Đại cương về lưu chất

Giới thiệu môn họcMôn Học : Cơ Lưu ChấtSố tiết : 30 tiếtSố tiết/tuần: 2 tiết Giáo trình chính [1]. Cơ lưu chất – ĐHCN Tp.HCM Tài liệu tham khảo [1]. Nguyễn Hữu Chí, Nguyễn Hữu Duy, Phùng Văn Khương, Bài tập cơ học chất lỏng ứng dụng, NXB ĐH&THCN, 1979 [2]. Trần Chấn Chỉnh, Lê Thị Minh Nghĩa. Cơ học chất lỏng kỹ thuật, ĐHBK Tp.HCM, 1992 [3]. Comolet R. Mécanique expérimentale des fluides, Masson, 1982. [4]. Gasiorek, Fluid Mechanics, Longman Scientific&Technical Douglas, 1991 Nội dung môn học Chương 1. Mở đầu Chương 2. Tĩnh học lưu chất Chương 3. Động học lưu chất Chương 4. Động lực học lưu chất Chương 5. Phân tích thứ nguyên và đồng dạng Chương 6. Thế lưu Nội dung môn học Chương 7. Chuyển động ma sát, lý thuyết lớp biên Chương 8. Lực nâng và lực cản Chương 9. Dòng chảy đều trong ống Chương 1 Đại Cương Về Lưu Chất GV: Nguyễn Đức Vinh Email: ducvinh.n@Gmail.com Chất lưu là gì? Người ta thường phân biệt vật chất ở 4 trạng thái: vật rắn, chất lỏng, chất khí và plasma. Chất lỏng và chất khí có cùng chung một tính chất là tính liên tục và tính chảy được. I. Đối tượng, phương pháp nghiên cứu, ứng dụng Đối tượng Chất lỏng Chất lỏng không nén được (ρ=const) Chất lỏng nén được (trạng thái khí, ρ≠const) Cơ lưu chất là môn khoa học cơ sở nghiêng cứu các quy luật cân bằng và chuyển động của lưu chất.  Ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống I. Đối tượng, phương pháp nghiên cứu, ứng dụng Phương pháp nghiêng cứu Ba phương pháp nghiêng cứu phổ biến Phương pháp lý thuyết: Sử dụng các công cụ tóan học, phương trình vi phân, tóan tử quen thuộc, các định lý tổng quát của cơ học Phương pháp thực nghiệm: Dùng trong một số các trường hợp không thể giải quyết bằng lý thuyết. I. Đối tượng, phương pháp nghiên cứu, ứng dụng Kết quả thực nghiệm giúp chúng ta giải quyết vấn đề nhanh chóng các vấn đề thực hành đồng thời giúp hoàn thiện các mô hình mô tả lưu chất. Còn phương pháp giải tích cho ta các kết quả có tính tổng quát, lí luận. Hai phương pháp trên thường kết hợp với nhau và bổ trợ cho nhau. I. Đối tượng, phương pháp nghiên cứu, ứng dụng Phương pháp bán thực nghiệm: Kết hợp hai phương pháp thực nghiệm và lý thuyết. Ứng dụng Phạm vi ứng dụng môn cơ lưu chất là khá rộng rãi: giao thông vận tải, cơ khí, hàng không, công nghệ hóa chất, xây dựng, nông nghiệp, thủy lợi… II. Sơ lược lịch sử phát triển môn học Nhà bác học Acsimet (287-212, trước công nguyên) phát hiện lực tác động lên vật thể nhúng chìm trong nước. Nhà danh họa ý, Leona Đevanhxi (1452-1519) đưa ra khái niệm về lực cản của chất lỏng lên vật thể chuyển động trong nó. 400 năm sau Jukopxki và kutta giải thích được vì sao chim có thể bay được, đó là nhờ lực nâng. II. Sơ lược lịch sử phát triển môn học 1687 nhà bác học thiên tài người Anh, I.Newton đưa ra khái niện về ma sát giữa những lớp chất lỏng. Euler (1707-1783) Bernully (1700-1782) là những người đặt cơ sở lý thuyết cho thủy khí động lực. Hai nhà bác học Navie và Stốc tìm ra phương trình vi phân mô tả chuyển động của chất lỏng (1821-1845) II. Sơ lược lịch sử phát triển môn học 1904 nhà bác học người Đức sáng lập ra lý thuyết lớp biên, góp phần giải quýet nhiều bài toán động lực học. III. Một số tính chất cơ lý của chất lỏng Một số tính chất dễ nhận biết Tính liên tục Tính dễ di động Tính chống cắt và kéo (rất kém) Tính dính ướt III. Một số tính chất cơ lý của chất lỏng Khối lượng riêng và trong lượng riêng Khối lượng riêng: ρ (kg/m3) Trọng lượng riêng: γ (N/m3) III. Một số tính chất cơ lý của chất lỏng Tính nén ép và tính giản nở vì nhiệt Tính nén ép: biểu thị bằng hệ số nén ép βp Biểu thức: Hệ số nén ép là số giảm thể tích tương đối của chất lỏng khi áp suất tăng lên một đơn vị. III. Một số tính chất cơ lý của chất lỏng Tính giản nở vì nhịêt: biểu thị bằng hệ số giản nở vì nhiệt βt Biểu thức: V= Vo(1+βt.