Đang tải... (xem toàn văn)
bài giảng dự thi plympic ĐHBK HCM , nhiều tài liệu hay, quý hiếm mời các bạn download về để phục vụ cho học tập của mình đạt kết quả tốt ,mình sẽ cập nhập thêm bài tập và rất nhiều tài liệu hay khác nữa, mong các bạn ủng hộ mình, mong các bạn ủng hộ mình
TÓM TẮT BÀI GIẢNG CƠ LƯU CHẤT FLUID MECHANICS Giảng viên: Hùynh công Hoài – ĐH Bách Khoa Tp HCM M.E (AIT,Thailand), Ph.D (INPT,Pháp) (http://www4.hcmut.edu.vn/~hchoai/baigiang) Tài liệu tham khảo Bài giảng Cơ lưu Chất – www4.hcmut.edu.vn/~hchoai/baigiang Gíao trình lưu chất - Bộ môn Cơ lưu Chất Bài tập lưu chất – BMCơ lưu Chất – 4.Thủy lực đại cương – Nguyễn Tài, Tạ ngọc Cầu 5.Thủy lực ( Tâp I) Nguyễn văn Tảo , Nguyễn cảnh Cầm Theory and application of fluid mechanics Subramanya.K Mc.Graw –Hill 1993 Fluid mechanics – John Doughlas, Janusz M Gasiorek , John A Swaffiield Fourth edition, Prentice Hall, 2001 E-book : Fundamentals of fluid mechanics – by Bruce R Munson, Donald F Young, Theodore H.Okiishi , John Wiley & Sons Inc 2006 E-book : Shaum’s interactive Fluid mechanics – Giles R.V et al 10 Website: https://ecourses.ou.edu/cgi-bin/ebook.cgi?doc=&topic=fl Chean Chin Ngo, Kurt Gramoll Thời gian giảng dạy lý thuyết tập: 42 tiết Hình thức thi: Trắc nghiệm , mang vào phòng thi tờ giấy A4 ghi công thức Kiểm tra nhanh HK (10% điểm) câu lý thuyết câu toán (15 phút) Thi học kỳ (20% điểm) : câu lý thuyết câu toán (45 phút) Kiểm tra nhanh cuối HK (10% điểm) câu lý thuyết câu toán (15 phút) Thi cuối học kỳ (60% điểm ) : 12 câu lý thuyết 10 câu toán (90 phút) Chương 1: MỞ ĐẦU Tóm tắt giảng TS Huỳnh Công Hoài – ĐHBK TP HCM - www4.hcmut.edu.vn/~hchoai/baigiang I.GIỚI THIỆU MÔN HỌC CƠ LƯU CHẤT Đối tượng nghiên cứu : Lưu chất : chất lỏng chất khí - Phạm vi nghiên cứu : - Nghiên cứu qui luật chất lỏng chất khí trạng thái đứng yên chuyển động - Tại phải nghiên cứu lưu chất ? Kiến thức môn CLC ứng dụng nhiều lónh vực : - Kỹ thuật giao thông , thiết kế chế tạo máy bay, tàu thủy, tàu ngầm, xe … - Xây dựng thủy lợi, cầu đường , cấp thoát nước - Thiết bò thủy lực, bơm, tua bin - Môi trường, khí tượng thủy văn - Y khoa: mô dòng máu thể, chế tạo tim nhân tạo + Nghiên cứu thiết kế phương tiện vận chuyển : xe hơi, tàu thủy, máy bay, tàu ngầm, hỏa tiển Nghiên cứu dòng qua xe chuyển động Lực nâng máy bay Lực cản lên tàu thủy Tàu ngầm + Ứng dụng lónh vực xây dựng cấp, thoát nước, công trình thủy lợi (cống, đê, hồ chứa, nhà máy thủy điện ), tính toán thiết kế cầu, nhà cao tầng Tính toán lực cản lên công trình xây dựng : nhà cao tầng, cầu treo Thiết kế đường ống Nghiên cứu dòng chảy sông, kênh Tháng11, 1940, cầu Tacoma (Mỹ), khánh thành vòng tháng bò sập chi gió có tốc độ 67,6Km/h + Tính toán thiết kế thiết bò thủy lực : máy bơm, tua bin, quạt gió, máy nén Con đội Máy bơm Tua bin lấy lượng từ gió Thiết bò có áp lực cao + Ứng dụng khí tượng thủy văn, môi trường : tính toán ổ nhiễm môi trường nước, khí, dự báo bão, sóng thần ,lũ lụt , Dự báo bão ( bão Katrina) Ô nhiễm không khí, nước Nghiên cứu xói lở sông Cấp thoát nước đô thò + Ứng dụng y khoa: mô tuần hoàn máu thể, tính toán thiết kế máy trợ tim nhân tạo, dụng cụ đo huyết áp Mơ chuyển động máu thể Đo huyết áp II CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA LƯU CHẤT: 2.1 KHỐI LƯNG – TRỌNG LƯNG Khối lượng (KL) thước đo số lượng vật chất vật, thể mức độ quán tính vật Trọng lượng (TL) = KL x g (gia tốc trọng trường ) => thay đổi theo g Mặt trăng: g= 1,6 m/s2 , Trái đất: g = 9,81 m/s2 , Mộc tinh (Jupiter) g = 26,9 m/s2 Trọng lượng thay đổi tùy theo gia tốc trọng trường Đơn vò : Trọng lượng Khối lượng N (kgm/s2) Kg Kgf (9,81 N) (kilogam lực) Tf (1000 Kgf) (Tấn lực) - Khối lượng riêng () Đơn vò : Ví dụ : Trọng lượng riêng () kg/m3 nước N/m3 : 1000 kg/m3 không khí : 1,228 kg/m3 nước : 9810 N/m3 không khí : 12,07 N/m3 - Tỉ trọng : = /nước = /nước Ví dụ : nước = 1, thủy ngân = 13,6 2.2 TÍNH NHỚT CỦA LƯU CHẤT (Viscosity) Quan sát dòng chảy : Công thức Newton ( dùng cho dòng chảy tầng) Trong : y du dy dy : ứng suất ma sát (N/m2) Uo u(y) t y : hệ số nhớt động lực u u : vận tốc, phụ thuộc vào y Chú ý : chiều dày chất lỏng nhỏ, phân bố vận tốc xem tuyến tính : y U du o dy t Đơn vò : t u(y) u kg ms Ns m2 Đơn vò chuẩn : Ngoài : y Uo Pa.s poise , poise = 0,1 kg ms Ngoài hệ số động lực, người ta sử dụng hệ số nhớt động học , đònh nghóa Đơn vò : m2/s hay stoke , stoke = 1cm2 /s = 10-4 m2/s Tính chất hệ số nhớt: Hệ số nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ : Chất lỏng: nhiệt độ tăng hệ số nhớt giảm Chất khí: nhiệt độ tăng hệ số nhớt tăng Hệ số nhớt phụ thuộc vào áp suất: Đo hệ số nhớt Chất lỏng: áp suất tăng hệ số nhớt tăng Chất khí : hệ số nhớt không thay đổi áp suất thay đổi Chất lỏng Newton phi Newton Hầu hết loại lưu chất thông thường nước, xăng, dầu … thỏa mãn công thức Newton (1) , nhiên có số chất lỏng (hắc ín, nhựa nóng chảy, dầu thô ) không tuân theo công thức Newton gọi chất lỏng phi Newton, chất lỏng thông thường chảy trạng thái chảy rối không tuân theo công thức Newton Lưu chất lý tưởng lưu chất thực Lưu chất lý tưởng: ma sát Lưu chất lý thực: có ma sát Ví dụ Một thùng nặng trượt sàn nằm ngang bôi trơn lớp dầu có chiều dày t = 0,5mm, hệ số nhớt động lực = 0,1 Pa.s Biết diện tích đáy thùng A = 4m2 Xác đònh lực ma sát đáy thùng công suất động cần thiết để kéo thùng di chuyển với vận tốc Uo= 1m/s Giải Do ma sát phần tử dầu nằm đáy thùng có vận tốc Uo phần tử dầu nằm sàn có vận tốc Vì chiều Uo dầy lớp dầu t nhỏ nên phân bố vận tốc lớp dầu dầu xem tuyến tính (theo đường thẳng) Phân bố vận tốc lớp dầu biểu diễn sau: y Uo Uo Uo u y u t t Uo du o Ứng suất ma sát lớp