Bài giảng Cơ lưu chất - Chương 1: Mở đầu

Chöông 1:

MÔÛ ÑAÀU

I.GIÔÙI THIEÄU MOÂN HOÏC CÔ LÖU CHAÁT

Ñoái töôïng nghieân cöùu : Löu chaát : chaát loûng vaø chaát khí

- Phaïm vi nghieân cöùu : nghieân cöùu caùc qui luaät cuûa chaát loûng vaø chaát khí khi noù

ñöùng yeân vaø chuyeån ñoäng .

Taïi sao phaûi nghieân cöùu cô löu chaát ?

Kieán thöùc cô baûn cuûa moân CLC öùng duïng trong nhieàu lónh vöïc :

+ Nghieân cöùu thieát keá caùc phöông tieän vaän chuyeån : xe hôi, taøu thuûy, maùy bay, hoûa tieån..

Nghieân cöùu doøng khi qua xe

Löïc caûn leân taøu thuûy

ñang chuyeån ñoäng

Löïc naâng cuûa maùy bay

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 1

+ ÖÙng duïng trong lónh vöïc xaây döïng nhö caáp, thoaùt nöôùc, coâng trình thuûy lôïi (coáng, ñeâ,

hoà chöùa, nhaø maùy thuûy ñieän ..), tính toaùn thieát keá caàu, nhaø cao taàng

Nghieân cöùu gioù taùc duïng leân

nhaø cao taàng

Nghieân cöùu xoùi lôû trong soâng

Nghieân cöùu doøng chaûy qua daây caùp caàu treo

+ Tính toaùn thieát keá caùc thieát bò thuûy löïc : maùy bôm, tua bin, quaït gioù, maùy neùn..

Con ñoäi

Maùy bôm

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 2

+ ÖÙng duïng trong khí töôïng thuûy vaên : döï baùo baõo, luõ luït , ..

Döï baùo baõo

Döï baùo baõo Katrina

+ ÖÙng duïng trong y khoa: moâ phoûng tuaàn hoaøn maùu trong cô theå, tính toaùn thieát keá

caùc maùy trôï tim nhaân taïo, duïng cuï ño huyeát aùp..

Ño huyeát aùp

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 3

II. CAÙC TÍNH CHAÁT VAÄT LYÙ CÔ BAÛN CUÛA LÖU CHAÁT:

2.1 KHOÁI LÖÔÏNG – TROÏNG LÖÔÏNG

Khoái löôïng (KL) laø moät ñaïi löôïng khoâng thay ñoåi theo khoâng gian

Troïng löôïng (TL) = KL x g (gia toác troïng tröôøng ) => thay ñoåi theo g

Ñôn vò :

Troïng löôïng

Khoái löôïng

N (kgm/s²)

Kg

Kgf (9,81 N) (kilogam löïc)

Tf (1000 Kgf) (Taán löïc)

- Khoái löôïng rieâng (ρ)

Troïng löôïng rieâng (γ)

Ñôn vò :

kg/m³

ρ_nöôùc

: 1000 kg/m³

ρ_{khoâng khí}: 1,228 kg/m³

N/m³

Ví duï :

γ_nöôùc

: 9810 N/m³

γ_{khoâng khí}: 12,07 N/m³

- Tæ troïng : δ = ρ /ρ_nöôùc= γ /γ_nöôùc

δ_nöôùc= 1,

Ví duï :

δ_{thuûy ngaân}= 13,6

2.2 TÍNH NHÔÙT CUÛA LÖU CHAÁT (Viscosity)

Quan saùt moät doøng chaûy : Newton

τ = μ

τ

Trong ñoù :

τ : öùng suaát ma saùt (N/m²)

μ : heä soá nhôùt ñoäng löïc

u : vaän toác, phuï thuoäc vaøo y

Ñôn vò cuûa μ :

Pa.S

Ñôn vò chuaån :

Ngoaøi ra ^:

poise , 1 poise = 0,1

Ngoaøi heä soá ñoäng löïc, ngöôøi ta coøn söû duïng heä soá nhôùt ñoäng hoïc , ñöôïc ñònh nghóa

