Bài giảng Cơ học lưu chất - Chương 1: Tính chất lưu chất

Bài giảng Cơ học lưu chất - Chương 1: Tính chất lưu chất cung cấp cho học viên những kiến thức về định nghĩa và đối tượng nghiên cứu của môn cơ học lưu chất, phương pháp nghiên cứu, thứ nguyên và đơn vị, khối lượng riêng, thể tích riêng, trọng lượng riêng,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ học lưu chất - Chương 1: Tính chất lưu chất Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM PGS. TS. Lê Văn Dực Chương 1: TÍNH CHẤT LƯU CHẤT1.1 Định nghĩa và đối tượng nghiên cứu của môn cơ học lưu chất:1.1.1 Định nghĩa: Cơ học lưu chất là môn khoa học nghiên cứu các quy luật chuyển động, cân bằng của lưu chất và các quá trình tương tác lực giữa nó và các vật thể khác.1.1.2 Đối tượng nghiên cứu: Chất lỏng & chất khí: (vật chất có 4 trạng thái: rắn, lỏng, plasma & khí) - Chất lỏng: Khối lượng riêng không thay đổi đáng kể trong một khoảng biến thiên lớn của áp suất (thông thường được xem như không nén được, ρ=const). - Chất khí: Chất khí dễ bị nén hơn chất lỏng khi áp suất thay đổi (ρ≠const). Nghiên cứu chất khí phức tạp hơn nhiều so với chất lỏng, Do đó, khi chất khí chuyển động với vận tốc nhỏ, có số Mach, M (u/a; u: vận tốc khối khí; a: vận tốc truyền âm trong khối khí) < 0,3, thì chất khí có thể được xem như là lưu chất không nén được. Tính liên tục & tính chảy của lưu chất: - Tính liên tục: các phân tử lưu chất có lực liên kết rất yếu, chúng chuyển động liên tục trong khắp môi trường khối lưu chất. Khối lưu chất được xem như chứa đầy lưu chất: không có lỗ hỏng, không chứa thể tích chất khác. - Tính chảy: Khả năng chịu lực cắt & kéo rất kém. Nên lưu chất không có hình dạng riêng biệt (thường lấy theo hình dạng bình chứa); do đó dưới tác dụng lực cắt rất bé, lưu chất di chuyển và biến dạng liên tục. Tính chất này được gọi là tính chảy.1.2 Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp giải tích & phương pháp thực nghiệm: 1.2.1 Phương pháp giải tích: Dựa vào định luật & định lý cơ học và tính liên tục, người ta có thể nghiên cứu một phần tử lưu chất vô cùng bé tại một điểm bất kỳ M(x,y,z) trong vật thể lưu chất, ở thời điểm t. Từ đó rút ra các phương trình vi phân mô tả trạng thái của nó. Tích phân các phương trình vi phân này ở các điều kiện ban đầu và điều kiện biên nào đó, ta sẽ được các phương trình mô tả chuyển động của lưu chất. Lý thuyết trường, số phức, phương trình vi tích phân đóng vai trò quan trọng trong phương pháp giải tích. Ngoài ra, ngày nay, phương pháp số nhờ vào công cụ máy tính cũng được áp www.datechengvn.com Copyright @datechengvn –2010-2015 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM PGS. TS. Lê Văn Dực dụng rất rộng rãi để giải gần đúng các phương trình vi phân này, khi phức tạp và không thể tìm được lời giải bằng phương pháp giải tích. 1.2.2 Phương pháp thực nghiệm: Phương pháp đồng dạng: dùng mô hình có cùng bản chất vật lý, được thiết kế ở tỉ lệ thích hợp, được tiến hành thí nghiệm, đo đạc. Sau đó, dựa vào tỉ lệ quy đổi, người ta có thể chuyển đổi kết quả ra hệ thống thực. Ví dụ: mô hình máy bay thu nhỏ được tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm khí động học. Phương pháp tương tự: dùng mô hình không cùng bản chất vật lý, có phương trình vi tích phân mô tả quá trình giống nhau (giống nhau về mặt tóan học), được tiến hành đo đạc. Sau đó, dựa vào phép quy đổi tương đương, người ta có thể xác định được thông số cho hệ thống thực. Ví dụ: máy tương tự điện thấm đo đặc tính dòng điện (V, I) trong tấm điện trở được làm tương tự hệ thống dòng nước thấm qua đập. Đối với dòng thấm, 2 tham số quan trọng là tổng cột nước (H) và vận tốc dòng thấm (u). Cả hai, V và H đều tuân theo phương trình vi phân Laplace (Phương trình đạo hàm riêng phần bậc hai), khi xét chuyển động phẳng trong mặt xoy: ∂ 2V ∂ 2V ∂2H ∂2H + =0 và + =0 (1.0) ∂2x ∂2 y ∂2x ∂2 y Quan hệ giữa hai phương pháp: Hai phương pháp này được phát triển song song & bổ sung cho nhau. Phương pháp thực nghiệm có thể đạt được kết quả nhanh chóng đối với các vấn đề về thực hành, và giúp hoàn thiện phương pháp giải tích. Phương Pháp giải tích có tính khái quát hóa & lý luận cao, bổ sung các khiếm khuyết của phương pháp thực nghiệm.1.3 Thứ nguyên và đơn vị: (Đọc thêm)1.3.1 Khái niệm: + Các đại lượng vật lý có thể chia làm hai loại: a) Đại lượng có thứ nguyên: Đại lượng có thứ nguyên là đại lượng mà giá trị bằng số của chúng phụ thuộc vào hệ đơn vị đo lường được chọn. Ví dụ: chiều dài 1 m, diện tích 1,2 cm2 , lực = 98,1 N b) Đại lượng không thứ nguyên: Đại lượng không thứ nguyên là đại lượng mà giá trị bằng số của chúng không phụ thuộc vào hệ đơn vị đo lường được chọn. Ví dụ: số п, e ( ), Re (Reynolds), Fr (Froude), α (góc tính bằng radian) + Các đại lượng vật lý liên hệ với nhau thông qua các định lu ...