Khoa Xỏy Dổỷng Thuớy Lồỹi - Thuớy ióỷn Bọỹ mọn: Cồ Sồớ Kyợ Thuỏỷt Thuyớ Lồỹi CHặNG I: M ệU *** 1.1 ậNH NGHẫA MN HOĩC, I TặĩNG VAè PHặNG PHAẽP NGHIN CặẽU. I. ởnh nghộa mọn hoỹc, phaỷm vi ổùng duỷng: II. ọỳi tổồỹng nghión cổùu: III. Phổồng phaùp nghión cổùu mọn hoỹc: 1.2 NHặẻNG TấNH CHT VT LYẽ C BAN CUA CHT LONG. I. Khọỳi lổồỹng rióng cuớa chỏỳt loớng II. Troỹng lổồỹng rióng cuớa chỏỳt loớng III. Tờnh thay õọứi thóứ tờch do aùp lổỷc vaỡ nhióỷt õọỹỹ 1. Tờnh thay õọứi thóứ tờch do aùp lổỷc 2. Tờnh thay õọứi thóứ tờch do nhióỷt õọỹ IV. Sổùc cng bóử mỷt vaỡ hióỷn tổồỹng mao dỏựn V. Tờnh nhồùt VI. Hai loaỷi lổỷc taùc duỷng lón mọỹt thóứ tờch chỏỳt loớng BAèI TP CHặNG I Baỡi giaớng Thuớy Lổỷc 1 Trang 1 Khoa Xáy Dỉûng Thy Låüi - Thy Âiãûn Bäü män: Cå Såí K Thût Thu Låüi CHỈÅNG 1 MÅÍ ÂÁƯU MÅÍ ÂÁƯU ELEMENTS OF FLUID MECHANICS ELEMENTS OF FLUID MECHANICS 1.1 ÂËNH NGHÉA MÄN HC, ÂÄÚI TỈÅÜNG V PHỈÅNG PHẠP NGHIÃN CỈÏU I. Âënh nghéa män hc, phảm vi ỉïng dủng: Âënh nghéa: Thy lỉûc l män khoa hc cå såí ỉïng dủng nhàòm nghiãn cỉïu nhỉỵng qui lût cán bàòng, chuøn âäüng ca cháút lng v ỉïng dủng nhỉỵng qui lût ny vo thỉûc tãú sn xút. Phảm vi ỉïng dủng: Thy lỉûc hc âỉåüc dng trong nhiãưu ngnh k thût nhỉ: thy låüi, giao thäng thy, cå khê, cáúp thoạt nỉåïc . II. Âäúi tỉåüng nghiãn cỉïu: L cháút lng, cọ tênh cháút: - Tênh chy Do lỉûc liãn kãút giỉỵa cạc pháưn tỉì cháút lng úu nãn cọ tênh di âäüng dãù chy hay nọi mäüt cạch khạc l nọ cọ tênh chy. Thãø hiãûn åí chäù: Cạc pháưn tỉí chuøn âäüng tỉång âäúi våïi nhau, cháút lng khäng cọ hçnh dảng riãng biãût m phủ thüc vo hçnh dảng ca bçnh chỉïa cháút lng. - Tênh khäng nẹn, khäng dn âỉåüc Do khong cạch giỉỵa cạc pháưn tỉí trong cháút lng nh so våïi cháút khê nãn sinh ra sỉïc dênh phán tỉí ráút låïn lm cho thãø têch cháút lng háưu nhỉ khäng âäøi khi cọ sỉû thay âäøi vãư ạp sút, nhiãût âäü. - Tênh liãn tủc Cháút lng âỉåüc xem nhỉ mäi trỉåìng liãn tủc, tỉïc l gäưm vä säú nhỉỵng pháưn tỉí cháút lng chiãúm âáưy khäng gian. Tỉì âọ xáy dỉûng âỉåüc cạc phỉång trçnh mä t åí dảng vi phán, têch phán. III. Phỉång phạp nghiãn cỉïu män hc: Cå såí l lûn ca män hc thy lỉûc l váût l, cå hc l thuút, cå hc cháút lng. Bn thán thy lỉûc hc lải l cå såí âãø nghiãn cỉïu nhỉỵng män chun män: - Xáy dỉûng cäng trçnh thy låüi: Thy âiãûn, thy cäng, trảm båm, kãnh dáùn Bi ging Thy Lỉûc 1 Trang 2 Khoa Xỏy Dổỷng Thuớy Lồỹi - Thuớy ióỷn Bọỹ mọn: Cồ Sồớ Kyợ Thuỏỷt Thuyớ Lồỹi - Xỏy dổỷng dỏn duỷng, cỏửu caớng, cỏỳp thoaùt nổồùc, cỏửu õổồỡng . - Chóỳ taỷo maùy thuớy lổỷc: bồm, tuọc-bin, õọỹng cồ thuớy, truyóửn õọỹng thuớy lổỷc . Baỡi giaớng Thuớy Lổỷc 1 Trang 3 Khoa Xỏy Dổỷng Thuớy Lồỹi - Thuớy ióỷn Bọỹ mọn: Cồ Sồớ Kyợ Thuỏỷt Thuyớ Lồỹi 1.2 NHặẻNG TấNH CHT VT LYẽ C BAN CUA CHT LONG I. Khọỳi lổồỹng rióng cuớa chỏỳt loớng - Laỡ khọỳi lổồỹng cuớa mọỹt õồn vở thóứ tờch chỏỳt loớng. W M = : khọỳi lổồỹng rióng, M: khọỳi lổồỹng cuớa thóứ tờch W, W: thóứ tờch coù khọỳi lổồỹng M. [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] ( ) [ ][ ] [ ] 4 2 3 3 L TF Wa F L M W M = ì === - - ồn vở cuớa laỡ: kg/m 3 , T/m 3 , g/cm 3 , NS 2 /m 4 - - 4 0 c: nổồùc = 1000kg/m 3 II. Troỹng lổồỹng rióng cuớa chỏỳt loớng - Laỡ troỹng lổồỹng cuớa mọỹt õồn vở thóứ tờch chỏỳt loớng W P = : Troỹng lổồỹng rióng, P : Troỹng lổồỹng cuớa khọỳi chỏỳt loớng coù thóứ tờch W, W : Thóứ tờch khọỳi chỏỳt loớng coù troỹng lổồỹng P. - Vồùi chỏỳt loớng õọửng chỏỳt thỗ troỹng lổồỹng rióng chờnh bũng: = ìg Vồùi g: gia tọỳc rồi tổỷ do. Vỗ P = Mìg nón: ì= = ì == g W M g W gM W P Thổù nguyón cuớa troỹng lổồỹng õồn vở: [ ] [ ] [ ] 3 L F = ồn vở cuớa : N/m 3 , (Kg/S 2 )/m 2 . 4 0 C: nổồùc = 1000kG/m 3 = 9810N/m 3 (1N = 0.102 KG) Baỡi giaớng Thuớy Lổỷc 1 Trang 4 Khoa Xáy Dỉûng Thy Låüi - Thy Âiãûn Bäü män: Cå Såí K Thût Thu Låüi  T khäúi: L t säú giỉỵa khäúi lỉåüng riãng ca cháút lng våïi khäúi lỉåüng riãng ca nỉåïc åí t 0 =4 0 C.  T trng: L t säú giỉỵa trng lỉåüng riãng ca cháút lng våïi trng lỉåüng riãng ca nỉåïc åí t 0 =4 0 C. III. Tênh thay âäøi thãø têch do ạp sút v nhiãût âäüü: 1. Tênh thay âäøi thãø têch do ạp sút: - Khi ạp sút tàng tỉì P lãn P+dP thç thãø têch váût thãø gim tỉì W xúng W - dW. - Tênh nẹn ca cháút lng âỉåüc âàûc trỉng bàòng hãû säú co thãø têch β w , âãø biãøu thë sỉû gim tỉång âäúi ca thãø têch cháút lng W ỉïng våïi sỉû tàng ạp sút P lãn mäüt âån vë ạp sút. ( ) Nm dP dW W w 2 1 −=β - Thỉûc nghiãûm chỉïng t: Trong phảm vi ạp sút thay âäøi tỉì 1 âãún 500 at v nhiãût âäü tỉì 0 âãún 20 0 C thç βw = 0,00005 (cm 2 /KG) ≈ 0. Nhỉ váûy trong thy lỉûc cháút lng coi nhỉ khäng nẹn âỉåüc. - Âải lỉåüng nghich âo ca ca hãû säú co thãø têch gi l mä âun ân häưi K. dW dP WK w −= β = 1 (N/m 2 ) 2. Tênh thay âäøi thãø têch do nhiãût âäü: - Khi thay âäøi nhiãût âäü dng hãû säú co gin vç nhiãût β t, âãø biãøu thë sỉû biãún âäøi ca thãø têch cháút lng W ỉïng våïi sỉû tàng nhiãût âäü t lãn 1 o C. dt dW W T 1 =β - Thê nghiãûm cho tháúy: Trong âiãưu kiãûn ạp sút bàòng ạp sút khê tråìi Pa thç: Khi t = 4 o C âãún 10 0 C thç β T = 0,00014. t = 10 o C âãún 20 0 C thç β T = 0,00015. Nhỉ váûy:Trong thy lỉûc cháút lng coi nhỉ khäng co gin dỉåïi tạc dủng ca nhiãût âäü.  