μ

υ =

ρ

Ñôn vò : m²/s

hay stoke , 1 stoke = 1cm²/s = 10^-4m²/s

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 4

Tính chaát cuûa heä soá nhôùt:

Chaát loûng: khi nhieät ñoä taêng heä soá nhôùt giaûm

Heä soá nhôùt phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä :

Chaát khí: khi nhieät ñoä taêng heä soá nhôùt

taêng

Chaát loûng: aùp suaát taêng heä soá nhôùt taêng

Heä soá nhôùt phuï thuoäc vaøo aùp suaát:

Chaát khí : heä soá nhôùt khoâng thay ñoåi

khi aùp suaát thay ñoåi

Chaát loûng Newton vaø phi Newton

Haàu heát caùc loaïi löu chaát thoâng thöôøng nhö nöôùc, xaêng, daàu … ñeàu thoûa maõn coâng thöùc

Newton (1) , tuy nhieân coù moät soá chaát loûng (haéc ín, nhöïa noùng chaûy, daàu thoâ ..) khoâng

tuaân theo coâng thöùc Newton ñöôïc goïi laø chaát loûng phi Newton, hoaëc ñoái vôùi chaát loûng

thoâng thöôøng khi chaûy ôû traïng thaùi chaûy roái cuõng khoâng tuaân theo coâng thöùc Newton.

Löu chaát lyù töôûng vaø löu chaát thöïc

Löu chaát lyù töôûng: khoâng coù ma saùt

Löu chaát lyù th c: coù ma saùt

2.3 TÍNH NEÙN CUÛA LÖU CHAÁT :

Moduyn ñaøn hoài:

hay

= ρ

= −

ρ

( vì M = ρV => dM = ρdV +Vdρ = 0)

K : moduyn

V : th tích ban

h i

u

K_nöôùc= 2,2 10⁹N/m²

Ñoái vôùi chaát khí lyù töôûng : p = ρ RT

Vôùi :

p : aùp suaát tuyeät ñoái (N/m²)

ρ : khoái löôïng rieâng

R : haèng soá khí, phuï thuoäc vaøo loaïi khí

T : nhieät ñoä tuyeät ñoái ( nhieät ñoä Kelvin , 0^oC = 273 ñoä Kelvin)

- Haàu heát caùc loaïi chaát loûng raát khoù neùn neân ñöôïc xem nhö laø löu chaát khoâng neùn

- Moät doøng khí chuyeån ñoäng vôùi vaän toác nhoû thì söï thay ñoåi khoái löôïng rieâng khoâng

ñaùng keå neân vaãn ñöôïc xem laø löu chaát khoâng neùn.

- Khi doøng khí chuyeån ñoäng vôùi vaän toác lôùn hôn 0,3 laàn vaän toác aâm thanh

(khoaûng 100 m/s) thi môùi xem laø löu chaát neùn ñöôïc

p : aùp suaát tuyeät ñoái vaø V : theå

tích

Töø phöông trình treân

pV = const

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 5

2.4 AÙP SUAÁT HÔI BAÕO HOØA:

Trong moät khoâng gian kín, khi caùc phaàn töû chaát loûng boác hôùi ñaït ñeán traïng

thaùi baõo hoaø taïo ra moät aùp suaát trong khoaûng khoâng gian kín ñoù ñöôïc goïi laø

aùp suaát hôi baõo hoøa.

¾AÙp suaát hôi baõo hoaø taêng theo nhieät ñoä

Ví duï ôû 32,2⁰C, p_{baõo hoaø}cuûa nöôùc laø 0,048at

ôû 100⁰C, p_{baõo hoa}cuûa nöôùc laø 1at

¾Khi aùp suaát chaát loûng ≤ AÙp suaát hôi baõo hoaø ⇒ chaát loûng baét ñaàu soâi (hoaù khí).

Ví duï coù theå cho nöôùc soâi ôû 32,2⁰C neáu haï aùp suaát xuoáng coøn 0,048at.

