I. Mở Đầu: Giới thiệu về môn học, các tính chất lưu chất, các lực tác dụng lên lưu
chất.
II. Tĩnh học lưu chất: Nghiên cứu về lưu chất ở trạng thái tĩnh, các phương trình cơ
bản đặc trưng cho lưu chất ở trạng thái tĩnh, từ đó rút ra quy luật phân bố áo suất
của các điểm trong môi trường lưu chất tĩnh, cũng như cách tính các áp lực của lưu
chất lên một bề mặt vật. (chương này có hai phần: tĩnh tuyệt đối và tĩnh tương đối).
III. Động học lưu chất: Nghiên cứu về chuyển động của lưu chất (không xét đến lực),
các phương pháp nghiên cứu, các loại chuyển động, định lý vận tải Reynolds về
phương pháp thể tích kiểm soát, từ đó rút ra phương trình liên tục dựa vào nguyên
lý bảo toàn khối lượng.
IV. Đông lực học lưu chất: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết chuyển động của lưu chất,
những phương trình vi phân đặc trưng cho lưu chất chuyển động, từ đó, cộng với
ứng dụng nguyên lý bảo toàn năng lượng và biến thiên động lượng để rút ra những
phương trình cơ bản động lực học (phương trình năng lượng, phương trình động
lượng) và các ứng dụng của nó.
V. Dòng chảy đều trong ống: Trong chương này ta nghiện cứu hai phần: Phần 1 về
dòng chảy đều trong ống, phương trình cơ bản , phân bố vận tốc trong dòng chảy
tầng, rối, các công thức tính toán tổn thất năng lượng trong dòng chảy. Phần 2 về
các tính toán trong mạng đường ống (từ ống đơn giản, nối tiếp song song đến một
mạng ống vòng…)
VI. Thế lưu: Trong chương này ta tập trung nghiên cứu dòng lưu chất lý tưởng không
nén được, chuyển động thế trên mặt phẳng xOy, các ví vụ dòng chảy thế từ đơn
giản (dòng thẳng đều, điểm nguồn, hút,… đến phức tạp hơn (lưỡng cực, dòng bao
quanh trụ tròn…)
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
CHÖÔNG 1
MÔÛ ÑAÀU
TS. Nguyeãn Thò Baûy
I. GIÔÙI THIEÄU MOÂN HOÏC CÔ LÖU CHAÁT
Ñoái töôïng nghieân cöùu:
Phaïm vi nghieân cöùu :
chaát loûng
chaát khí
caùc qui luaät cuûa löu chaát ôû traïng thaùi tónh vaø ñoäng.
Muïc tieâu nghieân cöùu : Nhaèm phuïc vuï trong nhieàu lónh vöïc :
Thieát keá caùc phöông tieän vaän chuyeån : xe hôi, taøu thuûy, maùy bay, hoûa tieãn...
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…
Thieát keá caùc thieát bò thuûy löïc : maùy bôm, tua bin, quaït gioù, maùy neùn..
Khí töôïng thuûy vaên : döï baùo baõo, luõ luït , ..
Y khoa: moâ phoûng tuaàn hoaøn maùu trong cô theå, tính toaùn thieát keá caùc maùy trôï tim
nhaân taïo..
Trong cuoäc soáng haèng ngaøy, cuõng caàn raát nhieàu kieán thöùc cô baûn veà CLC. Ví duï:
Löïc huùt giöõa hai doaøn taøu ñang chaïy song song nhau, noài aùp suaát,…
Phaân bieät löu chaát :
Löïc lieân keát giöõa caùc phaân töû nhoû
Coù hình daïng phuï thuoäc vaøo vaät
chöùa.
Khoâng chòu taùc duïng cuûa löïc caét, löïc keùo Löu chaát laø moâi tröôøng lieân tuïc.
Döôùi taùc duïng cuûa löïc keùo
Löu chaát chaûy (khoâng giöõ ñöôïc
traïng thaùi tónh ban ñaàu)
MÔÛ ÑAÀU - 1
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
II. CAÙC TÍNH CHAÁT VAÄT LYÙ CÔ BAÛN CUÛA LÖU CHAÁT
2.1 Khoái löôïng rieâng, troïng löôïng rieâng, tyû troïng, theå tích
rieâng:
ρ n 1000kg / m 3
ΔM
3
Ví
ρ lim
( kg / m )
Khoái löôïng
ΔV 0 ΔV
ρ kk 1,228kg / m 3
duï:
rieâng:
γ ρg
( N / m 3 ); (kgf / m 3 ); 1kgf 9,81N
Troïng löôïng
rieâng:
γ 9,81.103 ( N / m 3 )
n
ρ
ρn
Tyû troïng:
δ
Theå tích rieâng:
V
Neáu xem g=const thì:
1
ρ
F*:Löïc huùt traùi ñaát (F*s,F*n).
