THỦY LỰCBÁCH ĐẠI CƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA TP HCM Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Khoa KTXD - Bộ mơn KTTNN THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG THỦY LỰC CƯƠNG Chương 1: ĐặcĐẠI trưng chất lỏng NỘI DUNG MƠN HỌC Giảng viên: PGS TS NGUYỄN THỐNG E-mail: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu.vn Chương Đặc tính chất lỏng Chương Thủy tỉnh học Chương Cơ sở động lực học chất lỏng Chương Đo đạc dòng chảy Chương Tổn thất lượng Chương Dòng chảy có áp mạng lưới ống Chương Lực tác dụng lên vật cản Chương Dòng chảy ổn đònh kênh Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index PGS TS Nguyễn Thống Tél (08) 38 691 592 - 098 99 66 719 THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC CƯƠNG Chương 1: ĐặcĐẠI trưng chất lỏng TÀI LIỆU THAM KHẢO Thủy lực TS Nguyễn Cảnh Cầm all Thủy lực TS Nguyễn Cảnh Cầm all Cơ học chất lỏng PGS TS Nguyễn Thống (Lưu hành nội bộ) Tài liệu giảng download từ thư mục Bài giảng Web : http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index Thi cuối kỳ:  Tự luận 90 phút (Cho phép tham khảo tài liệu cá nhân) PGS TS Nguyễn Thống MỤC ĐÍCH MÔN HỌC - Nghiên cứu quy luật chất lỏng đứng yên, chuyển động - Nghiên cứu tác động tương hổ nước môi trường liên quan • CHẤT LỎNG (ví dụ nước) Không có hình dạng cụ thể, phụ thuộc vào thiết bò chứa PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Chương ĐẶC TÍNH CHẤT LỎNG Nghiên cứu tính chất vật lý, học chất lỏng (ví dụ nước) HỆ THỐNG ĐƠN VỊ Để mô tả đại lượng vật lý, có đơn vò tham khảo chiều dài, khối lượng thời gian  Với hệ thống SI (Systeme Internationale): - cho chiều dài mètre (m) - cho khối lượng (Kg) - cho thời gian (s)  Hệ thống đơn vò Anh-Mỹ: feet, lb, s PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng ĐƠN VỊ CỦA LỰC  N (Newton) Trọng lượng W [N] = Khối lượng [Kg] * g(9.81) [m/s2] KHỐI LƯNG RIÊNG CỦA CỐ THỂ  =P/V P: khối lượng (kg), V thể tích (m3) = k/lượng đơn vò thể tích = γ/g (kg/m3) Chú ý: W =P.g (N); nuoc=1000 kg/m3 • TỶ TRỌNG CỦA CỐ THỂ Tỷ trọng cố thể giá trò tỷ số trọng lượng cố thể trọng lượng đại lượng tham khảo (nước) làm chuẩn có thể tích  Tỷ trọng đơn vò (khác với ) [N] (Newton) = [kg]*[m/s2] TRỌNG LƯNG RIÊNG () = W/V (N/m3) (V thể tích) • Trọng lượng riêng  vật thể trọng lượng đơn vò thể tích vật thể • Cho chất lỏng,  lấy số trường hợp có thay đổi áp suất • Trọng lượng riêng đơn vò nước nhiệt độ bình thường +40 C 9810 N/m3, thủy ngân 134000 N/m3 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng TÍNH NHỚT CỦA CHẤT LỎNG • Mọi chất lỏng có tính nhớt Tính nhớt gây tương tác phân tử chất lỏng có chuyển động tương đối chúng với • Nhớt chất lỏng đặc tính xác đònh tính chống lại lực cắt • Đây nguồn gốc gây tổn thất lượng chất lỏng chuyển động Một chất lỏng giả thiết KHƠNG có tính nhớt gọi chất lỏng lý tưởng gọi chất lỏng Euler PGS TS Nguyễn Thống 10 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM TÍNH NHỚT CỦA CHẤT LỎNG y dy y U THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Tấm bảng di chuyển vận tốc U dU Ta có: Lực F Vì: Chất lỏng Tấm bảng cố đònh U F U   y A y dU   N / m2  dy FA U dU  y dy 11 PGS TS Nguyễn Thống Hệ số nhớt động lực chất lỏng 12 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng F(N) : lực tác dụng (N/m2): ứng suất tiếp tuyến sinh tính nhớt