¾Trong moät soá ñieàu kieän cuï theå, hieän töôïng khí thöïc (cavitation) xaûy ra khi aùp suaát

chaát loûng nhoû hôn P_{baõo hoaø}

2.5 SÖÙC CAÊNG MAËT NGOAØI VAØ HIEÄN TÖÔÏNG MAO DAÃN

(Xem taøi lieäu tham khaûo)

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 6

CAÂU HOÛI TRAÉC NGHIEÄM

Caâu 1. Moät doøng chaûy coù bieåu ñoà phaân boá vaän toác tuyeán tính nhö hình veõ thì öùng suaát ma saùt

giöõa caùc phaàn töû treân AB seõ laø:

A

a) Lôùn nhaát ôû A

b) Lôùn nhaát ôû B

c) Ñeàu baèng nhau taát caû moïi ñieåm treân AB

d) Ñeàu baèng khoâng taát caû moïi ñieåm treân AB

B

Caâu 2 Moät doøng chaûy neáu coù bieåu ñoà phaân boá vaän toác ñeàu nhö hình veõ thì öùng suaát

ma saùt giöõa caùc phaàn töû treân AB seõ laø:

a) Nhoû nhaát ôû A b) Lôùn nhaát ôû A

c) Nhôû nhaát ôû B d) Caû 3 ñieàu sai

Caâu 3 . Moät löu chaát coù moâduyn ñaøn hoài nhoû thì:

a ) Khoù neùn b) Deã neùn

c) Khaû naêng ñaøn hoài keùm *d) Caû b) vaø c) ñeàu ñuùng

Caâu 4 Moät khoái khí lyù töôûng coù khoái löôïng M_oôû aùp suaát p_o. Neáu aùp suaát taêng ñeán p₁> p_otrong

ñieàu kieän nhieät ñoä khoâng ñoåi thì khoái löôïng cuûa khoái khí (M₁) trong ñieàu kieän aùp suaát p₁seõ laø :

a) M₁= M_ob) M₁> M_oc) M₁< M_o

d) Chöa theå bieát vì coøn phuï thuoäc vaøo moduyn ñaøn hoài lôùn hay nhoû

Caâu 5:. Söï ma saùt giöõa caùc phaàn töû chaát loûng khi chuyeån ñoäng phuï thuoäc vaøo:

a) Söï phaân boá vaän toác trong doøng chaûy b) Tính chaát cuûa chaát loûng

c)

Aùp suaát cuûa doøng chaûy

d) Caû a) vaø b)

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 7

Caâu 6 : Moät khoái chaát loûng coù theå tích khoâng ñoåi, khi ñaët ôû treân maët ñaát vaø treân maët traêng thì :

a) Troïng löôïng khoâng ñoåi

c) Tæ troïng khoâng ñoåi

b) Troïng löôïng rieâng khoâng ñoåi

d) Caû a) vaø b) ñeàu ñuùng

Caâu 7 Khi giaûm nhieät ñoä thì söï ma saùt giöõa caùc phaàn töû löu chaát ñang chuyeån ñoäng:

a) Luoân luoân giaûm neáu laø chaát loûng

*b) Luoân luoân giaûm neáu laø chaát khí

c) Luoân luoân giaûm cho taát caû caùc loaïi löu chaát

d) Caû 3 ñeàu sai

Caâu 8 Heä soá nhôùt ñoäng löïc hoïc cuûa moät löu chaát thæ :

a) Moät soá coù thöù nguyeân

c) Phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä

b) Phuï thuoäc vaøo traïng thaùi chaûy

d) Caû a) vaø c) ñeàu ñuùng

Caâu 9 Khoái löôïng rieâng cuûa moät chaát khí thì :

a) Thay ñoåi khi gia toác troïng tröôøng thay ñoåi

b) Seõ taêng khi aùp suaát taêng

c) Seõ giaûm khi aùp suaát taêng neáu laø chaát khí lyù töôûng d) Caû a) vaø b) ñeàu ñuùng

Caâu 10 Moät doøng chaûy coù bieåu ñoà phaân boá vaän toác nhö hình beân.