F: Löïc ly taâm (Fs,Fn)
F*n- Fn= G: löïc troïng tröôøng = Mg
Taïi xích ñaïo (=00): g=9,780 m/s2
Taïi vó tuyeán =500 : g=9,810 m/s2
Taïi vuøng cöïc:
g=9,832 m/s2
g cuõng thay ñoåi theo chieàu cao z,
z caøng lôùn, g caøng giaûm do löïc huùt
cuûa traùi ñaát leân vaät giaûm
2.2 Tính neùn ñöôïc:
1. Ñoái vôùi chaát loûng:
δ
γ
γn
Söï thay ñoåi g theo vó ñoä vaø ñoä cao:
n
n
F
F*sF
F
F
n F
n
F
F*
F*
s
F*n s
s
Sô ñoà löïc huùt Traùi ñaát, löïc ly taâm vaø
troïng löïc
Heä soá neùn p:
Suaát ñaøn hoài K:
βp
dV / V0
dp
K V0
dp
dV
Hay:
K
dp
d
Knöôùc = 2,2 109 N/m2
K thöôøng duøng cho chaát loûng, haàu nhö laø haèng soá, raát ít phuï thuoäc vaøp aùp suaát vaø
nhieät ñoä
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
2. Ñoái vôùi chaát khí, xem nhö laø khí lyù töôûng:
pV = RT
Trong tröôøng hôïp khí neùn ñaúng
nhieät:
pV = const
Hay:
p = RT
Löu yù: Trong caùc coâng thöùc treân, aùp suaát p laø aùp suaát tuyeät ñoái
MÔÛ ÑAÀU - 2
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
Ví duï 1: Noài aùp löïc goàm phaàn truï troøn coù ñöôøng kính d=1000mm, daøi l=2m; ñaùy
vaø naép coù daïng baùn caàu. Noài chöùa ñaày nöôùc vôùi aùp suaát p0. Xaùc ñònh theå
tích nöôùc caàn neùn theâm vaøo noài ñeå taêng aùp suaát trong noài töø p0=0 ñeán
p1=1000at. Bieát heä soá neùn cuûa nöôùc laø p=4,112.10-5 cm2/kgf=4,19.10-10
m2/N. Xem nhö bình khoâng giaûn nôû khi neùn
Giaûi:
Goïi V0 ; p0 laø theå tích vaø aùp suaát nöôùc ôû traïng thaùi ñaàu; ñeå sau khi neùn
coù:
V1 ; p1 laø theå tích vaø aùp suaát nöôùc ôû traïng thaùi sau;
Nhö vaäy sau khi neùn theâm nöôùc vaøo, theå tích nöôùc V1 trong bình chính
laø theå tích bình:
3
2
l
V1
d
Ta coù:
4 d d
π π l 2.094395m
3 2 2
βp
3
β p .Δp.V1
Δ V / V0
Δ V /( V1 ΔV )
ΔV
Δp
Δp
β p Δp 1
Theá soá vaøo ta ñöôïc : ΔV V1 - V0 -89.778lít
Vaäy caàn neùn theâm vaøo bình 89.778 lít nöôùc
Ví duï
2:
Daàu moû ñöôïc neùn trong xi lanh baèng theùp thaønh daøy tieát dieän ñeàu nhö
hình veõ. Xem nhö theùp khoâng ñaøn hoài. Coät daàu tröôùc khi neùn laø h=1,5 m,
vaø möïc thuyû ngaân naèm ôû vò trí A-A. Sau khi neùn, aùp suaát taêng töø 0 at leân
50 at, thì möïc thuyû ngaân dòch chuyeån leân moät khoaûng h=4 mm. Tính suaát
Giaûi: ñaøn hoài cuûa daàu moû
Daàu
moû
nöôùc
h
A
A
Theùp
Hg
βp
ΔV / V0
S.Δh / S.h Δh
5.44E-10
Δp
Δp
Δp.h
K
1
1.84E 09
βp
N/m2
MÔÛ ÑAÀU - 3
m2 / N
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
Ví duï 3: Moät bình theùp coù theå tích taêng 1% khi aùp suaát taêng theâm 70 MPa. ÔÛ
ñieàu kieän chuaån, bình chöùa ñaày nöôùc 450 kg (nöôùc=1000kg/m3). Bieát
Kn=2,06.109 Pa. Tìm khoái löôïng nöôùc caàn theâm vaøo (ôû ñieàu kieän
chuaån) ñeå taêng aùp suaát trong bình leân 70 MPa.
