Bài giảng Cơ lưu chất - Chương 1: Mở đầu
Caùc thoâng tin caàn thieát
Taøi lieäu tham khaûo:
o
Giaùo trình Cô löu chaát (Bm. CLC)
o
Baøi taäp Cô löu chaát (LS Giang & NT Phöông)
Thi cuoái kyø (80%):
o
Hình thöùc: traéc nghieäm, ñeà môû (ñöôïc xem taøi lieäu)
o
Soá löôïng caâu: - lyù thuyeát: 12 caâu x 0,3ñ/caâu = 3,6ñ
- baøi toaùn: 8 caâu x 1,2ñ/caâu = 9,6ñ
Toång soá ñieåm: 13,2/10
o
o
Thôøi gian: 90’
Thi giöõa kyø (20%): = 1/2 thôøi gian vaø soá caâu hoûi cuûa thi cuoái kyø
CHÖÔNG 1: MÔÛ ÑAÀU
I./ Ñònh nghóa moân hoïc, ñoái töôïng vaø phöông phaùp nghieân cöùu
II./ Caùc tính chaát cô baûn cuûa löu chaát
III./ Löïc taùc duïng trong löu chaát
I./ Ñònh nghóa moân hoïc, ñoái töôïng vaø phöông phaùp nghieân cöùu:
1./ Ñònh nghóa moân hoïc:
Cô löu chaálamoämoân khoa hoïthuoälaõnh vöïCô hoïcnghieân cöùu
caùc quy luaächuyeån ñoäng vañöùng yeân cuûa löu chaávacaùc quatrình
töông taùlöïc cuûa noleân caùc vaäthekha.
Cô hoïc lyù thuyeát
Cô hoïc vaät raén bieán daïng
Cô hoïc
Cô hoïc ñaát
Cô löu chaát
Cô löu chaát
...
Thuyû löïc
Khí ñoäng löïc hoïc
I./ Ñònh nghóa moân hoïc, ñoái töôïng vaø phöông phaùp nghieân cöùu tt)
2./ Ñoái töôïng nghieân cöùu:
Löu chaát goàm: chất lỏng, chất khí
*Tính chaát :
- Löïc lieân keát phaân töû yeáu coù hình daïng cuûa vaät chöùa noù.
- Tính chaûy ñöôïc khoâng chòu löïc caét vaø löïc keùo
- Tính lieân tuïc
*Khaùc bieät giöõa chaát loûng vaø chaát khí laø ôû tính neùn ñöôïc, nhöng
chæ khi vaän toác ñuû lôùn (V > 0.3c).
3./ Phöông phaùp nghieân cöùu:
- Caùc ñònh luaät Cô hoïc cuûa Newton vaø caùc ñònh luaät veà baûo
toaøn vaø chuyeån hoaù trong cô hoïc
caùc phöông trình moâ taû traïng thaùi giaûi u, p…
- Phöông phaùp giaûi:
+ phöông phaùp giaûi tích
+ phöông phaùp thöïc nghieäm
II./ Caùc tính chaát cô baûn cuûa löu chaát:
1./ Khoái löôïng rieâng :
-Khoái löôïng rieâng laø khoái löôïng cuûa moät ñôn vò theå tích löu chaát.
m
V
= lim
V →0
A
V, m
Thöù nguyeân: [] = ML-3
Ñôn vò: kg/m3
- Troïng löôïng rieâng : laø löïc taùc duïng cuaû troïng tröôøng leân khoái
löôïng cuûa moät ñôn vò theå tích chaát ñoù.
Ñ.löôïng
Nöôùc
K.khí
T.ngaân
= g
Thöù nguyeân: [] = ML-3
Ñôn vò: kgf/m3 hay N/m3
, kg/m3
, N/m3
1000
9,81.103
1,228
12,07
13,6.103
133.103
- Tyû troïng: tyû soá giöõa troïng löôïng rieâng cuûa moät chaát vôùi troïng
löôïng rieâng cuûa nöôùc n ôû ñieàu kieän chuaån
= / n
II./ Caùc tính chaát cô baûn cuûa löu chaát(tt):
2./ Tính neùn ñöôïc:
Suaát ñaøn hoài ñaëc tröng cho tính neùn ñöôïc cuûa löu chaát.