chất lỏng A(m2): diện tích tiếp xúc (?) : hệ số nhớt động lực học, phụ thuộc lọai chất lỏng (xem bảng sau)  =  / : hệ số nhớt động học Bài tập: Sử dụng phương trình:   dU N / m2 dy  Và dùng phương pháp phân tích đơn vị để xác định đơn vị  từ suy đơn vị hệ số nhớt động học  = /  13 PGS TS Nguyễn Thống 14 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Chất lỏng Dầu xăng thường Nước Dầu hỏa Dầu mỏ nhẹ t° C 18 20 18 18  (kg/ms) Dầu mỏ nặng Dầu tourbin Dầu nhờn Glycerin 18 20 20 20 0.4 1.528 1.72 8.7 SỨC CĂNG BỀ MẶT – HIỆN TƯNG MAO DẪN - Một phân tử nằm bên chất lỏng cân bò tác dụng lôi kéo lực hướng, vectơ tổng hợp lực triệt tiêu - Một phân tử bề mặt chất lỏng bò tác dụng lực dính bên có phương thẳng góc với bề mặt Do làm di chuyển phân tử theo hướng ngược lại với lực này, phân tử bề mặt mang nhiều lượng phân tử bên 0.0065 0.0101 0.025 0.25 15 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT TRONG CHẤT LỎNG BẰNG P/P PHÂN TÍCH ĐƠN VỊ ÁP SUẤT TRONG MÔI TRƯỜNG CHẤT LỎNG Khí trời (pa) g 16 PGS TS Nguyễn Thống A Nước,  pA h1 h2 B pA  áp suất điểm A môi trường chất lỏng Giả thiết p = f(,g,h)=xgyhz Ta có: [p] =[]x[g]y[h]z N/m =(kg/m3)x.(m/s2)y.(m)z Chú ý N=kg*m/s2 ta có : (kg)1(m)-1 (s)-2 =(kg)x.(s)-2y.(m)y+z-3x Đồng hóa vế ta có:  x =1; y =1 z=1 Từ ta có kết quả: p =gh=h (N/m2) 17 PGS TS Nguyễn Thống 18 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng CHÚ Ý Áp suất dư  Tính áp suất p với giả thiết chọn áp suất khí trời pa làm chuẩn (pa=0) 19 PGS TS Nguyễn Thống Gia tốc trọng Áp suất dư: trường (9.81m/s2) p =gh=h (N/m2) Khối lượng riêng đơn vị chất lỏng (nước  3) =1000kg/m PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Khoảng cách “thẳng đứng” từ điểm xét đến mặt thống (thực kéo dài) 20 THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng SAI BIỆT ÁP SUẤT GIỮA ĐIỂM TRONG CÙNG MƠI TRƯỜNG CHẤT LỎNG Áp dụng cơng thức tính áp suất nêu tại hai vị trí ký hiệu & khác ta có: p1=gh1=h1 (1) p2=gh2 =h2 (2) Áp suất tuyệt đối pt: pt =gh+pa=h+pa (N/m2) Áp suất khí trời 21 PGS TS Nguyễn Thống 22 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng SAI BIỆT ÁP SUẤT (1) & (2)  p  p1   h2  h1  N / m  p2  p1   (h  h1 )  p1  g(h  h1 ) =g trọng lượng đơn vò chất lỏng (N/m3) (h2-h1) sai biệt chiều sâu hai điểm xét (m)  p2  p1   (h  h1 ) 23 PGS TS Nguyễn Thống Khí trời h1 [1] (h2- h1) Nước,  p1 h2 [2] p2 Áp suất sinh cột chất lỏng có chiều cao (h2-h1) 24 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng • Nếu điểm thứ nằm bề mặt tự chất lỏng quy ước h có chiều dương theo hướng phía (vào tâm đòa cầu), chọn áp suất khí trời làm chuẩn, phương trình trở thành: p  h TÍNH CHẤT Giả sử áp suất mặt thoáng gia tăng giá trò p  tất giá trò áp suất môi trường gia tăng giá trò N / m  • Phương trình áp dụng với điều kiện  số (hay biến đổi theo h nhằm đảm bảo không sinh sai số đáng kể kết quả) 25 26 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Đơn vò áp suất cho bởi: px p( N / m )  h p( N / m )  28 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Ta có: NGUN LÝ BÌNH THƠNG NHAU p  gh  h   Zmat thoang  Z Khí trời h Zmat-thoang Z Nước,  O 5/4/2015 F( N) A( m ) 27 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống Vi phân lực điều kiện lực F phân bố đồng diện tích A, ta có: p p  p x  gh p  p  p  p x  p  gh dF( N) dA(m ) 29 p Mặt chuẩn O  if   const  Z  hs  