Bài giảng Hóa công 1: Chương 3 - TS. Cao Thị Mai Duyên

Bài giảng "Hóa công 1: Chương 3 - Thủy động lực học của chất lỏng" được biên soạn với các nội dung chính sau: Lưu lượng và vận tốc chuyển động của chất lỏng; Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên độ nhớt; Chất lỏng phi Newton; Chế độ chuyển động của chất lỏng; Thí nghiệm của Reynold xác định chế độ chuyển động của chất lỏng;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hóa công 1: Chương 3 - TS. Cao Thị Mai Duyên Thủy động lực học của chất lỏng Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà nội B – Thủy động lực học của chất lỏng Thủy động lực học của chất lỏng Thủy động lực học của chất lỏng nghiên cứu: - Các qui luật về chuyển động của chất lỏng (trong ống dẫn, chất lỏng choán đầy ống, dòng liên tục, không bị ngắt quãng bởi khí (hơi)). - Các đại lượng đặc trưng cơ bản cho chuyển động của chất lỏng (vận tốc w, áp suất P, lưu lượng G,… ) - Các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ chảy của chất lỏng: Re, … - Đưa ra những ứng dụng vào thực tế sản xuất.  B – Thủy động lực học của chất lỏng I. Các khái niệm cơ bản 1. Lưu lượng và vận tốc chuyển động của chất lỏng - Định nghĩa: Lưu lượng của chất lỏng là lượng chất lỏng chảy qua một tiết diện ngang của ống dẫn trong một đơn vị thời gian - Thứ nguyên: kg/s hoặc kg/h; m3/s hoặc l/s hoặc m3/h…. - Lưu lượng chỉ được tính khi dòng chất lỏng đã choán đầy ống dẫn. - Vận tốc của các phần tử chất lỏng trên tiết diện ngang của ống là khác nhau - Ở tâm ống có vận tốc lớn nhất, càng gần thành ống vận tốc càng nhỏ và sát thành ống thì vận tốc bằng 0 do ma sát. - Trong trường hợp dòng chảy không ổn định, vận tốc còn phụ thuộc vào thời gian: w= f (x,y,z,t)  B – Thủy động lực học của chất lỏng Vận tốc giới hạn Chất lỏng giọt trong ống dẫn < 3m/s Chất lỏng nhớt 0,5 đến 1m/s Chất lỏng giọt trong ống đẩy 1,5 đến 3m/s Khí và hơi ở áp suất thường 8 đến 15 m/s Khí ở áp suất cao 15 đến 25 m/s Hơi nước bão hòa 20 đến 40 m/s Hơi nước quá nhiệt 30 đến 50 m/s  B – Thủy động lực học của chất lỏng Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên độ nhớt - Độ nhớt phụ thuộc vào cấu tạo và phân bố giữa các phân tử - Trong giới hạn nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ tăng + độ nhớt của chất lỏng giọt giảm + độ nhớt của chất khí tăng - Trong giới hạn áp suất thấp, sự thay dổi của độ nhớt là không đáng kể - Trong giới hạn áp suất cao, độ nhớt tăng theo chiều tăng của áp suất  B – Thủy động lực học của chất lỏng 4. Chất lỏng phi Newton Lực ma sát không tỷ lệ thuận với gradt(w), khi chảy không theo định luật Newton. a.Chất lỏng dẻo: gradt(w) phụ thuộc ứng suất ma sát, chỉ chuyển động khi lực kéo thắng được ứng suất dẻo )huyền phù đặc, bột nhão, quặng nung chảy…). b. Chất lỏng biến dạng: - Chất lỏng xúc biến: tăng thời gian tác động của lực kéo, cấu trúc bị phá vỡ, nó dễ dàng chuyển động. Khi ngừng ngoại lực, nó sẽ dần trwor lại trạng thái ban đầu và ngừng chảy, khi khuấy, độ nhớt giảm đáng kể (sơn, sữa chua, …) - Chất lỏng lưu ngưng: Không chịu tác dụng của lực, khi khuấy trộn độ linh động sẽ giảm nhanh, độ nhớt tăng lên (các loại keo dán) c. Chất lỏng đàn hồi: tăng độ linh động khi các tác dụng của ngoại lực, nhưng khi ngưng tác dụng, chỉ một phần hình dạng cũ được khôi phục (bột nhão, bột chất dẻo, …) Độ nhớt của các chất lỏng phi Newton lớn hơn rất nhiều so vơi nước.  B – Thủy động lực học của chất lỏng 5. Chế độ chuyển động của chất lỏng: Dòng chảy xoáy ổn định Chảy dòng Phân bố vận tốc Chảy dòng: các lớp chất lỏng trượt lên nhau, vận tốc lớn nhất ở tâm ống, giảm dần về hai bên thành ống, tại thành ống w = 0. Phân bố vận tốc (Profil) có dạng Parabol. Chảy xoáy: khi vận tốc tăng lên, vận tốc thay đổi cả về giá trị và hướng nên phân bố vận tốc (Profil) có dạng Parabol tù.  B – Thủy động lực học của chất lỏng 6. Thí nghiệm của Reynold xác định chế độ chuyển động của chất lỏng: Quan sát được dạng tia mực: a. Chế độ chảy dòng: tia mực thẳng từ đầu đến cuối ống. b. Chế độ chảy quá độ: tia mực gợn sóng. c. Chế độ chảy xoáy: tia mực cuộn xoáy và tan lẫn.  B – Thủy động lực học của chất lỏng 6. Thí nghiệm của Reynold xác định chế độ chuyển động của chất lỏng: a. Chế độ chảy dòng: w nhỏ, các lớp chất lỏng trượt lên nhau b. Chế độ chảy quá độ: tăng w, chất lỏng bắt đầu chuyển động theo cả phương bán kính c. Chế độ chảy xoáy: w lớn, chất lỏng chuyển động hỗn loạn theo cả hướng trục và hướng bán kính. Reynol làm thí nghiệm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình w, d, ρ, μ, đưa ra giá trị của chuẩn số Re cho các trường hợp: 2320 10.000 a. chất lỏng thực: 2320 < Re < 104 ...