P
- Ñoái vôùi chaát loûng:
P
V /V0
dP
dV
= −V0
E = −lim
V
V →0
p
Nöôùc ôû 200C coù En = 2,2x10 9N/m2
Löu chaát ñöôïc xem laø khoâng neùn ñöôïc khi khoái löôïng rieâng thay
ñoåi khoâng ñaùng keå ( = const). Chaát loûng thöôøng ñöôïc xem laø
khoâng neùn ñöôïc trong haàu heát caùc baøi toaùn kyõ thuaät.
Ví duï 1: Moät xilanh chöùa 0,1 lít nöôùc ôû 200C. Neáu eùp piston ñeå
theå tích giaûm 1% thí aùp suaát trong xilanh taêng leân bao nhieâu?
Giaûi: ÔÛ 200C, suaát ñaøn hoài cuûa nöôùc En = 2,2x10 9N/m2
Theå tích giaûm 1%: dV/V = -1/100
Vaäy aùp suaát taêng: dP = -EndV/V = 2,2x109x10-2 = 2,2x107 N/m2
= 2,2x107Pa
II./ Caùc tính chaát cô baûn cuûa löu chaát(tt):
- Ñoái vôùi chaát khí:
Söû duïng phöông trình traïng thaùi cuûa khí lyù töôûng:
p = RT
+p laø aùp suaát tuyeät ñoái (N/m2= pascal= J/m3)
+ laø khoái löôïng rieâng (kg/m3)
+T laø nhieät ñoä tuyeät ñoái (ñoä Kelvin 0K)
8314
+ R laø haèng soá, phuï thuoäc chaát khí
+ M laø phaân töû khoái cuûa chaát khí
R =
M
Ví duï 2: Moät bình coù theå tích 0,2m3, chöùa 0,5kg Nitrogen. Nhieät
ñoä trong bình laø 200C. Xaùc ñònh aùp suaát khí trong bình?
Giaûi: Giaû thieát khí Nitrogen laø khí lyù töôûng. Haèng soá khí lyù töôûng
cuûa Nitrogen laø R= 0,2968kJ/kg.K.
AÙp suaát tuyeät ñoái trong bình laø:
0,5kg
0,2m3
kJ
p = RT =
x0,2968
x(273 + 20)K = 218kPa
kg.K
II./ Caùc tính chaát cô baûn cuûa löu chaát(tt):
+ Neáu khí lyù töôûng vaø quaù trình neùn ñaúng nhieät (T = const)
Töø phöông trình p = RT p/ = const
hay pV = const
+ Neáu quaù trình neùn ñaúng entropi (quaù trình neùn khoâng ma saùt vaø
khoâng coù söï trao ñoåi nhieät): p/pk = const
k = cp/cv
R = cp – cv
cp – nhieät dung ñaúng aùp
cv – nhieät dung ñaúng tích
dp
E
c =
=
Vaän toác truyeàn aâm trong löu chaát:
d
Ñoái vôùi khí lyù töôûng trong quaù trình neùn ñaúng entropi:
kp
c =
= kRT
Ví duï 3: khoâng khí ôû 15,50C vôùi k =1,4; R = 287 m2/s2K
vaän toác truyeàn aâm trong khoâng khí laø c= 340,5m/s.
Nöôùc ôû 200C coù E = 2,2GN/m2 vaø =998,2kg/m3
c =1484 m/s
Ví du 4ï: Moät bình baèng theùp coù theå tích V = 0,2m3 chöùa ñaày nöôùc
ôû ñieàu kieän chuaån. Tìm gia taêng aùp suaát nöôùc trong bình sau khi
neùn theâm vaøo V’ = 2lít nöôùc ôû cuøng ñieàu kieän trong 2 tröôøng hôïp:
1/. Bình ñöôïc xem nhö tuyeät ñoái cöùng;
2/. Bình daõn nôû. Theå tích bình gia taêng = 0,01%/at cho moãi at
aùp suaát gia taêng.