dầu: dy t Uo Lực ma sát đáy thùng sàn : F A A t F 800 N 0.0005 Công suất cần thiết động cơ: P F U 800.1 800 watt Tại tính lực ma sát theo phương pháp không phụ thuộc vào trọng lượng thùng? Ví dụ 2: Đường ống có đường kính D, dài l, dẫn dầu với hệ số nhớt µ, khối lượng riêng Dầu chuyển động có phân bố vận tốc theo quy luật sau: u=aDy-ay2 (a>0; 00: xoáy dương ngược chiều kim đồng hồ; có điểm dừng 4r0U Không có điểm dừng mặt trụ ( điểm dừng nằm mặt trụ) 4r0U 4r0U 4r0U Áp suất mặt trụ y Từ pt Bernoulli, xét điểm o xa mặt trụ điểm s nằm mặt trụï Fy U 02 p u s2 p S gz gz s r0 Bỏ qua thay đổi (z) thay us vào 2U sin 2r0 U0 p U pS ps x dA = r0d o y Tổng lực tác dụng trêân mặt trụ có chiều dài đơn vò po = 2 sin 2 pS U 02 1 sin 2 r r U o y 2 sin 2 p S p U 02 1 sin r0 4ro2U 02 Fy ps r0 d x dA = r0d 2 Fx ( p s r0 d ) cos 0 2 (Kutta – Jouskowky law) Fy ( p s r0 d ) sin U Chú ý hình trụ dài L thì: Bài tập : 1) 6.12 2) 6.14 3)6.15 Fy U L 4) 6.17 5) 6.19 6)6.22 7) 6.25 8)6.28 Sự phân bố áp suất mặt trụ Re tăng dần Dòng chảy bao quanh cách Ví dụ 1: Mộät chuyển động nằm ngang với vận tốc Uo Xác đònh lưu lượng qua đoạn A-B có tọa độ (xA,yA) (xB,yB) Chuyển động nằm ngang với vận tốc Uo có hàm dòng U o y Phương trình đường dòng qua A : Uoy= UoyA Phương trình đường dòng qua B : Uoy= UoyB Lưu lượng qua AB , q = B - A = UoyB – UoyA = Uo(yB – yA) y 1 2 3 4 5 B yB 4 3 2 yA A Uo xB 1 x xA Ghi chú: Đạo hàm : Ví dụ 2: Hai điểm nguồn A,B xốy tự hình vẽ chồng chập với Hai điểm nguồn có lưu lượng q = m2/s đặt vị trí (0,-1) (1,-1) Xốy tự có lưu số vận tốc =1,5 m2/s đặt vị trí (1,1) Tính vận tốc điểm M(1,0) = x+ NA + NB Thành phần vận tốc = y urB M o A -1 q B + uxX+ uxA + uxB urA uX + x u x M u MX u rMA cos , + , Tại điểm M có: uyX+ uyA + uyB q + urA sin+ urB uM = = = x+ NA + NB Thành phần vận tốc = y urB M o + + uxX+ uxA + uxB = urA uX + + uyX+ uyA + uyB x Tại điểm M có: A -1 B uX + urA cos+ , q q + , + urA sin+ urB uM = = Ngồi thành phần vận tốc tính trực tiếp từ hàm sau: Xốy điểm (1,1) có hàm Thành phần vận tốc Xốy ux X X y 1 arctg 2 x 1 x y x 2 x 1 y x 1 y 1 2 x 12 y 12 x x 1 uyX y 2 x 2 x 1 y 12 y x 1 1,5 u xXM uyXM = Tại M(1,0) có: 2 A Ln x ( y 1) Nguồn A điểm (0,-1) có hàm 4 Thành phần vận tốc nguồn A u XA A 2x x 2 x ( y 1) u yA A 2( y 1) y 2 x ( y 1) M(1,0) có: M(1,0) có: u XAM 2 u yAM 2 B Nguồn B điểm (1,-1) có hàm Ln ( x 1) ( y 1) 4 Thành phần vận tốc nguồn B ux B 2( x 1) x 2 ( x 1) ( y 1) Tạ M (1,0) uyB 2( y 1) y 2 ( x 1) ( y 1) Tạ M (1,0) uxBM=0 uyBM=1/ Thành phần vận tốc M chồng chập chuyển động u xM 1,5 0 2 2 4 u yM 1 2 2 Vận tốc M 2 61 u M u xM u 2yM 4 4 2 Câu hỏi trắc nghiệm : Câu 1: Những tính chất sau cho lưu a Luôn tìm hàm dòng b p/ + z = const toàn dòng chảy *c Luôn tìm hàm d Cả Câu : Trong chuyển động chồng chập chuyển động song song đđiểm nguồn hình