Bài giảng tóm tắt Thủy lực

Bài giảng tóm tắt Thủy lực gồm 6 chương: khái niệm về chất lỏng thủy lực, thủy tĩnh học, động lực học chất lỏng, tổn thất năng lượng trong dòng chảy, dòng chảy đều không áp trong kênh, dòng chảy qua đập tràn. Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Cơ khí - chế tạo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng tóm tắt Thủy lực CHƯƠNG 1 – KHÁI NIỆM VỀ CHẤT LỎNG THUỶ LỰC1.1 Khái niệm cơ bản về thuỷ lực Thuỷ lực là gì - Nghiên cứu những quy luật cân bằng và chuyển động của chất lỏng và những biện pháp áp dụng những quy luật này. - Kết hợp chặt chẽ giữa sự phân tích lý luận và phân tích tài liệu thí nghiệm, thực đo - Cơ sở thuỷ lực (cơ học chất lỏng ứng dụng) là cơ học chất lỏng lý thuyết Vai trò của thuỷ lực - Giải quyết những vấn đề kỹ thuật có liên quan đến sự cân bằng và chuyển động của chất lỏng (nước) - Áp dụng cho các ngành thuỷ lợi, giao thông đường thủy, CTN, Môi trường…1.2 Khái niệm chất lỏng trong thuỷ lực Phần tử chất lỏng - Kích thước vô cùng nhỏ nhưng lớn hơn kích thước phân tử - Đồng nhất, đẳng hướng và liên tục - Không tính đến cấu trúc phân tử và chuyển động phân tử nội bộ Sự giống nhau giữa chất lỏng và chất khí - Có tính chảy do mối liên kết cơ học giữa các phần tử trong chất lỏng và chất khí rất yếu - Các phần tử có chuyển động tương đối với nhau khi chất lỏng và chất khí chuyển động - Không có hình dạng riêng mà lấy hình dạng của bình chứa Sự khác nhau giữa chất lỏng và chất khí - Chất lỏng giữ được thể tích không thay đổi khi có thay đổi về áp lực, nhiệt độ → chất lỏng chống lại được sức nén, không co lại, khác chất khí dễ dàng bị co lại khi bị nén - Tương tự, chất lỏng không bị giãn ra khi bị kéo ≠ chất khí có thể giãn ra chiếm hết được thể tích của bình chứa - Trong thuỷ lực, chất lỏng được xem là môi trường liên tục tức là những phần tử chất lỏng chiếm đầy không gian mà không có chổ nào trống rỗng1.3 Những đặc tính vật lý cơ bản của chất lỏng Đặc tính 1: có khối lượng - Đặc trưng bằng khối lượng riêng ρ (kg/m3 , Ns2/m4) - Đối với nước, ở nhiệt độ 40C, ρ = 1.000 kg/m3Đặc tính 2: có trọng lượng- Đặc trưng bằng trọng lượng riêng γ (kg/m2s2, N/m3) γ = ρg- Đối với nước, ở nhiệt độ 40C, γ = 9.810 N/m3- Đối với thuỷ ngân, γ = 134.000 N/m3Đặc tính 3: tính không thay đổi thể tích khi thay đổi áp suất hoặc nhiệt độ- Thay đổi áp suất: o Biểu thị bằng hệ số co thể tích βw (m2/N) 1 dW βw = − W dp o Khi p = 1 – 500 at và t = 0 – 200C, βw = 0,00005 m2/N ≈ 0 → coi như chất lỏng không nén được o Mô đun đàn hồi K 1 dp K= = −W βw dW- Thay đổi nhiệt độ: o Hệ số giãn vì nhiệt βt (1/0C) o Khi t = 4 – 100C, βt = 0,00014 (1/0C) và khi t = 10 – 200C, βt = 0,00014 (1/0C) → coi như chất lỏng không co giãn dưới thay đổi của nhiệt độĐặc tính 4: có sức căng mặt ngoài- Có khả năng chịu được ứng suất kéo không lớn lắm tác dụng trên mặt tự do phân chia chất lỏng với chất khí hoặc trên mặt tiếp xúc chất lỏng với chất rắn- Đặc trưng bởi hệ số sức căng mặt ngoài σ (N/m)- Phụ thuộc vào nhiệt độ và loại chất lỏng o Nước tiếp xúc với không khí, ở 200C, σ = 0,0726 N/m o Đối với thủy ngân, ở 200C, σ = 0,540 N/m- Trong đa số hiện tượng thuỷ lực, không cần xét ảnh hưởng của sức căng mặt ngoài vì trị số rất nhỏ so với những lực khác.Đặc tính 5: có tính nhớt- Do tính chất nảy sinh ra ma sát trong khi có sự chuyển động tương đối giữa các phần tử trong các lớp chất lỏng, tạo nên sự chuyển biến một phần cơ năng của chất lỏng chuyển động thành nhiệt năng mất đi không lấy lại được.- Tính nhớt biểu thị sức dính phân tử của chất lỏng, phụ thuộc vào t0- Định luật ma sát trong của Niutơn: Sức ma sát giữa các lớp của chất lỏng chuyển động thì tỷ lệ với diện tích tiếp xúc của các lớp ấy, không phụ thuộc vào áp lực, chỉ phụ thuộc vào gradien vận tốc theo chiều thẳng góc với phương chuyển động, và phụ thuộc vào loại chất lỏng.Định luật ma sát trong của Niutơn: du F = µS dn- F: lực ma sát giữa 2 lớp chất lỏng- S: diện tích tiếp xúc- u – vận tốc; u = f(n): quy luật phân bố vận tốc theo phương n- du/dn: gradien vận tốc theo phương n- µ: hằng số tỷ lệ, phụ thuộc loại chất lỏng, được gọi là hệ số nhớt hay độ nhớt động lực học o Đơn vị: Ns/m2 hoặc kg/m.s hoặc poazơ (p)- Độ nhớt động học: ν = µ/ρ- Đơn vị: m2/s, cm2/s (Stoke)Hệ số nhớt động lực học, µ µ0 µ= 1 + at + bt 2- µ0: hệ số nhớt ứng với t = 00C- a & b: hằng số, phụ thuộc vào loại chất lỏng 0,0178 ρ 0Với nước: µ= , g / cm.s 1 + 0,0337t + 0,0 ...