Giaûi:
1/. Bình tuyeät ñoái cöùng:
Khoái nöôùc ban ñaàu ñöôïc xeùt laø: Vb+ V’ = 0,202m3
Theå tích nöôùc sau khi neùn laø theå tích bình Vb = 0,2 m3
Vaäy ñoä gia taêng aùp suaát laø:
V
V
= 2,2x109 x
(Vb ) − (Vb +V ')
Vb +V '
p = −E
= −E
0,002
= 2,18x107 Pa = 222at
0,202
2/.Neáu bình daõn.
Sau khi neùn, theå tích khoái nöôùc laø theå tích bình ñaõ daõn
Vbs = Vb[1+ p]
Bieán thieân theå tích nöôùc sau khi neùn laø:
V = Vbs - (Vb + V’) = Vb[1+ p] – (Vb+ V’)
= pVb – V’
pVb −V '
Vaäy:
Suy ra
p = −E
Vb +V '
V 'E
p =
VbE +Vb +V '
2,2.109 Pa
E =
= 2,24.104 at
98100Pa/at
(0,002m3)x(2,24.104 at)
0,0001x(0,2m3)x(2,24.104 at) + 0,202m3)
=
=68,9 at.
II./ Caùc tính chaát cô baûn cuûa löu chaát(tt):
3./ Tính nhôùt:
Löu chaát khoâng coù khaû naêng chòu löïc caét, khi coù löïc naøy taùc duïng,
noù seõ chaûy vaø xuaát hieän löïc ma saùt beân trong.
ÖÙng suaát ma saùt giöõa caùc lôùp löu chaát song song do söï chuyeån ñoäng
töông ñoái giöõa caùc lôùp phuï thuoäc vaøo gradient vaän toác du/dy.
*Ñaëc tröng cho ma saùt giöaõ caùc phaàn töû löu chaát trong chuyeån ñoäng
Ñònh luaät ma saùt nhôùt Newton:
y
u
du
u+du
u
=
( = const)
dy
dy
: öùng suaát tieáp, ñôn vò N/m2=Pa
du
x
: ñoä nhôùt ñoäng löïc hoïc, thöù nguyeân [] = FTL-2, ñôn vò N.s/m2
du/dy: suaát bieán daïng hay bieán thieân vaän toác theo phöông thaúng goùc
vôùi chuyeån ñoäng
II./ Caùc tính chaát cô baûn cuûa löu chaát(tt):
* Coù 2 loaïi löu chaát:
+ Löu chaát Newton: coù öùng suaát tieáp tæ leä thuaän vôùi suaát bieán daïng.
+ Löu chaát phi Newton: coù öùng suaát tieáp khoâng tæ leä vôùi suaát bieán daïng
Löu chaát phi Newton
*Ñoä nhôùt ñoäng löïc hoïc :
Löu chaát Newton
= const ñ/v löu chaát Newton
= 0 ñ/v löu chaát lyù töôûng
Löu chaát phi Newton
Ñoä nhôùt ñoäng hoïc:
0
du/dy
=
Ñ.löôïng
Nöôùc
1.10-2
K.khí
1,8.10-4
+ Ñoä nhôùt cuûa chaát loûng giaûm khi nhieät ñoä taêng.
+ Ñoä nhôùt cuûa chaát khí taêng khi nhieät ñoä taêng
, poise
, stoke
0,01
0,15
Ví duï 5: Chaát loûng Newton (heä soá nhôùt 1,9152 Pa.s) chaûy giöõa hai
taám phaúng song song, vôùi vaän toác phaân boá theo quy luaät:
2
3V
y
u =
1−
2
h
V laø vaän toác trung bình. Vôùi V = 0,6m/s vaø h = 0,51m. Tính öùng suaát
tieáp taùc duïng leân taám döôùi vaø taïi ñieåm giöõa.
du
dy
Giaûi: ÖÙng suaát tieáp ñöôïc tính töø coâng thöùc:
=
Ta coù:
du
dy
3Vy
h2
= −
du
dy
3V
taámdöôùi =
=
h
y=−h
3(0,6m/ s)
(0,51m)
taámdöôùi = (1,9152Pa).