∆t) Là số thể tích tương đối tăng lên khi nhiệt độ tăng lên một độ III. Một số tính chất cơ lý của chất lỏng Tính nhớt Trong quá trình chuyển động, các lớp chất lỏng trượt lên nhau, gây ra lực ma sát trong, gây ra mất mát năng lượng, chất lỏng như thế gọi là chất lỏng có tính nhớt Biểu thức III. Một số tính chất cơ lý của chất lỏng Mô tả chuyển động Sức căng bề mặt và hiện tượng mao dẫn Sức căng bề mặt gắn liền với hiện tượng mao dẫn: Sự sôi của chất lỏng Sự sôi của chất nước là quá trình bay hơi không những xảy ra trên bề mặt chất lỏng mà còn xảy ra bên trong chất lỏng Các bọt khí tạo thành trong tòan bộ chất nước và vỡ ra, lúc đó áp suất hơi bão hòa Pbh>Po Nhiệt độ của chất nước ứng với Pbh gọi là nhiệt độ sôi. Chất lỏng thực và chất lỏng lý tưởng Chất lỏng thực: Là chất lỏng có đầy đủ các tính chất cơ lý như: tính cắt kéo, tính nhớt, sức căng bề mặt, sự sôi, tính nén ép … Chất lưu lý tưởng: Là chất lưu hoàn toàn không nén được và trong chất ấy không có các lực nhớt. 8. Áp suất – Nguyên nhân tạo ra áp suất: Áp suất: Tỉ số của áp lực f do chất lưu với toàn bộ diện tích tiếp xúc với vật rắn S được goị là áp suất. Áp suất p chính là áp lực trung bình cuả chất lưu lên trên một đơn vị diện tích tiếp xúc. Nguyên nhân tạo ra áp suất Vì phân tử của chất lưu luôn luôn chuyển động hỗn loạn nên khi nó va chạm vào bề mặt tiếp xúc với vật rắn, nó truyền xung lượng cho vật rắn. Vậy sự biến thiên xung lượng của các phân tử chất lưu là nguyên nhân tạo ra áp lực lên mặt tiếp xúc. 9. Lực tác dụng lên chất lỏng Lực tác dụng lên chất lỏng thông thường phân làm hai dạng: Nội lực và ngoại lực. Nội lực: là lực tương tác giữa những phần tử lưu chất với nhau, lực này có giá trị phụ thuộc vào bản chất của lưu chất. Ngoại lực tác dụng lên chất lỏng đều có thể phân ra làm hai loại là lực khối và lực mặt. Lực khối Lực khối tỷ lệ với khối lượng (thể tích) chất lỏng (còn gọi là lực thể tích). Lực khối gồm có trọng lượng, lực quán tính,... Biểu thức: Lực mặt Lực mặt tỷ lệ với diện tích bề mặt chất lỏng. Lực mặt gồm các lực như lực áp, lực ma sát, ... Lực mặt được tính theo công thức: Chương 2 Tĩnh Học Lưu Chất GV: Nguyễn Đức Vinh Email: ducvinh.n@Gmail.com Phương trình vi phân cơ bản của chất lỏng đứng cân bằng. M(x,y,z) Tâm M chịu tác động của áp suất p Điều kiện cân bằng Tổng hình chiếu lên các trục của lực mặt và lực thể tích tác dụng lên khối phải bằng không. Xét hình chiếu các lực theo phương x. Khi đó áp suất tại trọng tâm mặt trái là: Áp suất tại trọng tâm mặt phải là: Lực khối tác dụng lên khối chất lỏng là: Phương trình cân bằng Biến đổi pt Suy ra Tương tự theo phương y và z ta có hệ sau: Phương trình vi phân cơ bản của chất lỏng đứng cân bằng Dưới dạng vecto Xét khối chất lỏng đứng yên, cân bằng Lực khối đơn vị tác dụng theo phương x, y, z lần lượt là: Fx = 0, Fy = 0, Fz = -g Xét theo phương z ta có: Phương trình Euler viết lại Lấy tích phân hai vế: Phương trình cân bằng tĩnh lực học chất lỏng