- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- Giáo trình Cơ sở thủy khí và máy thủy khí (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp
Xem mẫu
- UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ
NGÀNH, NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ
ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định Số: 257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 07 năm 2017
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp)
Đồng Tháp, năm 2017
- TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham
khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
- LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình “Cơ sở thuỷ khí và máy thuỷ khí “ được biên soạn dựa trên
chương trình môn học của môn “Cơ sở thuỷ khí và máy thuỷ khí” giảng dạy cho
các khối cao đẳng, trung cấp của ngành kỹ thuật đặc biệt cho ngành Kỹ thuật
máy lạnh và điều hòa không khí. Nhằm giúp người học có tài liệu học tập và
dùng tài liệu để tham khảo tính toán tổn thất năng lượng cho mạng nhiệt, tính
toán công suất bơm quạt máy nén.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đồng nghiệp và các bạn đã giúp chúng
tôi hoàn thiện giáo trình này.
Tài liệu được biên soạn không trách khỏi thiếu sót.
Rất mong bạn đọc góp ý kiến để tài liệu được hoàn thiện hơn.
Chân thành cảm ơn.
Đồng Tháp, ngày tháng năm 2017
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Nguyễn Lam
2. Nguyễn Văn An
i
- MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................... i
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ........................................................................................ 1
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THỦY LỰC ........................................................... 1
1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển ....................................................................... 1
1.2. Ứng dụng .................................................................................................... 2
2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN ..................................................................... 2
2.1. Một số tính chất đễ nhận biết ..................................................................... 2
2.2. Khối lượng riêng và trọng lượng riêng ...................................................... 2
2.3. Tính nén và tính giãn nở vì nhiệt ............................................................... 5
2.4. Tính nhớt .................................................................................................... 5
2.5. Chất lỏng thực, chất lỏng lý tưởng ............................................................. 8
CHƯƠNG 2: THỦY TĨNH HỌC ......................................................................... 9
1. TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA ÁP SUẤT TĨNH ................................................ 9
1.1. Lực tác dụng lên chất lỏng ......................................................................... 9
1.2. Áp suất thủy tĩnh ........................................................................................ 9
1.3. Hai tính chất của áp suất thủy tĩnh ........................................................... 10
1.4. Phương pháp cân bằng của thuỷ tĩnh ....................................................... 11
2. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUỶ TĨNH........................................... 11
2.1. Mặt đẳng áp .............................................................................................. 12
2.2. Phương trình cơ bản của thuỷ tĩnh học .................................................... 12
2.3. Áp suất và biều đồ phân bố áp suất .......................................................... 13
3. TÍNH TƯƠNG ĐỐI ........................................................................................ 14
3.1. Bình chứa chất lỏng chuyển động thẳng thay đổi đều (gia tốc a = conts)14
3.2. Bình chứa chất lỏng quay đều với vận tốc góc ω = conts ........................ 15
4. TÍNH ÁP LỰC THỦY TĨNH ......................................................................... 16
4.1. Xác định áp lực tác động lên hình phẳng ................................................. 16
4.2. Xác định áp lực tác động lên hình cong ................................................... 17
5. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THUỶ TĨNH HỌC .......................................... 18
5.1. Định luật Acsimet – cơ sở lý luận về vật nổi ........................................... 18
5.2. Định luật Patscal và ứng dụng thực tế...................................................... 21
ii
- CHƯƠNG 3: ĐỘNG HỌC CHẤT LỎNG ......................................................... 23
1. MỘT SỐ CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐỊNH NGHĨA ............................................ 23
1.1. Đường dòng .............................................................................................. 23
1.2. Đường nguyên tố và dòng chảy ............................................................... 24
1.3. Mặt cắt ướt, chu vi ướt, bán kính thủy lực ............................................... 24
1.4. Lưu lượng ................................................................................................. 25
1.5. Vận tốc trung bình mặt cắt ướt................................................................. 25
2. MỘT SỐ ĐỊNH LÝ CƠ BẢN ........................................................................ 26
2.1. Phân loại chuyển động ............................................................................. 26
2.2. Gia tốc lưu chất ........................................................................................ 27
3. CÁC DẠNG CỦA PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC ........................................ 27
3.1. Phương trình liên tục của dòng nguyên tố ............................................... 27
3.2. Phương trình liên tục của toàn dòng chảy................................................ 28
CHƯƠNG 4: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG ................................................ 30
1. PHƯƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG LÝ TƯỞNG............... 30
1.1. Phương trình chuyển động của chất lỏng lý tưởng (phương trình Ơle thủy
động)................................................................................................................ 30
1.2. Các phương trình Bernulli cho chất lỏng lý tưởng .................................. 31
1.3. Ý nghĩa của phương trình Bernulli .......................................................... 32
2. CÁC DẠNG PHƯƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG THỰC .. 33
2.1. Phương trình Bernulli đối với dòng nguyên tố chất lỏng thực ................ 33
2.2. Phương trình Bernulli đối với toàn dòng chất lỏng thực ......................... 33
2.3. Một số ứng dụng của phương trình Bernulli ............................................ 34
3. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LƯỢNG VÀ MÔMEN ĐỘNG LƯỢNG ............ 37
3.1. Phương trình động lượng ......................................................................... 37
3.2. Phương trình mômen động lượng ............................................................ 37
3.3. Ý nghĩa thủy động học ............................................................................. 37
3.4. Ứng dụng phương trình động lượng ........................................................ 38
CHƯƠNG 5: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT LỎNG ................ 39
1. TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG TRONG DÒNG CHẢY ................................. 39
1.1. Hai trạng thái chảy của chất lỏng ............................................................. 39
1.2. Quy luật tổn thất năng lượng trong dòng chảy ........................................ 42
2. DÒNG CHẢY TRONG ỐNG TRÒN ............................................................ 42
iii