Tọm lải: Trong thy lỉûc, cháút lng thỉåìng âỉåüc coi l cọ tênh cháút khäng thay âäøi thãø têch màûc d cọ sỉû thay âäøi vãư ạp lỉûc hồûc nhiãût âäü tỉïc T β ≈ 0, w β ≈ 0 IV. Sỉïc càng bãư màût v hiãûn tỉåüng mao dáùn: - Mäùi pháưn tỉí cháút lng chëu lỉûc hụt cán bàòng theo mi phêa tỉì cạc pháưn tỉí cháút lng khạc bao quanh nọ. Bi ging Thy Lỉûc 1 Trang 5 W- dW dW W P P+d P Khoa Xáy Dỉûng Thy Låüi - Thy Âiãûn Bäü män: Cå Såí K Thût Thu Låüi - - Tải màût thoạng hay màût tiãúp xục giỉỵa hai loải cháút lng khạc nhau, lỉûc hụt ny khäng cn cán bàòng - tải màût thoạng cạc pháưn tỉí trãn bãư màût bë kẹo vo bãn trong khäúi cháút lng, gi l sỉïc càng màût ngoi: -  lm cho bãư màût cháút lng giäúng nhỉ mäüt táúm mng mng chëu lỉûc càng. - - Sỉïc càng màût ngoi ráút nh so våïi cạc lỉûc khạc, cho nãn pháưn låïn cạc tênh toạn thy lỉûc ngỉåìi ta khäng xẹt âãún hiãûn tỉåüng náưy. V. Tênh nhåït - Khi cháút lng chuøn âäüng, giỉỵa chụng cọ sỉû chuøn âäüng tỉång âäúi, lm sinh ra lỉûc ma sạt trong. Âáy l ngun nhán sinh ra täøn tháút nàng lỉåüng khi cháút lng chuøn âäüng. Âàûc tênh ny gi l tênh nhåït. - Cäng do lỉûc nhåït sinh ra biãún thnh nhiãût nàng khäng thu häưi lải âỉåüc. Cạc lỉûc nhåït sinh ra cọ liãn quan âãún lỉûc hụt phán tỉí trong cháút lng. - Thê dủ vãư tênh nhåït: Khi ta âäø dáưu ha, nỉåïc l, dáưu nhåìn ra nãưn nh thç täúc âäü chy ca nọ khạc nhau. Âọ l do mäùi cháút lng cọ lỉûc dênh nhåït trong näüi bäü khạc nhau. - Newton â âỉa ra gi thiãút vãư quy lût ma sạt trong v â âỉåüc thỉûc nghiãûm xạc nháûn: ”Sỉïc ma sạt giỉỵa cạc låïp ca cháút lng chuøn âäüng thç t lãû våïi diãûn têch tiãúp xục ca cạc låïp áúy, khäng phủ thüc vo ạp lỉûc, m phủ thüc vo Gradient váûn täúc theo chiãưu thàóng gọc våïi phỉång chuøn âäüng v phủ thüc vo lai cháút lng”. dn du S F dn du SF ×µ==τ ××µ= Trong âọ: F: sỉïc ma sạt giỉỵa hai låïp cháút lng T: ỉïng sút tiãúp S: diãûn têch tiãúp xục u: váûn täúc, u= f(n) - qui lût phán bäú váûn täúc theo phng n. Bi ging Thy Lỉûc 1 Trang 6 u=f(n) n dn du u+du u u O Biãøu âäư phán bäú váûn täúc Khoa Xáy Dỉûng