Giaûi caùch 1:
450
0 . 45 m 3
Theå tích bình luùc ñaàu VB tính nhö sau:
1000
3
0,45 m cuõng chính laø theå tích nöôùc ban ñaàu trong bình ôû ñ.k chuaån.
VB
Goïi V0 ; p0 laø theå tích vaø aùp suaát nöôùc ôû traïng chuaån; ñeå sau khi neùn trôû thaønh
V1 ; p1 (laø theå tích vaø aùp suaát nöôùc ôû traïng thaùi sau);
Ta co theå lyù luaän ñöôïc V1 chính laø theå tích bình luùc sau:
Ta coù:
V1 VB 1%VB 0.4545m 3
Δp
K.V1
K V0
V0
0.470487m 3
V1 V0
K Δp
Nhö vaäy, theå tích nöôùc caàn neùn theâm vaøo bình (tính vôùi ñieàu kieän chuaån): laø:
V V0 - VB 0 ,470487 0 ,45 0.020487m
3
Töông öùng vôùi khoái löôïng: ΔM 20.48744kg
Moät bình theùp coù theå tích taêng 1% khi aùp suaát taêng theâm 70 MPa. ÔÛ ñieàu
Ví duï 3: kieän chuaån, bình chöùa ñaày nöôùc 450 kg ( =1000kg/m3). Bieát
nöôùc
Kn=2,06.109 Pa. Tìm khoái löôïng nöôùc caàn theâm vaøo (ôû ñieàu kieän chuaån)
ñeå taêng aùp suaát trong bình leân 70 MPa.
Giaûi caùch 2:
Theå tích bình luùc ñaàu VB tính nhö sau:
VB
450
0.45m3
1000
Goïi V0 ; p0 laø theå tích vaø aùp suaát nöôùc trong bình ôû traïng ban ñaàu; V0=VB
V1 ; p1 laø theå tích vaø aùp suaát nöôùc nöôùc trong bình ôû traïng thaùi sau;
Nhö vaäy sau khi neùn trong bình coøn roãng moät theå tích laø:
ΔV1 (V0 - V1 ) 1%VB ΔV 1%VB
V0 .Δp
Δp
V .Δp
ΔV
ΔV1 0
1%VB 0.019791m3
ΔV
K
K
V1 laø theå tích phaàn roãng maø ta caàn boå sung nöôùc theâm vaøo bình öùng vôùi aùp suaát p1
Ñeå tính theå tích nöôùc V0 töông öùng ñoù vôùi ñieàu kieän aùp suaát p0, ta caàn tính laïi moät
laàn nöõa qua suaát ñaøn hoài K:
Δp
K.ΔV1
3
K ΔV0
ΔV0
ΔV0 0.020487m
ΔV1 ΔV0
K Δp
Nhö vaäy, theå tích nöôùc caàn neùn theâm vaøo bình (tính vôùi ñieàu kieän chuaån p0) : laø:
Ta coù:
K V0
ΔV0 0.020487m 3
Töông öùng vôùi khoái löôïng: Δ M 20.48744kg
MÔÛ ÑAÀU - 4
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
Ví duï 4: Neùn khí vaøo bình theùp coù theå tích 0,3 m3 döôùi aùp suaát 100at. Sau thôøi gian bò
roø, aùp suaát trong bình coøn laïi 90 at. Boû qua söï bieán daïng cuûa bình. Tìm theå
tích khí bò roø öùng vôùi ñ. kieän aùp suaát khí trôøi pa=1at. Xem quaù trình neùn laø
ñaúng nhieät
Giaûi
Goïi V0 ; p0 laø theå tích vaø aùp suaát khí trong bình ôû traïng chuaån ban ñaàu;
V1 ; p1 laø theå tích vaø aùp suaát cuõng cuûa khoái khí ñoù ôû traïng thaùi sau;
Ta coù:
V0 p 0 V1p1 V1
V0 p
0.333333m 3
p1
(V1-V0)=V laø theå tích khí bò maát ñi (vì bình chæ coøn chöùa laïi V0), öùng vôùi aùp suaát 90 at :
Ñeå tính theå tích khí Va töông öùng ñoù vôùi ñieàu kieän aùp suaát pa, ta caàn tính laïi moät
laàn nöõa :
ΔVa
ΔV.p1
3m 3
pa
Ví duï 4a: (xem Baitaùp+2.xls, SV töï giaûi)
Một bình gas ban đầu coù khối lượng M = 15 kg coù aùp suất dö po = 500 kPa . Sau