p  hs 30 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Các điểm có cao trình (có chênh lệch độ cao không) nằm loại chất lỏng liên tục có  () số  có áp suất 2 C ZA O A B 1 PGS TS Nguyễn Thống  pA=pB D ZB=ZA O CỘT CHẤT LỎNG TƯƠNG ĐƯƠNG Cột chất lỏng h tương đương với áp suất p chiều cao cột chất lỏng (trọng lượng riêng γ) đồng chất xác đònh sau: p N / m  hm   Mặt chuẩn O-O 31 THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng 32 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng CO DÃN THỂ TÍCH THEO ÁP SUẤT MODULE ĐÀN HỒI (E) Định nghĩa: Tỷ số thay đổi giá trò áp suất (dp) tương ứng với thay đổi đơn vò thể tích (dV/V0 ): ĐƠN VỊ ÁP SUẤT (N/m2) Xét cột nước cao 10m H=10m Áp suất tại A: Nước pA=gH=98100 N/m2 A =98100 Pa (Pascal) = at =1 kgf/cm2=9.81 N/cm2= bar =98100 N/m2 Chú ý: kgf = 1kg*g(m/s2) = 9,81 N E dp ( N / m ) (nước 0.21.1010 N/m2) dV / V0 (dấu – dp dv trái dấu để có E dương) hệ số co dãn thể tích theo áp suất (v) đònh nghóa bởi: 1 dV v  33 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng dV (1 / C ) V0 dT Đối với chất lỏng thường giá trò T bé, bỏ qua xem chất lỏng không co giãn tác dụng nhiệt độ 35 PGS TS Nguyễn Thống E  V0 dp (m / N ) 34 THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng CO DÃN THỂ TÍCH VÌ NHIỆT Hệ số co dãn nhiệt T dùng để biến đổi thể tích dV, với thể tích ban đầu V0 nhiệt độ thay đổi dT0C: T   N / m  Bài Cho biết V=5 m3 dầu có trọng lượng W=41.3 KN Tính trọng lượng riêng  khối lượng riêng  dầu Cho biết gia tốc trọng trường g=9.81 m/s2 Bài Tìm thay đổi thể tích m3 nước áp suất gia tăng at Cho biết hệ số co giãn thể tích thay đổi áp suất là:  V  5.105 (cm / kgf ) Lấy g=9,81m/s2 36 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Bài Thể tích nước giảm áp suất tăng từ at lên 51 at, thể tích ban đầu V0 =100 dm3 Cho biết hệ số co dãn thể tích theo áp suất nước  v=5.0*10-10 m2/N Bài Biết với thể tích nước ban đầu V0=4 m3 giảm dm3 áp suất gia tăng at Tính module đàn hồi E nước 37 PGS TS Nguyễn Thống Bài Một bể kín chứa đầy dầu áp suất at Khi tháo 50 lít dầu (bể đầy), áp suất bể giảm xuống 2.5 at Xác đònh dung tích bể chứa V0, cho biết hệ số co dãn thể tích theo áp suất dầu v=7,00.10-10 m2/N Bài Dầu ống dẫn có hệ số nhớt động học =0,70*10-5 m2/s khối lượng riêng =1200 kg/m3 Giả sử gradient vận tốc thành đường ống dẫn dV/dy=4 s-1 Tính ứng suất tiếp ma sát nhớt thành ống 38 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Bài Tính áp suất dư p A & B cho trường hợp sau: (a) (c) h=8m =1000kg/m 1=900kg/m3 h1=5m A A h2=4m B h =3m =1000kg/m h2=2m A =1000kg/m3 (b) Bài Cho bình thông hình Hai chất lỏng không trộn lẫn có 1=1000kg/m3 2=1300kg/m3 Tính chênh lệch h mặt thoáng Lấy g=10m/s2 h=? 2 H1=1.5m 1 Khơng khí (pa) Lấy g=10m/s2 39 PGS TS Nguyễn Thống 40 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng Bình kín Bài Tính Hx: Khí trời Khơng khí pdư=0.7at h2 =2m 2 =900kg/m3 h1 =8m =1000kg/m3 1 A Hx=? Bài 10 Cho thí nghiệm hình vẽ Khoảng hai song song cách 4mm chất lỏng có hệ số nhớt động lực μ=1,72kg/ms Tấm di chuyển phía với vận tốc v=0.5m/s có diện tích S=1m2 Xác đònh lực F B e = 4mm Lấy g=10m/s2 Tấm di chuyển V=0,5m/s Tấm cố đònh 41 PGS TS Nguyễn Thống Dầu F 42 PGS TS Nguyễn Thống THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG Chương 1: Đặc trưng chất lỏng HẾT 5/4/2015 43 PGS TS Nguyễn Thống