PowerPoint Template BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THỒNG VẬN TẢI BÀI GIẢNG Môn học: THỦY LỰC VÀ MÁY THỦY LỰC Giảng viên: Nguyễn Đăng Phóng Bộ môn Thủy lực Thủy văn Khoa Công trình DT: 0904222171 Website: hydr-uct.net 2 Thủy lực và Máy thủy lực GIỚI THIỆU MÔN HỌC Tên môn học: THỦY LỰC VÀ MÁY THUỶ LỰC Mã số: COT501.2 Số tín chỉ học phần: 2 Phân bổ số giờ học của học phần: Lý thuyết : 21. Thí nghiệm: 9. Thảo luận : 18 Chương trình đào tạo chuyên ngành: Các lớp thuộc khoa Cơ khí 3 Thủy lực và Máy thủy lực NỘI DUNG MÔN HỌC Thủy lực và máy thuỷ lực là môn khoa học ứng dụng, nghiên cứu các quy luật cân bằng, chuyển động của chất lỏng và ứng dụng các quy luật đó giải quyết các bài toán tính toán thiết kế các công trình liên quan. Đồng thời trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ bản về một số loại máy thuỷ lực thông dụng. 4 Thủy lực và Máy thủy lực NỘI DUNG MÔN HỌC Chương trình học gồm 2 phần: Phần 1: Thủy lực (gồm 4 chương): Chương 1: Mở đầu. Chương 2: Thủy tĩnh học. Chương 3: Cơ sở động lực học chất lỏng và các phương trình. Chương 4: Tổn thất năng lượng - Sức cản thủy lực. Phần 2: Máy thủy lực (gồm 2 chương): Chương 1: Khái niệm máy thủy lực. Chương 2: Máy bơm 5 Thủy lực và Máy thủy lực PHẦN I: THỦY LỰC CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC Thủy lực và máy thuỷ lực là môn khoa học ứng dụng, nghiên cứu các quy luật cân bằng, chuyển động của chất lỏng và ứng dụng các quy luật đó giải quyết các bài toán tính toán thiết kế các công trình liên quan. Đồng thời trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ bản về một số loại máy thuỷ lực thông dụng.  Cơ sở lý luận của thủy lực học là vật lý, cơ học lý thuyết, cơ học chất lỏng lý thuyết  -Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm. 6 Thủy lực và Máy thủy lực CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG 1. Tính liên tục 2. Tính có khối lượng và trọng lượng. Khối lượng riêng: tb M V ρ ∆ = ∆ Trọng lượng riêng: γ = ρ.g Đối với nước ở nhiệt độ 4 0 C và áp suất 1 atm: ρ = 1000 kg/m 3 . γ = 9810 N/m 3 . Tỷ trọng, tỷ khối: δ = ρ/ρ Ν = γ/γ Ν 7 Thủy lực và Máy thủy lực 3. Tính thay đổi thể tích do thay đổi nhiệt độ hay áp suất. a) Do thay đổi áp suất: 1 p V V p β ∆ = − ∆ β p - hệ số co thể tích do thay đổi áp suất Khi p = 1÷ 500 at và t = 0 ÷ 20 0 C thì: βp = 5.10 -5 (cm 2 /KG) b) Do thay đổi nhiệt độ: 1 t V V t β ∆ = ∆ Với điều kiện áp suất bình thường, đối với nước: t = 4÷10 0 C: β t = 14.10 -5 (1/t 0 ) t =10÷20 0 C: β t = 15.10 -5 (1/t 0 ). Tùy theo β chất lỏng được chia thành chất lỏng chịu nén và không chịu nén:  β = 0 (ρ = const): chất lỏng không chịu nén.  