một thời gian sử dụng , aáp suất dö trong bình coøn lại p = 300 Kpa. Biết vỏ bình
gas coù khối lượng 5 kg vaø khoâng bị thay đñổi khi aùp suất thay đổi. Tính khối
lượng gas ñaõ sử dụng trong thời gian treân
M
p0,Kpa
p1, Kpa
Mvo
Mgaz0
Mgaz1
Mgazsudung
15
500
300
5
10
6.656078
3.34392242
MÔÛ ÑAÀU - 5
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
2.3 Tính nhôùt:
n τ "" μ du
dn
Chaát loûng Newton chaûy taàng Ñònh luaät ms nhôùt Newton:
:[ kg /( m.s); N .s /( m 2 ); Pa.s, poise];1 poise 0,1kg /( m.s)
:[ m 2 / s; stokes ];1st 10 4 m2 / s
Nhö vaäy löïc ma saùt nhôùt seõ tính baèng
u
A
Fms τA
Tính chaát cuûa heä soá nhôùt :
Chaát loûng:
Heä soá nhôùt phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä
Chaát khí:
Chaát loûng:
Heä soá nhôùt phuï thuoäc vaøo aùp suaát:
Chaát khí :
giaûm
khi nhieät ñoä taêng
taêng
khi nhieät ñoä taêng
taêng
khi p taêng
khoâng ñoåi khi p thay ñoåi
τ
Chaát loûng Newton vaø phi Newton
m
ha n
g
n
Haàu heát caùc loaïi löu chaát thoâng thöôøng nhö nöôùc,
Bi wto
c
xaêng, daàu … ñeàu thoûa maõn coâng thöùc Newton, tuy
l.
Ne on
i
ton
h wt
nhieân coù moät soá chaát loûng (haéc ín, nhöïa noùng chaûy,
P
w
e
daàu thoâ ..) khoâng tuaân theo coâng thöùc Newton ñöôïc
Ne
l.c l.c N
i
goïi laø chaát loûng phi Newton, hoaëc ñoái vôùi chaát
Ph
c
.
l
loûng thoâng thöôøng khi chaûy ôû traïng thaùi chaûy roái
l.c lyù töôûng du/dn
cuõng khoâng tuaân theo coâng thöùc Newton.
Ví duï
5:
Ñöôøng oáng coù ñöôøng kính d, daøi l, daãn daàu vôùi heä soá nhôøn µ, khoái löôïng
rieâng . 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:
du
( 2 ay ad )
dy
y
l
Taïi thaønh oáng: y=0; suy ra:
(ad )
Nhö vaäy löïc ma saùt cuûa daàu leân thaønh oáng laø:
Fms A ( ad ).(ld ) ald 2
MÔÛ ÑAÀU - 6
umax
d
x
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
Ví duï
6:
Taám phaúng dieän tích A tröôït ngang treân maët phaúng treân lôùp daàu boâi trôn
coù beà daøy t, heä soá nhôùt µ vôùi vaän toác V. Tìm phaân boá vaän toác lôùp daàu
theo phöông phaùp tuyeán n cuûa chuyeån ñoäng
Giaûi
Phaân tích löïc taùc duïng leân lôùp chaát loûng baát lyø
coù toaï ñoä n nhö hình veõ, ta coù:
F Fms A
n
N
µ,t
V
F
Fms
du
F
F
du
dn u
nC
dn
A
A
0
G
Taïi n=0 ta coù u=0, suy ra C=0
F
VA
Taïi n=t ta coù u=V, suy ra:
V
tF
A
t
Thay vaøo treân ta coù ñöôïc bieán thieân u treân n theo quy luaät tuyeán tính:
u
V
n
t
Nhaän xeùt thaáy öùng suaát tieáp =const treân phöông n
N
Ví duï Taám phaúng dieän tích A=64 cm2 ; naëng Gp=7,85N tröôït treân maët phaúng
7: nghieâng goùc =120 treân lôùp daàu boâi trôn coù beà daøy t=0,5mm, vôùi vaän toác
ñeàu V=0,05 m/s. Tìm heä soá nhôùt µ cuûa lôùp daàu vaø coâng suaát ñeå keùo taám
phaúng ngöôïc doác vôùi vaän toác neâu treân. Cho dau=8820 N/m3
