ⎜ l3 1 1 ⎟ λ + λ2 + λ3 + ξ vao + ξ mr + ξ th + ξ H= ⎜ d A2 2 2 2 2g d2 A d3 A A1 A1 A2 A3 ⎟ 1 ⎝ ⎠ Trong A1, A2 , A3 tiết diện ống 1, 2, thông số lại Q chảy ống biết Đường ống mắc song song (bỏ qua tổn thất cục bộ) l1, d1, n1 A B l2, d2, n2 L3, d3, n3 Gọi EA EB nặng lượng A B Nếu xét dòng chảy từ A đến B ống , ta có tổn thất oáng soá laø : hf1 = EA – EB Tương tự, xét dòng chảy từ A đến B ống hf2 = EA – EB tổn thất ống : Như Nếu bỏ qua tổn thất cục : hf3 = EA – EB hf1 = hf2 = hf3 h d1 = h d = h d3 hay Q1 K1 Q2 K2 vaø l1 = Q2 K2 l2 = l2 Q3 K3 l3 Q=Q1 + Q2 + Q3 Từ phương trình (i), (ii), (iii) Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com (i) (ii) (iii) Q1, Q2 Q3 Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM Đường ống nối hồ chứa (bỏ qua tổn thất cục bộ) Đường Đường gỉa sử Ej Ej Ej l1; d1; n1 Z2 l2; d2; n2 Z1 J Mặt chuẩn l3; d3; n3 Đường Chảy từ J Chảy từ J Không chảy ống Cách xác định chiều dòng chảy ống Đường gỉa sử Ej l1; d1; n1 l2; d2; n2 Z1 J Mặt chuẩn l3; d3; n3 Giả sử cao trình lượng J , Ej ngang với mực nước bồn Tổn thất ống h d1 = Tổn thất ống h d2 = Tổn thất ống h d3 = Q1 K1 Q2 K2 Z2 l1 l2 Q3 l K3 => z1 − z = => = => Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Q1 K1 Q22 l2 K 22 z2 = Q1 > Q3 => oáng dòng chảy từ J bồn Q1 < Q3 => ống dòng chảy từ bồn J Q1 = Q3 => ống dòng chảy Q32 l3 K 32 l1 Q1 = K1 z1 − z l1 Q2 = Q3 = K z2 l3 Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Baùch Khoa HCM Ej l1; d1; n1 Z2 l2; d2; n2 Q1 J Mặt chuẩn Z1 Q2 Q3 l3; d3; n3 Thí dụ trường hợp xảy ra, Q1 > Q3 Tổn thất ống : z1 − E j = Q1 l K1 Q2 E j − z = l2 K2 2 Q3 Ej = l K3 Tổn thất ống Tổn thất ống => z1 − E j Q1 = K l1 => => E j − z2 l2 Q2 = K Q3 = K Ej , Q1 , Q2 , Q3 Ej l3 Q1 = Q2 + Q3 Mạng đường ống kín: C i Q QD D G iii ii A J K H E iv vi vii QL B F I L QB Lưu lượng ống xác định dựa vào điều kiện dòng chảy mạng kín sau Tại nút lưu lượng đến phải lưu lượng Trong vòng kín, tổng tổn thất phải không Qui ước dòng chảy theo chiều tính tóan tổn thất lấy dấu dương (+) dòng chảy ngược chiều tính tóan tổn thất lấy dấu âm (-) Bước tính toán Bước 1: Tự phân phối lưu lượng ống cho thỏa mãn điều kiện Bước 2: Điều chỉnh lại lưu lượng ống cho thỏa mãn điều kiện Áp dụng phương pháp Hardy Cross Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM Phương pháp Hardy Cross Áp dụng cho công thức tính tổn thất dọc dường có dạng Thí dụ hd = Q2 K2 l m= l/K2 x= hd = m Qx Gọi Qi lưu lượng tự phân phối ống i ( chưa thỏa mãn điều kiện 2) ΔQ lưu lượng cần điều chỉnh vòng để thỏa mãn điều kiện Tổn thất lượng ống i điều chỉnh hdi = mi (Qi +ΔQ)x Gần hdi = mi (Qi x +xΔQ Qx-1 + …….) hdi = mi (Qi x +xΔQ Qx-1) Trong vòng kín, tổng tổn thất phải không ∑ m i (Q ix + x ΔQ Q ix −1 ) k = i =1 k ∑m Q i =1 i k x i + xΔQ ∑ mi Qix −1 = i =1 k ΔQ = − ∑m Q i =1 k i x i x ∑ mi Qix −1 i =1 Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com với k số ống vòng ... www.fineprint.com Tóm tắt giảng Cơ lưu chất- TS Huỳnh công Hoài ĐH Bách Khoa HCM Chương 1: MỞ ĐẦU I.GIỚI THIỆU MÔN HỌC CƠ LƯU CHẤT - Đối tượng nghiên cứu : Lưu chất : chất lỏng chất khí - Phạm... (http://www.hcmut.edu.vn/~hchoai/baigiang) Gíao trình lưu chất - Bộ môn Cơ lưu Chất Bài tập lưu chất – BMCơ lưu Chất -Lê song Giang - Nguyễn thị Phương 3.Thủy lực đại cương – Nguyễn Tài, Tạ ngọc Cầu 4.Thủy lực ( Tâp... tử lưu chất chuyển động: a) Luôn giảm chất lỏng b) Luôn giảm chất khí c) Luôn giảm cho tất loại lưu chất d) Cả sai Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com Tóm tắt giảng Cơ lưu chất-