Thy Låüi - Thy Âiãûn Bäü män: Cå Såí K Thût Thu Låüi : dn du Gradient váûn täúc theo phỉång n (âảo hm ca u våïi n). µ: hãû säú nhåït (hãû säú âäüng lỉûc nhåït), l hàòng säú tè lãû phủ thüc vo loải cháút lng. Thỉï ngun ca µ: [ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ] TL M L T.TL.M L TF L TL L F dn du S F 2 2 2 2 ===       =       =µ Âån vë: N.s/m 2 ; kg/s.m Tênh nhåït cn âỉåüc âàûc trỉng båíi hãû säú nhåït âäüng hc: ρ µ =ν Thỉï ngun ca ν: - Âån vë: m 2 /s; cm 2 /s. - Loải cháút lng tn theo âënh lût ma sạt trong ca Newton gi l cháút lng thỉûc hồûc cháút lng Newton. Män thy lỉûc nghiãn cỉïu cháút lng ny. - Cạc loải cháút lng nhỉ sån, häư khäng tn theo âënh lût ma sạt trong gi l cháút lng phi Newton. - Cháút lng l tỉåíng l cháút lng tỉåíng tỉåüng khäng cọ tênh nhåït. Tọm lải: Trong nhỉỵng âàûc tênh váût l cå bn nọi trãn ca cháút lng, âàûc tênh cọ khäúi lỉåüng, cọ trng lỉåüng, cọ tênh nhåït l nhỉỵng âàûc tênh quan trng nháút. VI. Hai loải lỉûc tạc dủng lãn mäüt thãø têch cháút lng Xẹt mäüt thãø têch cháút lng, chỉïa trong màût cong S. Nhỉỵng lỉûc tạc dủng lãn thãø têch cháút lng chia lm hai loải: + Lỉûc khäúi: L nhỉỵng lỉûc t lãû våïi khäúi lỉåüng cháút lng, tạc dủng lãn mäùi phán tỉí cháút lng nhỉ: Lỉûc quạn tênh, trng lỉûc, lỉûc âiãûn tỉì. Thäng thỉåìng lỉûc khäúi l trng lỉûc, trỉì mäüt säú trỉåìng håüp âàûc biãût phi xẹt thãm lỉûc quạn tênh. + Lỉûc bãư màût: L lỉûc tỉì ngoi tạc dủng lãn cạc pháưn tỉí cháút lng qua màût tiãúp xục, t lãû våïi diãûn têch màût tiãúp xục nhỉ: ạp lỉûc khê quøn tạc dủng lãn màût tỉû do ca cháút lng, ạp lỉûc piton lãn cháút lng chỉïa trong xy lanh, .  Vê dủ 1: a. Tçm sỉû thay âäøi thãø têch ca 1m 3 nỉåïc åí nhiãût âäü 27 0 C khi ạp sút gia tàng 21KG/cm 2 . (Cho K åí 27 0 c l 22,90.10 3 KG/cm 2 ) Bi ging Thy Lỉûc 1 Trang 7 Khoa Xỏy Dổỷng Thuớy Lồỹi - Thuớy ióỷn Bọỹ mọn: Cồ Sồớ Kyợ Thuỏỷt Thuyớ Lồỹi b. Theo nhổợng sọỳ lióỷu thổỷc nghióỷm sau õỏy, xaùc õởnh mọ õun õaỡn họửi thóứ tờch cuớa nổồùc. Vồùi 35KG/cm 2 thóứ tờch laỡ 30 dm 3 vaỡ vồùi 250 KG/cm 2 thóứ tờch laỡ 29,70 dm 3 Giaới: a. Ta coù : dW = - Wdp/ K = - 1. 21 .10 4 / 22,9. 10 7 = - 9,15.10 -4 m 3 b. Mọ õun õaỡn họửi thóứ tờch cuớa nổồùc laỡ : K = -Wdp / dW = -30.10 3 .(250-35). 10 4 / (29,70-30).10 3 = 21,5. 