Giaûi
n
Baây giôø taám phaúng chuyeån ñoäng nhôø löïc troïng
tröôøng G chieáu treân phöông chuyeån ñoäng:
µ,t Fm
V
s
G sin F
ms
du
(G p A (t n )) sin
dn
G
t
sin
du p sin
n dn
A
Gsin
G cos
A
G p t
sin n 2
u
sin n
C
2
A
Taïi n=0 ta coù u=0, suy ra
Taïi n=t ta coù u=V, suy ra:
C=0
G
t
sin t 2
V p sin t
2
A
G p γt
2
μ
sin αt 2.56Ns / m
AV 2V
MÔÛ ÑAÀU - 7
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
n
Ñeå keùo taám phaúng ngöôïc leân vôùi vaän toác
V=0,05 m/s, ta caàn taùc ñoäng vaøo taám phaúng moät
löïc ngöôïc leân theo phöông chuyeån ñoäng coù giaù
trò baèng Fk:
Fk
Gsin
V
Fm
s
Fk G sin Fms A
V
du
Fk G p sin A(t n) sin
dn
Fk G p sin At sin
A
A sin t 2
VA
A sint
t
Fk
G sin
t
2 A
2
Fk 2G sin A sin t
Theá coâng thöùc tính µ vaøo ta ñöôïc:
Nhö vaäy ta caàn moät coâng suaát laø :
N V .Fk V 2G sin A sin t 0.164W
Ví duï
Moät loaïi nhôùt coù , µ chaûy ñeàu treân maët phaúng nghieâng 1 goùc so vôùi
8:
maët phaúng ngang. Tìm beà daøy t cuûa lôùp nhôùt.
Giaûi
Choïn heä truïc toaï ñoä nhö hình veõ. Xeùt löïc taùc duïng leân moät lôùp vi phaân chaát loûng
caân baèng, ôû toaï ñoä y :
du
(t y) sin
dn
µ,t Fm
sin
(t y) dy
du
sin t sin t
2
s
2
G cos
u y t ut 0
2
Ta bieát raèng taïi y=0 thì u=0, taïi y=t thì u=V; neân:
t
N
A
G sin Fms
2V
sin
MÔÛ ÑAÀU - 8
n
V
Gsin
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
Ví duï
9:
Giaûi
Moät truïc coù ñöôøng kính d=10cm ñöôïc giöõ thaúng ñöùng bôûi moät oå truïc daøi
l=25cm. Khe hôû ñoàng truïc coù beà daøy khoâng ñoåi baèng h=0,1mm ñöôïc boâi
trôn baèng daàu nhôùt coù µ=125cpoise. Truïc quay vôùi toác ñoä n=240 voøng/ph.
Tìm ngaãu löïc caûn do oå truïc gaây ra vaø coâng suaát tieâu hao.
µ=125cpoise=1,25 poise=1,25dyne.s/cm2=0,125 Ns/m2
Choïn heä truïc toaï ñoä nhö hình veõ. Xeùt moät lôùp chaát loûng ôû toaï ñoä y tính töø thaønh
raén, ta tìm moment löïc ma saùt cuûa lôùp chaát loûng naøy:
h
du
2
M ms A(r h y ) 2l (r h y )
dy
Khi truïc quay oån ñònh thì Mms=Mtruïc=const
l
M
1
du 2l (r h y)
2
d (r h y )
1
M
C
2l (r h y)
M
M
1
1
1
u
C
2l (r h)
2l r h y r h
d
u
Taïi y=0
thì u=0:
Taïi y=h thì u=V=r=nr/30:
Suy ra moment ma saùt:
Coâng suaát tieâu hao:
πnr
M 1
1
30 2πμl r r h
u
0
y
y
r
h
2 nl r 2 (r h)
M
6.156166Nm
15
h
N F .V F ..r M . M
n
154.72W
30
Ñeå ñôn giaûn, ta xem phaân boá vaän toác theo phöông y laø tuyeán tính, luùc aáy:
r
2 nlr 3
M tru Atru r
.2.rl.r
6.168503Nm
h
15h
MÔÛ ÑAÀU - 9
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
Ví duï 10:
Khe hôû beà daøy t giöõa hai ñóa troøn ñöôøng kính d naèm ngang cuøng truïc
ñöôïc boâi trôn baèng daàu nhôùt coù µ,. Moät ñóa coá ñònh, moät ñóa quay
vôùi toác ñoä n voøng/ph. Tìm ngaãu löïc caûn vaø coâng suaát.