vẽ vận tốc theo phương tiếp tuyến ur = ( chọn câu nhất) a)Đểm gốc tọa độ O *b)Những đđiểm nằm trục hoành c)Những điểm nằm trục tung d) Không có điểm y o q U Câu 3: Để chuyển động chiều (x,z) lưu cần phải có điều kiện : b) u x u z c) u x u z 0 x z b) u x u z 0 z x *d) Cả sai x Câu 4: Dòng chảy bao quanh trụ tròn xoay Chiều lực nâng F hình sau đúng: Y Y Y X F X X X F *a) F F Y b) c) d) Câu : Khi khối hình trụ chuyển động quay quanh di chuyển thẳng không khí thì: *a.Luôn có điểm dừng b Luôn có điểm dừng c Luôn có điểm dừng mặt hình trụ d Có thể điểm dừng ĐỌC THÊM: BIỂU DIỄN CHUYỂN ĐỘNG THẾ BẰNG HÀM PHỨC Đònh nghóa hàm phức: Hàm phức đònh nghóa: Trong : W(z) = (x,y) + i (x,y) z = x + iy tọa độ cực : z = rcos + i rsin hay z = r ei (x,y): hàm , (x,y): hàm dòng Từ đònh nghóa hàm phức suy vận tốc phức: dW ux i u y dz Các hàm phức đơn giản a Chuyển động thẳng song song nằm ngang W(z) = Uo z Uo : vận tốc W(z) = Uo (x+iy) Do đó: = Uox W(z) = Uox+ iUoy =Uoy b Điểm nguồn điểm hút W ( z) q : cường độ điểm nguồn q W ( z) ln re i 2 q Do : ln r 2 Đối với điểm hút : W ( z) q ln r ln ei 2 W (z) c Xoáy tự q ln z 2 W ( z) q q ln r i 2 2 q 2 q ln z 2 W (z) i ln z 2 W (z) i ln r i 2 q ln r 2 q 2 : lưu số vận tốc W ( z) i ln re i 2 Do : 2 c Lưỡng cực W ( z) W ( z) i ln r 2 2 ln r 2 mo 2z mo: cường độ lưỡng cực W ( z) mo 2r (cos i sin ) W (z) mo (cos i sin ) 2r (cos sin ) W (z) Do mo cos 2r W ( z) mo (cos i sin ) 2r (cos i sin )(cos i sin ) W (z) mo (cos i sin ) 2r mo cos m sin i o 2r 2r mo sin 2r [...]... ma sát giữa các phần tử lưu chất đang chuyển động: a) Luôn luôn giảm nếu là chất lỏng b) Luôn luôn giảm nếu là chất khí c) Luôn luôn giảm cho tất cả các loại lưu chất d) Cả 3 đều sai Câu 8 Hệ số nhớt động lực học của một lưu chất thỉ : a) Một số có thứ nguyên b) Phụ thuộc vào trạng thái chảy c) Phụ thuộc vào nhiệt độ d) Cả a) và c) đều đúng Câu 9 Khối lượng riêng của một chất khí thì : a) Thay đổi khi... vi ướt (P) phần tiếp xúc với chất lỏng và thành rắn Bán kính thủy lực (R): tỉ số giữa diện tích ướt và chu vi ướt 2.4 Lưu lượng Lưu lượng thể tích: Thể tích chất lỏng đi qua mặt cắt ướt trong một đơn vò thời gian (m3/s) Q udA (3.5) A Biểu đồ phân bố vận tốc dA Lưu lượng khối lượng: lưu lượng tính theo khối lượng(kg/s) Qm udA u A A Nhận xét: Từ (3.5) cho thấy lưu lượng chính là thể tích của... taọ thành một ống dòng, chất lỏng di chuyển trong ống dòng được gọi là dòng nguyên tố Lưu chất di chuyển trong dòng nguyên tố thì không đi ra khỏi và lưu chất bên ngoài cũng không đi vào dòng nguyên tố dA Dòng chảy được xem như là tập hợp vô số những dòng nguyên tố 2.3 Diện tích ướt - Chu vi ùt – Bán kính thủy lực Diện tích ướt là diện tích thẳng góc với các đường dòng và chứa chất lỏng D D a a d b b... D F =? (287-212 BC) 6.3 Lực đẩy Archimède: V1 m V A + B V2 n Một vật