Ứng dụng cơ học chất lỏng: Phần 1

Cuốn sách "Cơ học chất lỏng ứng dụng: Phần 1" trình bày các nội dung chính sau: Các tính chất vật lí của chất lỏng và khí; Sự cân bằng của chất lỏng và khí; Động học chất lỏng; Động lực học chất lỏng không nhớt, không nén được - phương trình năng luợng; Chuyển động thế phảng của chất lỏng không nhớt, không nén dược;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng cơ học chất lỏng: Phần 1HOÀNG VĂN QUÍ (chủ biên) - NGUYỄN ĐỈNH LƯƠNG LÊ BÁ SƠN - ĐỖ HỮU THÀNH - LÊ VĂN THUẬN Cơ HỌC CHẤT LỒNG IỈNG DỤNG (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NỘI -2014 LỜI NÓI ĐẦU C ơ học chất lỏng là lĩnh vực cơ học đóng vai trò quan trọng đối với nhiềungành k ĩ thuật có Hên quan đến chất lỏng và khí như thuỷ lợi, giao thông,hàng không, c h ế tạo máy v.v... Những kiến thức về cơ học chất lỏng là hếtsức cẩn thiết và không th ể thiếu đối với người k ĩ sư thiết kế, xây dựng, ch ếtạo và vận hành các công trình và máy móc. Chính vì vậy mà môn Cơ họcchất lỏng luôn có mặt trong chương trình đào tạo nhiều chuyên ngành ở bậcđại học cũng như sau đại học. Cuốn sách này được biên soạn trên cơ sở đ ề cương môn C ơ học chất lỏngứng dụng của các lớp cao học chuyên ngành xây dicng công trình thuỷ,Trường đại học Xầy dựng được sử dụng từ nhiều năm nay, với những điềuchinh và bổ sung về nội dung, dùng làm giáo trình giảng dạy và học tập chocác lớp cao học và k ĩ sư chất lượng cao thuộc nhiều ngành khác nhau, cũngnliư làm tài liệu tham khảo cho những người nghiên cứu. Phấn lí thuyết đượctrình bày à mức vừa phải, theo phương châm hướng đến iơĩg dụng thực tế.Các bài tập kèm theo đáp s ố cuối mỗi chương có th ể phần nào giúp chongười đọc tự kiểm tra mức độ lĩnh hội lí thuyết của mình. Giáo trình này do một tập th ể giáng viên lâu năm của Bộ môn Thuỷ lực -Thtiỷ ván Trường đại học Xây dựng biên soạn, gồm PGS. TS. Hoàng VănQuỷ (chủ biên), PGS. TS. Nguyễn Đình Lương, TS. Lê Bá Sơn, TS. Đỗ HữuThành và TS. Lê Văn Thuận. Mặc dầu đã có nhiều c ố gắng, song chắc chắn thiếu sót là không thểtránh khỏi. Các tác già xin chân thành cảm ơn ỷ kiến nhận xét của bạn đọc. N hững người biên soạn 3 C hương 1 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA CHẤT LỎNG VÀ KHÍ Mục tiêu nghiên cứu của cơ học chất lỏng là thiết lập các định luật về cân bằng vàchuyển động của chất lỏng và khí, trong đó các tính chất vật lí đóng vai trò là các thôngsố. Vì tính chất vật lí thường phụ thuộc các ẩn sô nên để khép kín hệ thống phương trìnhthì có bao nhiêu tính chất vật lí biến đổi cần phải thêm vào hệ thống bấy nhiêu hệ thứcđặc trưng của chất lỏng và khí.1.1. CHẤT LỎNG (KHÍ) VÀ CÁC TÍNH CHẤT T ổN G QUÁT Trong đời sống hàng ngày thường ta phán biệt ba trạng thái của vật chất: rắn, lỏng vàkhí. Mậc dầu có sự khác nhau về nhiều mặt nhưng chất lỏng và khí vẫn có chung nhữngđặc truiỊg tổng quát phân biệt với chất rắn. Trong môn Cơ học chất lỏng, thuật ngữ chất lỏng (tiếng Anh: fluid) được hiểu theonghĩa rộng, bao gồm chất lòng giọt (thuật ngữ được Liên Xô cũ và Nga sử dụng; tiếngAnh: liquid) như nước, thuỷ ngân, dấu..., và các khí (tiếng Anh: gas) như không khí, khíoxygen, khí hydrogen v.v... Trong tài liệu này nói chung sẽ không dùng thuật ngữ chấtlỏng theo nghĩa rộng, mà từ chất lỏng được dùng để chỉ riêng chất lỏng giọt. Chất lỏng và khí có các tính chất tổng quất dưới đây: 1. Tinh di động Chất lỏng (khí) biến dạng liên tục dưới tác dụng của các lực tiếp tuyến (lực cắt), dùlực này có thể rất nhỏ. Vì vậy, chất lỏng (khí) luôn luôn lấy hình dạng của biên rắn. 2. Tính liên tục Chất lỏng (khí) được coi như một continuum, tức được giả định là liên tục, ít nhất là ởquy mô thí nghiệm. Ta gọi phẩn tử chất lỏng (khí) là thể tích rất bé (nhưng vẫn gồm rất nhiều phân tử)đến mức có thê’ coi nó như một phẩn của continuum. 3. Tính đắng hướng Các tính chất vật lí là như nhau theo mọi phương, nếu biến đổi thì tính chất biến đổicủa chúng theo mọi phương là như nhau. Mặc dù cùng có những tính chất tổng quát nói trên, giữa chất lòng và khí vẫn cónhững điếm khác nhau cơ bản: 5 - Chất lỏng rất khó nén (thể tíchchất lỏng giảm xuống không đáng kểkhi lực nén tăng lên), vì vậy trongnhiều bài toán thường gập, chất lỏng - -Khiđược coi là không nén được. M ột khốilượng chất lỏng cho trước chiếm mộtthế tích xác dịnh, nếu dung tích binhchứa lớn hơn thể tích chất lỏng thì sẽ a b*hình thành mặt tự do (hình l.la ) . Ilìn h 1.1 - Các khí tương đối dễ nén; thể tích khí biến đổi trong phạm vi lớn khi thay đổi ásuất và nhiệt độ. M ột khối lượng khí cho trước không có thể tích xác định và dãn ra liêtục choán đầy bình chứa, vì vậy không có mặt tự do (hình l.lb ) .1.2. CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA CHẤT LỎNG VÀ K H Í M ột số tính chất vật lí nêu dưới đây đóng vai trò quan trọng nhất trong cơ học chílỏng. Tính chất ghi trong các phụ lục 1.1 -ỉ- 1.5 có giá trị lấy theo hệ đơ ...