Choïn heä truïc toaï ñoä nhö hình veõ. Xeùt moät vi phaân lôùp chaát loûng hình vaønh khuyeân
daøy dr ôû toaï ñoä y tính töø ñóa coá ñònh ôû döôùi, löïc ma saùt taùc duïng leân vi phaân naøy laø:
dFms dA
du
2rdr
dy
Ñaây laø chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa hai taám phaúng ngang, neân ta chaáp nhaän ñöôïc
quy luaät tuyeán tính cuûa vaän toác theo phöông y:
r
2 2
y
2rdr
dFms
r dr
n
t
t
r
2 3
d
Suy ra :
2rdr.r
dM ms dFms .r
r dr
V=r
t
t
t
d /2
4
Nhö vaäy moment ma saùt: M 2 r 3dr 2 r
0
0
M
Coâng suaát :
t
t
4
2 nd 4
960.t
n 3n 2 d 4
N M . M
30 28800.t
dr
r
y
2.4 AÙp suaát hôi:
Laø aùp suaát hôi treân beà maët chaát loûng kín. Khi toác ñoä boác hôi cuûa caùc
phaân töû löu chaát baèng toác ñoä ngöng tuï thì treân beà maët löu chaát ñaït
tôùi aùp suaát hôi baõo hoaø.
AÙp suaát hôi baõo hoaø taêng theo nhieät ñoä
Ví duï ôû 20 0C, pbaõo hoaø cuûa nöôùc laø 0,025 at=0,25 m nöôùc
ôû 1000C, pbaõo hoa cuûa nöôùc laø 1at=10mnöôùc
Khi aùp suaát chaát loûng AÙp suaát hôi baõo hoaø chaát loûng baét ñaàu soâi (hoaù khí).
Ví duï coù theå cho nöôùc soâi ôû 200C neáu haï aùp suaát xuoáng coøn 0,025at.
Trong moät soá ñieàu kieän cuï theå, hieän töôïng Cavitation (khí thöïc) xaûy ra khi aùp suaát
chaát loûng nhoû hôn Pbaõo hoaø
MÔÛ ÑAÀU - 10
TS. Nguyeãn Thò Baûy-Baøi Giaûng CLC
2.5 Söùc caêng beà maët vaø hieän töôïng mao daãn:
Xeùt löïc huùt giöõa caùc phaân töû chaát loûng vaø khí
treân beà maët thoaùng:
Fkhí
Fnöôùc
Fkhí < Fnöôùc coøn löïc thöøa höôùng vaøo chaát loûng,;
laøm beà maët chaát loûng nhö maøng moûng bò caêng ;
Söùc caêng beà maët : löïc caêng treân 1 ñôn vò chieàu daøinaèm trong beà maët
cong vuoâng goùc vôùi ñöôøng baát kyø treân beà maët
haït nöôùc coù daïng caàu
hieän töôïng mao daãn
h
h
Ftt-n>Fn
nöôùc
Fn<<0,
T0 laø nhieät ñoä öùng vôùi ñoä cao z=0 (thoâng thöôøng laø möïc nöôùc bieån yeân laëng):
− gdz =
R(T0 − az)
g
dp
dz
dp ⇒
= −g
⇒ ln p =
ln(T0 − az) + ln(C)
p
p
R(T0 − az)
aR
⇒ p = C(T0 − az)
g
aR
g
Goïi p0 laø aùp suaát öùng vôùi z=0:
Phöông trình khí tónh:
Ví duï 1:
p 0 = CT0 aR ⇒ C =
⎛ T − az ⎞
⎟
p = p0 ⎜ 0
⎟
⎜ T
0
⎠
⎝
g
p0
g
T0 aR
aR
AÙp suaát tuyeät ñoái taïi maët bieån yeân laëng laø 760mmHg, töông öùng vôùi
nhieät ñoä T=288 0K. Nhieät ñoä taàng khí quyeån giaûm 6,5 ñoä K khi leân cao
1000m cho ñeán luùc nhieät ñoä ñaït 216,5 ñoä K thì giöõ khoâng ñoåi. Xaùc
ñònh aùp suaát vaø khoái löôïng rieâng cuûa khoâng khí ôû ñoä cao 145000m.