nằm trong môi trường lưu chất sẽ bò một lực đẩy thẳng đúng từ dưới lên trên và bằng trọng lượng của chất lỏng mà vật đó chiếm chỗ Bài tập áp lực thành cong vật nổi: 14) 2.45 15) 2.47 16)2.50 17) 2.52 Thí dụ 6: Để xây dựng đđường hầm Thủ thi êm người ta đúc những đốt hầm bằng bê tông, mỗi đđốt hầm có chiều dài L = 92,5 m, chiều rộng... tử chất lỏng khi chuyển động phụ thuộc vào: a) Sự phân bố vận tốc trong dòng chảy b) Tính chất của chất lỏng c) p suất của dòng chảy d) Cả a) và b) Câu 6 : Một khối chất lỏng có thể tích không đổi, khi đặt ở trên mặt đất và trên mặt trăng thì : a) Trọng lượng không đổi b) Trọng lượng riêng không đổi c) Tỉ trọng không đổi d) Cả a) và b) đều đúng Câu 7 Khi giảm nhiệt độ thì sự ma sát giữa các phần tử lưu. .. Thủ Thi m khi thả vào nước VII SỰ CÂN BẰNG MỘT VẬT TRONG CHẤT LỎNG: 7.1 Vật ngập hoàn toàn trong chất lỏng : C : điểm đặt trọng lượng, D : điểm đặt lực đẩy archimede FA FA D C D C G G C dưới D Cân bằng ổn định G G C D C D FA FA Cân bằng không ổn đònh C trên D 7.2 Vật ngập một phần trong chất lỏng : C : điểm đặt trọng tâm vật D : điểm đặt lực đẩy Archimede ( nằm tâm thể tích phần chìm trong chất. .. tính của mặt nổi đối với trục quay yy W : Thể tích vật chìm trong chất lỏng MD được xác đònh : MD W Nếu C và D trùng nhau > Sự cân bằng phiếm định VIII TĨNH HỌC TƯƠNG ĐỐI : 8.1- Chất lỏng trong bình chuyển động thẳng ngang với gia tốc không đổi Xét chất lỏng chuyển động thẳng với gia tốc a >0, áp dụng phương trình vi phân cơ bản của chất lỏng cân bằng, với F là lực khối đơn vò F (-a,0,-g) 1 F... HỌC LƯU CHẤT Chương 3 www4.hcmut.edu.vn/~hchoai/baigiang Tóm tắt bài giảng TS Huỳnh Công Hoài – ĐHBK TP HCM - I HAI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU z 1.1– Phương pháp Lagrange (J.L de Lagrange, nhà toán học người Pháp,1736-1883) hay x x xo , yo , zo , t zo ro r y yo xo (3.1) ux x x z zxo , yo , zo , t y y xo , yo , zo , t dr u dt Vận tốc y to Theo dõi qúa trình chuyển động của các phần tử chất. .. 5) d, 6) c, 7) b, 8) d, 9) b, C B A 10) d Mặt cánh máy bơm bò xâm thực do hiện tượng khí thực xảy ra CHƯƠNG 2 : TĨNH HỌC LƯ·U CHẤT www4.hcmut.edu.vn/~hchoai/baigiang Tóm tắt bài giảng TS Huỳnh Công Hoài – ĐHBK TP HCM - I KHÁI NIỆM Trạng thái tónh là trạng thái khi lưu chất cân bằng ( tổng lực bằng không) -Tónh tuyệt đối : cân bằng bởi duy nhất là trọng lực - Tónh tương đối: cân bằng bởi nhiều lực... là áp suất được so sánh với áp suất khí trời pd = ptuyetä đối - pa Áp suất chân không là áp suất còn thi u cần phải thêm vào cho bằng áp suất khí trời pck = pa - ptuyetä đối = 98100 N/m2 - ptuyetä đối = -pdu III PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG CÂN BẰNG 3.1 Phương trình vi phân cơ bản: Khối chất lỏng vi phân , cạnh dx, dy, dz, cân bằng , khối lượng riêng F(Fx,Fy,Fz) là lực khối đơn vò: Lực