DÒNG CHẤT LƯU THỰC

Trong dòng chất lưu lý tưởng, giữa các lớp chất lỏng không có ma sát với nhau. Trong thực tế điều này không thể xảy ra 1 cách tuyệt đối được. Đặc tính khác biệt cơ bản của chất lưu thực là ma sát nhớt, do đó mà chuyển động của nó sẽ có 1 vài điểm khác biệt so với chất lưu lý tưởng do sự mất mát năng lượng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
DÒNG CHẤT LƯU THỰC DÒNG CHẤT LƯU THỰCTrong dòng chất lưu lý tưởng, giữa các lớp chất lỏng không có ma sát vớinhau. Trong thực tế điều này không thể xảy ra 1 cách tuyệt đối được. Đặctính khác biệt cơ bản của chất lưu thực là ma sát nhớt, do đó mà chuyểnđộng của nó sẽ có 1 vài điểm khác biệt so với chất lưu lý tưởng do sự mấtmát năng lượng.1.Lực ma sát nhớt.Đổ 1 lớp chất lỏng vào giữa 2 tấm phẳng A, B có diện tích S đặt đối diệnnhau với khoảng cách là d. CHo tấm A chuyển động với vận tốc v(tấm B giữcố định), người ta thấy để nó có vận tốc không đổi cần tác dụng vào tấm A 1lực tỷ lệ với vận tốc và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa 2 tấmXem xét chuyển động của chất lỏng giữa 2 tấm phẳng, người ta thấy vận tốccủa nước tăng đều từ tấm B đến tấm A, tại B nó bằng 0, tại A nó bằng v.Vậylà có biểu thức chính xác của lực làhệ số gọi là hệ số nhớt động lực đặc trưng cho từng loại chất lỏng, đơn vịthường dùng trong kĩ thuật của nó là Poazơ(P), nó phụ thuộc vào từng loạichất lỏng và nhiệt độ, để đo độ nhớt người ta dùng nhớt kế.Ngoài ra để đặc trưng cho sức cản , người ta còn dùng 1 đại lượng nữa gọi làhệ số nhớt động học là khối lượng riêng của chất lưu2. Các chế độ chảy- Chế độ chảy dòng, còn gọi là chảy lớp chảy tầng hay chế độ poa zơ. Cácphần chất lưu chuyển động thành từng lớp, theo những quỹ đạo không cắtnhau, phần tử nọ nối tiếp phần tử kia trên những quỹ đạo ấy, trên quỹ đạonày, phần tử sau thực hiện lại chuyển động của phần tử trước đó.Dòng chảykhông có xoáy, thường có được khi vận tốc chảy nhỏ.- Chế độ chảy rồi, chảy xoáy. Các phần tử chất lưu chảy theo quỹ đạo rấtphức tạp và cắt nhau, có những chỗ xuất hiện các xoáy. Chế độ này thườngcó khi vận tóc chảy lớn.3. Số Ray-nôn và tiêu chuẩn phân loại dòng chảyDựa vào nhiều thí nghiệm, nhà vật lý người Anh là Rây-nôn đã đưa ra 1 đạilượng không thứnguyên để phân biệt các trạng thái chảy gọi là số Rây-nônRe.Trong biểu thức trên, là hệ số nhớt động học của chất lưu, v là vận tốctrung bình của dòng chảy, d là 1 hàm số đánh giá kích thước dòng chảy, cóthể là đường kính của ống dòng hoặc căn bậc hai của tiết diện ống dòng.Số Rây-nôn xác định vai trò tương đối giữa tính quán tính và tính nhớt củachất lưu.Tỷ số giữa động năng của khối chất lưu và công của lực ma sát nhớt biểuhiện số Raynon.Khi Re lớn, tính quán tính đóng vai trò chủ yếu, khi Re nhỏ,tính nhớt lại chiếm ưu thế.Trong kĩ thuật, người ta dùng tiêu chuẩn . Nếu Re nhỏ hơn 2300 thì dòng chảy ở chế độ chảy tầng , nếuRe> 2300 thì dòng chảy rối.Các chất lỏng có độ nhớt càng lớn thì chảy càng ổn định4. Định luật Poazơ cho dòng chảy dừng trong ống trụTa hãy xét 1 đoạn ống trụ có bán kính R, chiều dài L, chênh lệch áp suấtgiữa đầu là , bên trong có dòng chảy với hệ số nhớt là .Đối với chất lưulý tưởng thì dòng chảy có thể chảy ổn định mà không tốn công, nhưng đốivới dòng chất lưu thực thì cần phải duy trì 1 hiệu áp suất ở 2 đầu ống. Nhàvật lý Pháp là J.L.Poiseuille(1799-1869) đã thiết lập công thức liên hệ giữalưu lượng dòng chảy qua ống trụ với các thông số vật lý và hình học củachất lưu và ống.Chúng ta hãy thiết lập lại định luật này.Xét 1 phần nhỏ hình trụ có tiết diện ngang là hình vành khăn với độ dày dr,cách trục của ống trụ là r- Vì là dòng chảy dừng nên hiệu áp suất phải cân bằng với ma sát nhớt.=>=>Lấy tích phân 2 vế ta đượclưu lượng nước chảy qua phần nhỏ này làLấy tích phân biểu thức dQ từ 0 đến R ta đượcĐó chính là biểu thức của định luật Poa zơ5. Vật chuyển động trong chất lưuKhi vật chuyển động trong chất lưu thì chất lưu sẽ tác dụng lực vào vật. Cáclực này có thể kể đến lực đẩy Acsimet do chênh lệch áp suất và lực cản. Lựccản này không chỉ phụ thuộc vào vận tốc tương đối của vật đối với chất lưumà còn phụ thuộc vào kích cỡ của vật, trạng thái bề mặt tiếp xúc và bản thânchất lưu...Do đó việc nghiên cứu chuyển động của vật trong chất lưu là khókhăn.Để đơn giản, người ta coi như khi vật chuyển động với vận tốc c hỏ, lựccản của môi trường tỷ lệ với vận tốc tương đối của vật đối với môi trường,cụ thểVới vật có dạng hình cầuHai công thức trên được gọi là công thức Stốc.Ta hãy xét 1 vật rơi trong chất lưu. Khi đó vật sẽ tồn tại một vận tốc gọi làvận tốc tới hạn. Khi rơi trong chất lưu mà vật có vận tốc tại một thời điểmnào đó bằng giá trị này thì vật sẽ có vận tốc ổn định trong suốt quá trìnhcòn lại. Nếu vận tốc của vật khác thì thường là vật sẽ rất nhanh chóng đạtđến vận tốc có giá trị rất gần vớiGiá sử 1 vật khối lượng m, thể tích v rơi trong chất lưu khối lượng riêng vàhệ số nhớt=> ...