Cho R=287 J/kg.0K
Giaûi:
T0 laø nhieät ñoä öùng vôùi ñoä cao z=0 (maët bieån yeân laëng):
Ta tìm haøm phaân boá nhieät ñoä theo ñoä cao: T=T0 – az; vôùi a=0, 0065
Cao ñoä öùng vôùi nhieät ñoä T1=216,5 ñoä K laø z1= 11000m
Suy ra:
216,5=288 – 0,0065z1
Nhö vaäy töø z0=0 ñeán z1=11000m, aùp suaát bieán thieân theo phöông trình khí tónh:
g
⎛ T − az ⎞
⎛ T − az1 ⎞
⎟⎟ ⇒ p1 = p0 ⎜⎜ 0
⎟⎟
p = p0 ⎜⎜ 0
⎝ T0 ⎠
⎝ T0 ⎠
p1 = 0.1695mHg
Töø:
aR
g
aR
⎛ 216,5 − 0.0065*11000⎞
= 0.76⎜
⎟
216,5
⎝
⎠
9.81
0.0065*287
p1
0 . 1695 * 13 . 6 * 9 . 81 * 10 3
p
= RT ⇒ ρ 1 =
=
= 0.364 kg/m
RT 1
287 * 216 . 5
ρ
THUYÛ TÓNH 3
3
TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
Töø z1=11000 m ñeán z2=14500m, nhieät ñoä khoâng ñoåi neân:
RT
− 1
⎛ − RTg 1 ⎞
RT1
RT1 dp
RT1
⎟ ⇒ Cp g = e z
− gdz =
dp ⇒ dz = −
⇒z=−
ln p + ln(C) = ln⎜ Cp
⎜
⎟
p
g p
g
⎝
⎠
Taïi ñoä cao z1 ta coù aùp suaát baèng p1; suy ra:
C=
e z1
(p1 )
RT1
g
⇒ p = p1e
( z1 − z )
g
RT1
Nhö vaäy taïi ñoä cao z2 =14500m ta tính ñöôïc:
p 2 = p1e
( z1 − z 2 )
g
RT1
= 0.17 * e
(11000−14500)
9.81
278*216.5
= 0.09752 mHg = 97.52mmHg
vaøø:
ρ2 =
p 2ρ1
= 0.209kg / m 3
p1
IV. MAËT ÑAÚNG AÙP, P TUYEÄT ÑOÁI, P DÖ, P CHAÂN KHOÂNG
¾Maët ñaúng aùp cuûa chaát loûng naèm trong tröôøng troïng löïc laø maët phaúng naèm
ngang
¾Phöông trình maët ñaúng aùp:
¾AÙp suaát dö :
Fxdx + Fydy + Fzdz=0
pdö = ptñ - pa
¾Neáu taïi moät ñieåm coù pdö < 0 thì taïi ñoù coù aùp suaát chaân khoâng pck
pck= -pdö = pa – ptñ
¾p trong phöông trình thuyû tónh laø aùp suaát tuyeät ñoái ptñ. hoaëc aùp suaát dö
5
¾Các điểm naøo (?) có áp suất bằng nhau:
THUYÛ TÓNH 4
1
2
6
7
3
4
TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
V. ÖÙNG DUÏNG
1. Caùc aùp keá:
pa
p=0, chaân khoâng tuyeät ñoái
paB
B
htñA
A
pA = pB + γhtd
hdöA
A
A
B
pduA = pduB − γhck ⇒ pckA = γhck
pduA = pduB + γhdu = γhdu
A’
A’
2. Ñònh luaät bình thoâng nhau:
Töø p.tr thuyû tónh:
Suy ra
hckA
pA=pA’+ γ2h2; pB=pB’+ γ1h1
h1
B
A
γ1h1=γ2h2
γ1
3. Ñònh luaät Pascal:
Taïi moät vò trí naøo ñoù trong löu chaát neáp aùp
suaát taêng leân moät ñaïi löôïng ∆p thì ñaïi löôïng
naøy seõ ñöôïc truyeàn ñi trong toaøn mieàn löu
chaát → öùng duïng trong maùy neùn thuûy löïc.