β ≠ 0 (ρ ≠ const): chất lỏng chịu nén. 8 Thủy lực và Máy thủy lực 4. Tính nhớt của chất lỏng Thể hiện sức dính phần tử giữa các phần tử chất lỏng hay giữa chất lỏng với chất rắn. Sự làm nảy sinh ra ứng suất tiếp, giữa các lớp chất lỏng chuyển động với nhau gọi là tính nhớt. Theo Niutơn ứng suất tiếp sinh ra khi có sự chuyển động tương đối giữa các lớp chất lỏng chuyển động với nhau du dn τ µ = ± µ: Hệ số nhớt (độ nhớt) N.s/m 2 hoặc Poazơ (P), 1P = 0.1Ns/m 2 Ngoài hệ số nhớt động lực còn dùng hệ số nhớt động học ν = µ/ρ (m 2 /s, Stốc St) 1St=1cm 2 /s µ ≠0: Chất lòng thực µ = 0 và ρ =const: Chất lỏng lý tưởng 9 Thủy lực và Máy thủy lực 1.3. LỰC TÁC DỤNG VÀ ỨNG SUẤT Lực khối: Là lọai lực thể tích tác động lên tất cả các phần tử chất lỏng nằm trong khối chất lỏng mà ta xét. Lực mặt: Là ngoại lực tác dụng lên bề mặt của thể tích chất lỏng ta xét hoặc tác dụng lên bề mặt nằm trong khối chất lỏng ta xét. Ứng suất: dưới tác động của lực tác dụng tạo ra ứng suất tại các điểm trong chất lỏng gồm ứng suất pháp và ứng suất tiếp được thể hiện bằng tenxo ứng suất: σ x τ xy τ xz τ yx σ y τ yz τ zx τ zy σ z 10 Thủy lực và Máy thủy lực CHƯƠNG II. THỦY TĨNH HỌC 2.1. ÁP SUẤT VÀ ÁP LỰC THỦY TĨNH 1. Áp suất và áp lực thủy tĩnh 0 lim P p ω ω → = ur ur P - áp lực p - áp suất thủy tĩnh 2. Tính chất của áp suất thủy tĩnh Áp suất thủy tĩnh có hai tính chất sau:  Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực và hướng vào diện tích ấy.  Áp suất thủy tĩnh tại mọi điểm bất kì trong chất lỏng bằng nhau theo mọi phương. [...]... S2 P2 = η.P1 S1 η - Hiệu suất máy, η < 1 Thủy lực và Máy thủy lực 21 Thủy lực và Máy thủy lực 22 Thủy lực và Máy thủy lực 23 2.4 ÁP LỰC CHẤT LỎNG LÊN THÀNH PHẲNG Áp lực lên thành phẳng là tổng hợp của các lực song song và cùng chiều Gọi áp lực tổng hợp là P Ta cần xác định độ lớn và điểm đặt của P Thủy lực và Máy thủy lực 24 1 Xác định độ lớn của áp lực Giả sử một hình có diện tích S nằm trong mặt phẳng... áp lực Biểu đồ phân bố áp suất Biều đồ phân bố áp lực Thủy lực và Máy thủy lực 19 P1 P2 po po + p' 6 Định luật Pascal p1 = p 0 + γ h Hay p2 = (p0 +p') + γh p2 - p1 = p' Áp suất do ngoại lực tác động trên bề mặt chất lỏng được truyền đi nguyên vẹn tới mọi điểm trong chất lỏng Thủy lực và Máy thủy lực 20 P1 P2 Kích thủy lực P1 P2 = p' S2 = S2 > P1 S1 Hay S2 P2 = η.P1 S1 η - Hiệu suất máy, η < 1 Thủy lực. .. đồng thời cũng là mặt đẳng thế Thủy lực và Máy thủy lực 14 2.3 CÂN BẰNG TRONG TRƯỜNG TRỌNG LỰC 1 Phương trình cơ bản thủy tĩnh z po zo h z M g x y Xét lực khối là trọng lực tác động lên khối chất lỏng khi đó: Fx = Fy = 0, Fz = -g Thay các lực khối đơn vị vào phương trình Ơle tĩnh trên ta có: Thủy lực và Máy thủy lực 15 p z+ =C γ (3 − 1) (3-1) gọi là phương trình cơ bản thủy tĩnh dạng 1 hay quy luật... tích Sx Thủy lực và Máy thủy lực 30 2 Áp lực theo phương thẳng đứng: Pz = γV (5-2) trong đó: V - vật thể áp lực Pz mang giá trị dương khi áp lực có xu hướng đi xuống và Pz mang giá trị âm khi áp lực có xu hướng đi lên 3 Áp lực tổng hợp: P = Px2 - Trị số: + Pz2 (5 − 3) - Điểm đặt: đi qua tâm của diện tích chịu lực S và tạo Pz với phương nằm ngang một góc α có:` tgα = Px Thủy lực và Máy thủy lực (5 −... Biểu đồ dạng hình tam giác: AD = AD = Thủy lực và Máy thủy lực a 3 28 2.5 ÁP LỰC CHẤT LỎNG LÊN THÀNH CONG Thủy lực và Máy