Giáo trình thuỷ khí _ Lớp biên

Vấn đề quan trọng trong cơ học chất lỏng ứng dụng là tính lực cản của vật chuyển động trong chất lỏng (hoặc vật đứng yên còn chất lỏng chuyển động bao quanh). Ví dụ: Khảo sát tàu thuỷ chuyển động trên mặt nước, máy bay chuyển động trong chất lỏng với vận tốc không đổi. Khi đó công suất động cơ dùng để khắc phục lực cản.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình thuỷ khí _ Lớp biênGiáo trình thuỷ khí Lớp biên lớp biên ChươngĐặt vấn đềVấn đề quan trọng trong cơ học chất lỏng ứng dụng làtính lực cản của vật chuyển động trong chất lỏng(hoặc vật đứng yên còn chất lỏng chuyển động baoquanh). Ví dụ: Khảo sát tàu thuỷ chuyển động trên mặtnước, máy bay chuyển động trong chất lỏng với vận tốckhông đổi. Khi đó công suất động cơ dùng để khắc phụclực cản. muốn biết lực cản phải biết phân bố lực masát (ứng suất tiếp) trên bề mặt của vật tiếp xúc vớichất lỏng, do đó phải nghiên cứu lớp chất lỏng sátvật: lớp biên. Trong lớp chất lỏng này tính nhớt đóngvai trò rất quan trọng, ở sát bề mặt vật vận tốc củachất lỏng bằng 0 và vận tốc này sẽ tăng rất nhanh đểđạt giá trị bằng vận tốc ở vùng ngoài lớp biên, vìvậy trong vùng lớp biên, gradient vận tốc có giá trịrất lớn.1. Khái niệm về lớp biên. các chiều dày đặc trưngcủa lớp biên I. Lớp biên y xKhảo sát 1 bản phẳng đứng yên, trên bản phẳng có dòngchất lỏng chuyển động với vận tốc u. Trên bề mặt bảnphẳng do tính bám của chất lỏng nên vận tốc lớp chấtlỏng trên bề mặt là u=0, các lớp chất lỏng tiếp đó cóvận tốc tăng dần cho đến lúc vận tốc đạt giá trị ucủa dòng, nghĩa là có sự chuyển hoá từ u=0 u= u.Định nghĩa: Lớp chất lỏng từ bề mặt vật có vận tốcu=0 cho đến vị trí có vận tốc bằng 99% u gọi là lớpbiên.Gọi  là khoảng cách từ từ bề mặt vật đến vị trí cóvận tốc bằng 99% u: chiều dày lớp biên, gia trịconst trong lớp biên: =(x)Nhận xét: Trong chiều dày lớp biên, sự thay đổi vận tốc diễn du du  ra rất nhanh: lớn do đó ứng suất tiếp là dy dy rất lớn: ta khảo sát với giả thuyết chất lỏng là thực. du 0  =0, ảnh hưởng của tính nhớt Ngoài lớp biên dy không đáng kể, ta có thể coi chất lỏng là lý tưởng. II. Các chiều dày đặc trưng của lớp biên:Khái niệm về chiều dày lớp biên không có ý nghĩa địnhlượng chính xác, khi y tăng vận tốc của lớp biên tiếndần đến giá trị của dòng ngoài u. Đại lượng  phụthuộc vào việc chọn ở đâu điểm quy ước rõ biên giớilớp biên. Do đó người ta đưa ra những chiều dày đặctrưng khác của lớp biên.1) Chiều dày bị ép: * y u A thực * lý AB Xét ảnh hưởng động học của tính nhớt lên vị trí đườngdòng. Vì đường dòng là đường lưu lượng bằng nhau nênđường dòng AB trong chất lỏng lý tưởng phải tương ứngvới đường dòng A’B’ trong chất lỏng thực nhưng ở xabề mặt vật hơn. Gọi * là khoảng cách dịch chuyển củađường dòng do ảnh hưởng của tính nhớt, ta tính lưulượng Qt của chất lỏng thực qua mặt cắt giữa bề mặtvật và đường dòng cách thành rắn một khoảng y (xéttrên bề rộng vật bằng 1 đơn vị):  Q t   u  dy 0Đường dòng tương ứng của chất lỏng lý tưởng sẽ gần bềmặt vật hơn 1 đoạn *, tính từ điều kiện cân bằng lưulượng:    Q l    u    *  Q t   u  dy 0    u  dy  u  dy     u * 0 0   1  dy     dy   u  u  u  0   0Đối với chất lỏ ...