= 6,759N /m2
Taïi ñieåm giöõa: y=0, du/dy = 0
=0
II./ Caùc tính chaát cô baûn cuûa löu chaát(tt):
4./ AÙp suaát hôi:
AÙp suaát hôi cuûa chaát loûng: laø aùp suaát cuïc boä cuûa phaàn hôi treân beà
maët tieáp xuùc vôùi chaát loûng
AÙp suaát hôi baõo hoaø: aùp suaát hôi ôû traïng thaùi maø quaù trình bay hôi
vaø ngöng tuï caân baèng (baõo hoøa)
* Hieän töôïng suûi vaø vôõ boït hôi:
+ Taïi moät soá vuøng naøo ñoù trong doøng
p
chaûy neáu aùp suaát tuyeät ñoái nhoû hôn giaù
trò aùp suaát hôi, chaát loûng seõ suûi boït
-> ñöùt ñoaïn chaân khoâng
Baét ñaàu suûi boït
+ Caùc boït khí naøy khi vôõ seõ gaây toån
pV
haïi ñeán beà maët cuûa thaønh raén goïi laø
Baét ñaàu vôõ boït
hieän töôïng xaâm thöïc khí.
x
II./ Caùc tính chaát cô baûn cuûa löu chaát(tt):
5./ Söùc caêng beà maët vaø hieän töôïng mao daãn:
Söùc caêng beà maët laø löïc huùt phaân töû treân moät ñôn vò chieàu daøi
cuûa beà maët chaát loûng.
Thöù nguyeân [ ] = F/L, ñôn vò: N/m (SI)
Hieän töôïng mao daãn xuaát hieän trong caùc oáng nhoû, taïi maët giao
tieáp raén – loûng – khí, gaây ra bôûi söùc caêng beà maët:
2 cos
h =
R
Ví duï 6: Xaùc ñònh ñöôøng kính nhoû nhaát cuûa oáng thuyû tinh saïch (
00) sao cho ñoä daâng cuûa nöôùc 200C trong oáng do hieän töôïng mao
daãn khoâng quaù 1mm.
Giaûi:
Töø
2 cos
.
h =
R
Suy ra: R =2cos/ R.
Nöôùc ôû 200C coù = 0,0728 N/m vaø =9789 N/m3.
Vì 00neân ñeå coù h = 1mm thì
2(0,0728N /m)
(9789N /m3)(10−3 m)
R =
= 0,0149m
Ñöôøng kính oáng nhoû nhaát laø : D = 2R = 0,0298m
III. Löïc taùc duïng trong löu chaát:
Löïc taùc duïng chæ coù löïc phaân boá vaø ñöôïc chia thaønh 2 loïai:
+Noäi löïc
+Ngoaïi löïc
Ngoïai löïc goàm löïc khoái vaø löïc maët
1./ Löïc khoái:
Laø ngoïai löïc taùc duïng leân moïi phaàn töû cuûa theå tích löu chaát vaø tyû
leä vôùi khoái löôïng löu chaát
- Vector cöôøng ñoä löïc khoái
f
F = lim V
V →0
Ví duï:
A
Troïng löïc:
Löïc quaùn tính:
Löïc ly taâm:
F = g
V, V
F = −a
f
F = 2 r
III. Löïc taùc duïng trong löu chaát (tt):
2./Löïc maët:
Laø ngoïai löïc taùc duïng leân theå tích löu chaát thoâng qua beà maët bao
boïc vaø tyû leä vôùi dieän tích beà maët.
f
- Vector öùng suaát
= lim Sf
S
S→0
A
Ví duï:
AÙp suaát
ÖÙng suaát ma saùt
Traïng thaùi öùng suaát
xz
yz
xx xy
=
yx
yy
(ij = ji)
zx zy zz
x
ÖÙng suaát treân maët baát kyø:
y
z
n = nnx + y ny + z nz
18 trang
19700
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Cơ lưu chất - Chương 1: Mở đầu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_co_luu_chat_chuong_1_mo_dau.ppt