B’
γ2 h
2
f
p=f/a
F=pA
Pascal 1623-1662 , Phaùp
THUYÛ TÓNH 5
TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
4. Bieåu ñoà phaân boá aùp suaát chieàu saâu:
pa
pa
pa
h
h
h
pdö/γ=h
pdö=γh
pa+γh
pck
pck
pck
h
pck
pck/γ
h
h1=pck/γ
h
pck/γ-h
pck-γh
pck/γ
pdö=0, ptñ=pa
pdö/γ=h-h1
5 . Phaân boá aùp suaát treân moät maët cong:
h
p/γ=h
p/γ=h
6 . AÙp keá vi sai:
pa
pa→pa+ ∆p
Ban ñaàu thì p1=p2=pa:
γ1h1= γ2h2
C
∆z
γ2
A
Khi aùp suaát oáng beân traùi taêng leân ∆p: p1=pa+∆p; p2=pa
γ1
pa + ∆p = p A = pB − γ1h AB = pC + γ 2 h BC − γ1h AB
h1
h2
h
= pa + γ 2 h BC − γ1h AB
0
⇒ ∆p = γ2hBC − γ1hAB = γ2 (h2 − h + ∆z) − γ1(h1 − h − ∆z)
⇒ ∆p = h ( γ1 − γ 2 ) + ∆z( γ1 + γ 2 )
Goïi A, a laàn löôït laø dieän tích ngang oáng lôùn vaø oáng nhoû:
⇒ a.h = A.∆z ⇒ ∆z =
ah
A
⇒ ∆p = h(γ1 − γ 2 ) +
THUYÛ TÓNH 6
B
ah
(γ1 + γ 2 )
A
TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
VI. LÖÏC TAÙC DUÏNG LEÂN THAØNH PHAÚNG
pa
¾ Giaù trò löïc
F du =
∫p
du
dA =
A
∫ γhdA = ∫ γy sin αdA
A
= γ sin α ∫ ydA =γ sin αy C A = γh C A =
A
hD
hC
A
p du
C A
F
α
h
y
dA
F =p A
du
du
C
C
D
¾ Ñieåm ñaët löïc
y D F = ∫ ydF = ∫ yγ sin αydA = γ sin α ∫ y 2dA = γ sin αIxx y
A
A
Suy ra:
O(x)
yD =
Töông töï :
xD =
Taâm aùp
löïc
A
I
I +y A
γ sin αI xx
= xx = C
F
yCA
yCA
2
C
yD = yC +
γ sin αI xy
F
=
IC
yCA
I xy
yCA
xD = xC +
=
x
Ixx=Ic+yC2A
Ixy=Ix’y’+xCyCA
y yC
I x 'y ' + x C y C A
Ix ' y '
yc A
yD
Ic
C
yCA
Ic: M. q tính cuûa A so vôùi truïc //0x vaø qua C
Ix’y’: M. q tính cuûa A so vôùi troïng taâm C
¾ Löïc taùc duïng leân thaønh phaúng chöõ nhaät ñaùy naèm ngang:
pC = γ
hA + hB
2
⇒ F = ApC = γ
F
hA + hB
(AB)b
2
hA
A
C*
hB
D
B
Ñaët:
Ω=(hA+hB).(AB)/2
Suy ra:
F=γΩb
BD=[(hB+2hA)/(hB+hA)].(AB)/3
THUYÛ TÓNH 7
hA
Ω
hB
TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
VII. LÖÏC TAÙC DUÏNG LEÂN THAØNH CONG ÑÔN GIAÛN
F = Fx2 + Fy2 + Fz2
O(y)
¾ Thaønh phaàn löïc theo phöông x
Fx = ∫ dFx = ∫ pdA cos(n, ox)
A
∫ γhdA
A
x
Maët
cong A
dAx
Ax
z
dA
Fz = ∫ dFz = ∫ γhdA cos(n, oz)
=
∫ γhdA
pa x
Ax
= p cx A x
¾ Thaønh phaàn löïc theo phöông z
A
dAz
h
A
= ∫ γhdA x =
Az
(n,ox)
n
dFx
A
z
= γW
A
W: theå tích vaät aùp löïc: laø theå tích cuûa vaät thaúng ñöùng giôùi haïn bôûi maët cong A
vaø hình chieáu thaúng ñöùng cuûa A leân maët thoaùng töï do (Az)
pa
¾ Caùc ví duï veà vaät aùp löïc W:
pa
pdö
w
pdö/γ
Fz
pck
w
pck
pck/γ
pa
Fz
w
pa
pck
w
Fz
w
Pa
Pdu
w
Fz
pck/γ
w1
pck/γ
Fz1
pa
w2
pa
Fz
Fz2
Pck
Pa
Pck
w
Fz
Fz
w
Pa
THUYÛ TÓNH 8
TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng CLC
pa
pa
pdö
pdö
Fz
Fz
W1: phaàn cheùo lieàn neùt
→Fz1 höôùng leân.
W2: phaàn cheùo chaám chaám
→Fz2 höôùng xuoáng.
W=W1-W2
→Fz höôùng xuoáng
W1: phaàn cheùo lieàn neùt
→Fz1 höôùng xuoáng.
W2: phaàn cheùo chaám
chaám
→Fz2 höôùng leân.
W=W1-W2
→Fz höôùng leân
¾ Löïc ñaåy Archimeøde:
Ar = γW2 − γW1 = γW
Ar
W1
W
W2 (phaàn gaïch cheùo)
Archimede 287-212 BC
THUYÛ TÓNH 9
- Xem thêm -