10 7 KG/m 2 Vờ duỷ 2: Xaùc õởnh lổỷc ma saùt taỷi mỷt trong cuớa mọỹt ọỳng dỏựn dỏửu coù õổồỡng kờnh trong d=80mm, chióửu daỡi l=10m, nóỳu lổu tọỳc trón mỷt cừt ngang cuớa ọỳng thay õọứi theo qui luỏỷt: u =25y - 312 y 2 , trong õoù y laỡ khoaớng caùch tờnh tổỡ mỷt trong cuớa ọỳng (0 y d/2). Hóỷ sọỳ nhồùt õọỹng lổỷc cuớa dỏửu à =0,0599 N.s/m 2 . + Lổu tọỳc lồùn nhỏỳt cuớa dỏửu trong ọỳng laỡ bao nhióu? + Veợ bióứu õọử chố roợ qui luỏỷt phỏn bọỳ lổu tọỳc trong ọỳng theo mỷt cừt ngang ọỳng. Giaới : Ta duỡng cọng thổùc cuớa Newton õóứ tờnh lổỷc caớn: dn du S.F ms à= õỏy phổồng n chờnh laỡ phổồng y Tờnh: u dy du = ( ) y.y.y.u 6242531225 2 = = ( ) myu o 25 1 624 25 0 == u max taỷi y 0 khi u =0, thay giaù trở y 0 vổỡa tỗm õổồỹc vaỡo u: ( ) sm,u max 50 625 312 1 25 1 312 25 1 25 2 == Tờnh F masaùt : S = lì ì d = 10ì ì 0,08 m = 2,512 m 2 dy du : vỗ tỗm ma saùt taỷi thaỡnh ọỳng, nón taỷi õoù y=0 2506242562425 =ì== y dy du Thay vaỡo: F ms = 0,0599ì 2,512ì 25 = 3,76 N Veợ bióứu õọử: ỏy laỡ mọỹt haỡm bỏỷc hai vồùi y Baỡi giaớng Thuớy Lổỷc 1 Trang 8 l=10 m d/2 u ma x u u=25y- 312y 2 y Khoa Xỏy Dổỷng Thuớy Lồỹi - Thuớy ióỷn Bọỹ mọn: Cồ Sồớ Kyợ Thuỏỷt Thuyớ Lồỹi Taỷi 0 = u ( ) sm,umyy maxo 50 25 1 ==>== Taỷi thaỡnh ọỳng y= 0 coù u= 0 m/s. Nổớa kia cuớa ọỳng lỏỳy õọỳi xổùng Baỡi giaớng Thuớy Lổỷc 1 Trang 9 Khoa Xỏy Dổỷng Thuớy Lồỹi - Thuớy ióỷn Bọỹ mọn: Cồ Sồớ Kyợ Thuỏỷt Thuyớ Lồỹi BAèI TP CHặNG I Baỡi 1: ỳng dỏựn nổồùc coù õổồỡng kờnh trong d=500mm vaỡ daỡi l=1000m chổùa õỏửy nổồùc ồớ traỷng thaùi tộnh dổồùi aùp suỏỳt P 0 =4 at vaỡ nhióỷt õọỹ t o =5 o C. Boớ qua sổỷ bióỳn daỷng vaỡ neùn, giaợn nồớ cuớa thaỡnh ọỳng. Xaùc õởnh aùp suỏỳt trong ọỳng khi nhióỷt õọỹ nổồùc trong ọỳng tng lón t 1 =15 0 C, bióỳt hóỷ sọỳ giaợn nồớ do nhióỷt õọỹ cuớa nổồùc t =0,000014 vaỡ hóỷ sọỳ neùn p = KG/cm 21000 1 2 . aùp sọỳ: Aùp suỏỳt cuớa nổồùc trong ọỳng P=7 at. Baỡi 2: em thờ nghióỷm thuớy lổỷc mọỹt ọỳng coù õổồỡng kờnh d=400mm, chióửu daỡi l=2000mm, aùp suỏỳt nổồùc trong ọỳng tng lón 45 at, sau giaớm xuọỳng coỡn 40 at. Cho bióỳt w =5,1.10 -10 m 2 /N. Boớ qua sổỷ bióỳn daỷng cuớa voớ ọỳng. Hoới thóứ tờch nổồùc rố ra ngoaỡi laỡ bao nhióu? aùp sọỳ: W=62,8 dm 3 Baỡi giaớng Thuớy Lổỷc 1 Trang 10 . = - 1. 21 .10 4 / 22,9. 10 7 = - 9 ,15 .10 -4 m 3 b. Mọ õun õaỡn họửi thóứ tờch cuớa nổồùc laỡ : K = -Wdp / dW = -30 .10 3 .(250-35). 10 4 / (29,70-30) .10 . 62425 312 25 2 = = ( ) myu o 25 1 624 25 0 == u max taỷi y 0 khi u =0, thay giaù trở y 0 vổỡa tỗm õổồỹc vaỡo u: ( ) sm,u max 50 625 312 1 25 1 312 25 1 25