•

ÖÙùng suaát ma saùt (τ) taïi caùc ñieåm A,B,C seõ laø:

a) τ_A< τ_B< τ_C

c) τ_B= τ_C< τ_A

b) τ_C< τ_A< τ_B

d) τ_C< τ_B< τ_A

•

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 8

Ví duï 1: Moät thang maùy tröôït treân 2 taám phaúng coù kích thöôùc nhö hình veõ. Xaùc

ñònh löïc ma

khi thang maùy chuyeån ñoäng vôùi vaän toác V_o= 0,5 m/s. Bieát daàu

boâi trôn coù ñoä nhôùt ñoäng löïc μ =9.10^-2Ns/m²

=

τ = μ

= μ

h = 3 m

= μ

= 9.10^-2. 0,5/0,005*2*2*3

= 108 N

b= 2 m

t=0,5cm

Ví duï 2: Ñöôøng oáng coù ñöôøng kính d, daøi l, daãn daàu vôùi heä soá nhôøn μ, khoái löôïng

rieâng ρ. Daàu chuyeån ñoäng theo quy luaät sau:

u=ady-ay²(a>0; 0<=y<=d/2). Tìm löïc ma saùt cuûa daàu leân thaønh oáng

Giaûi

Choïn truïc toaï ñoä nhö hình veõ, xeùt lôùp chaát loûng baát kyø coù toaï ñoä

y (lôùp chaát loûng naøy coù dieän tích laø dieän tích maët truï coù ñöôøng

kính (d-2y)). Ta coù:

τ = μ

= μ −

+

y

l

Taïi thaønh oáng: y=0; suy ra:

u_max

d

τ = μ

x

Nhö vaäy löïc ma saùt cuûa daàu leân thaønh oáng laø:

=τ = μ

π = πμ

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 9

Ví duï 3 :Moät khoái coù khoái löôïng 10 kg tröôït

treân maët nghieâng coù goùc 20^oso vôùi maët

phaúng naèm ngang. Xaùc ñònh vaän toác cuûa

khoái neáu giöõa khoái vaø maët nghieâng coù boâi

moät lôùp daàu coù ñoä nhôùt ñoäng löïc μ = 0,38

Pa.s, daày 0,1 mm. Cho dieän tích tieáp xuùc

giöõa khoái vaø taám nghieâng laø 0,2 m²

Giaûi :

W sin 20^o= τ_oA

W laø troïng löôïng cuûa khoái

⎛

⎞

⎛ ⎞

⎜ ⎟

⎛ ⎞

⎜

⎟

τ = μ

= μ

⎜ ⎟

⎝ ⎠

=

⎝

⎠

=

μ

Ví duï 4: Ñoä nhôùt cuûa löu chaát coù theå ño baèng caùch duøng

moät xy lanh ño ñoä nhôùt nhö hình veõ. Duïng cuï naày bao goàm

moät xy lanh beân ngoaøi coá ñònh vaø xy lanh beân trong quay

vôùi vaän toác quay ω. Neáu bieát ngaãu löïc Γ caàn thieát ñeå quay

vôùi vaän toác ω thì ñoä nhôùt cuûa chaát loûng ñöôïc naèm giöõa hai

xy lanh ñöôïc xaùc ñònh. Haõy thieát laäp moät phöông trình lieân

heä giöõa μ, ω, Γ, L vaø R_ovaø R_l. Boû qua aûnh höôûng ôû ñaùy

vaø cho söï phaân boá chaát loûng vaän toác giöõa hai xy lanh laø

tuyeán tính.

Γ

L

Giaûi :

= ω

ω

−

τ = μ

= μ

−

ω

−

ω

−

=τ = μ

Ngaãu löïc dΓ taïo ra

θ = μ

θ

U

R_i

ω

−

ω

−

ω

−

°

ω

Γ =

= μ

θ

= μ

θ

π

ω

−

Γ =

Γ = ^πμ

θ = μ

∫

π

ω

Γ = μ

−

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 10

Toùm taét baøi giaûng - TS Huyønh coâng Hoaøi ÑHBK tp HCM 11

Bài giảng Cơ lưu chất - Chương 1: Mở đầu - Huỳnh Công Hoài