thủy lực 29 Lấy trên AB một phân tố diện tích dS, ở độ sâu h khi đó: dP = γ hdS Phân tích dP ra làm 2 thành phần dPx, dPz: dPx = dP cosα (1) dPz = dP sinα (2) Tích phân (1) và (2) sẽ được áp lực theo phương ngang và phương thẳng đứng: 1 Áp lực theo phương ngang: Px = γ hcx.Sx (5-1)... CÂN BẰNG ƠLE z dz p dx px2 pdx p+ x2 M dy dx x y Thủy lực và Máy thủy lực 11 1 Thiết lập phương trình Gọi p - áp suất thủy tĩnh F(Fx,Fy,Fz) - lực khối đơn vị Cân bằng lực tác dụng lên khối chất lỏng theo các phương ta được phương trình vi phân cân bằng Ơle tĩnh:  1 ∂p Fx − ρ ∂x = 0   1 ∂p =0 Fy − ρ ∂y   1 ∂p Fz − =0  ρ ∂z  Thủy lực và Máy thủy lực ( 2 − 1) 12 2 Điều kiện cân bằng: Nhân những... thoáng của cột chất lỏng đó: h = p/γ Thủy lực và Máy thủy lực 17 4 Ý nghĩa:  Về mặt hình học z: Độ cao vị trí p/γ : Độ cao áp suất Kết luận: Tổng độ cao vị trí và độ cao áp suất là không thay đổi  Về mặt năng lượng z: Vị năng đơn vị p/γ: Áp năng đơn vị Kết luận: Tổng vị năng đơn vị và áp năng đơn vị là không thay đổi Thủy lực và Máy thủy lực 18 5 BIỂU ĐỒ ÁP SUẤT - ĐỒ ÁP LỰC Từ công thức (3-2) biểu diễn... tố dS vô cùng nhỏ, áp lực nguyên tố dP tác động lên dS là: dP = p.dS với p = p0 + h γ Tích phân biểu thức trên ta sẽ được áp lực tổng hợp P của chất lỏng lên diện tích S là: γ).S P = pc.S = (p0 + hc (4-1) Nếu mặt thoáng của chất lỏng tiếp xúc với khí trời thì: pc = hcγ và áp lực dư Pd lên diện tích S là: γ.S Pd = hc Thủy lực và Máy thủy lực (4-2) 25 2 Xác định điểm đặt của áp lực Áp dụng định lý Vanrinhông:... Máy thủy lực (4-2) 25 2 Xác định điểm đặt của áp lực Áp dụng định lý Vanrinhông: “Mômen của hợp lực đối với một trục bằng tổng mômen của các lực thành phần đối với trục đó” Xét trong bài toán của ta, lấy mômen với trục Ox: Pd y D = ∫ dPd y S Sau khi tích phân ta được: JC yD = yC + y CS Thủy lực và Máy thủy lực (4 − 3) 26 trong đó: yC - toạ độ trọng tâm, hC = yC.sinα hC - độ sâu trọng tâm Jc là mômen... trình (2-2) là vi phân toàn phần của hàm p Như vậy, phương trình chỉ có nghĩa nếu vế trái của nó cũng phải là vi phân toàn phần của hàm số nào đó Thủy lực và Máy thủy lực 13 Vay (Fx dx + Fy dy + Fz dz) = d (− U) (2 − 3) Lực khối thỏa mãn phương trình (2-3) gọi là lực khối có thế Khi đó: dp dU + =0 ρ ( 2 − 4) 3 Mặt đẳng áp, mặt đẳng thế:  Mặt đẳng áp là mặt mà mọi điểm trên đó có áp suất giữ giá trị không . VẬN TẢI BÀI GIẢNG Môn học: THỦY LỰC VÀ MÁY THỦY LỰC Giảng viên: Nguyễn Đăng Phóng Bộ môn Thủy lực Thủy văn Khoa Công trình DT: 0904222171 Website: hydr-uct.net 2 Thủy lực và Máy thủy lực GIỚI. Máy thủy lực (gồm 2 chương): Chương 1: Khái niệm máy thủy lực. Chương 2: Máy bơm 5 Thủy lực và Máy thủy lực PHẦN I: THỦY LỰC CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC Thủy lực và máy. phương. 11 Thủy lực và Máy thủy lực 2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CÂN BẰNG ƠLE z x y dx dy dz M p - p x dx 2 p + p x 2 dx 12 Thủy lực và Máy thủy lực 1. Thiết lập phương trình Gọi p - áp suất thủy tĩnh. F(F x ,F y ,F z )