- 2.1. Dòng chảy tầng trong ống ........................................................................ 42
2.2. Dòng chảy rối trong ống ........................................................................... 43
3. CHẢY TẦNG TRONG CÁC KHE HẸP........................................................ 43
3.1. Dòng chảy giữa hai tấm phẳng song song................................................ 43
3.2. Dòng chảy dọc trục giữa hai trụ tròn........................................................ 44
4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THUỶ ĐỘNG ......................................... 44
4.1. Dòng chảy giữa hai mặt phẳng song song................................................ 44
4.2. Bôi trơn hình nêm ..................................................................................... 44
4.3. Bôi trơn ổ trục .......................................................................................... 44
CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG .................................. 46
1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG ............................... 46
1.1. Phân loại ................................................................................................... 46
1.2. Những công thức dùng trong tính toán thủy lực đường ống .................... 47
2. BỐN BÀI TOÁN CƠ BẢN VỀ ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN ........................ 47
2.1. Tính H1 khi biết H2, Q, l, d, n (độ nhám tương đối)................................. 47
2.2. Tính Q khi biết H1, H2, l, d, n ................................................................... 47
2.3. Tính d khi biết H1, H2, Q, l, n ................................................................... 48
2.4. Tính d, H1 khi biết H2, Q, l, n ................................................................... 48
3. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG PHỨC TẠP ..................................................... 48
3.1. Hệ thống đường ống nối tiếp .................................................................... 48
3.2. Hệ thống đường ống nối song song.......................................................... 49
3.3. Hệ thống đường ống phân phối liên tục ................................................... 50
3.4. Hệ thống đường ống phân nhánh hở ........................................................ 50
3.5. Hệ thống đường ống vòng kín .................................................................. 51
4. BÀI TẬP TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG ......................................................... 51
4.1. Phương pháp dùng hệ số đặc trưng lưu lượng K ..................................... 51
4.2. Phương pháp đồ thị để tính toán đường ống ............................................ 51
4.3. Va đập thủy lực trong đường ống............................................................. 51
CHƯƠNG 7: NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỒ THỊ KHÍ NÉN .............................. 53
1. NHIỆT VÀ CÔNG .......................................................................................... 53
1.1. Công ......................................................................................................... 53
1.2. Nhiệt lượng ............................................................................................... 54
1.3. Nhiệt dung riêng ....................................................................................... 54
iv
- 2. KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG ............................................. 54
2.1. Khái niệm ................................................................................................. 54
2.2. Quá trình nhiệt động................................................................................. 55
3. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHẤT CÔNG TÁC ................................ 56
3.1. Nhiệt độ .................................................................................................... 56
3.2. Áp suất chất khí ........................................................................................ 56
3.3. Thể tích riêng ........................................................................................... 56
3.4. Nội năng của chất khí ............................................................................... 57
3.5. Năng lượng đẩy ........................................................................................ 57
3.6. Entanpi - nhiệt hàm .................................................................................. 58
3.7. Entropi ...................................................................................................... 58
4. CAC DỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA CHẤT KHI ............................................ 59
4.1. Định luật nhiệt động thứ nhất................................................................... 59
4.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản .............................................................. 60
5. CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG ................................................................ 60
5.1. Các chu trình nhiệt động .......................................................................... 60
5.2. Chu trình carnot........................................................................................ 61
5.3. Định luật nhiệt động thứ hai..................................................................... 61
5.4. Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ hai ............................................ 62
6. CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG VÀ THỰC TẾ MÁY NÉN PITTÔNG ............... 62
6.1. Khái niệm ................................................................................................. 62
6.2. Chu trình lý tưởng và thực tế máy nén pittông ........................................ 63
CHƯƠNG 8: KHÁI NIỆM VỀ BƠM................................................................. 65
1. KHÁI NIỆM .................................................................................................... 65
1.1. Định nghĩa ................................................................................................ 65
1.2. Các thông số làm việc cơ bản .................................................................. 66
2. PHÂN LOẠI ................................................................................................... 69
2.1. Phạm vi sử dụng ....................................................................................... 69
2.2. Phân loại ................................................................................................... 69
CHƯƠNG 9: BƠM LY TÂM - BƠM HƯỚNG TRỤC ..................................... 72
1. BƠM LY TÂM................................................................................................ 72
1.1. Khái niệm và phân loại bơm ly tâm ......................................................... 72
1.2. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của bơm ly tâm ..................................... 73
v
- 1.3. Các thông số cơ bản của bơm ly tâm ....................................................... 74
2. BƠM HƯỚNG TRỤC..................................................................................... 75
2.1. Khái niệm và phân loại bơm hướng trục .................................................. 75
2.2. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc bơm hướng trục ..................................... 75
2.3. Các thông số cơ bản của bơm hướng trục ................................................ 77
3. VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP ....................................................................................... 78
3.1. Các ví dụ ................................................................................................... 78
3.2. Bài tập ....................................................................................................... 81
CHƯƠNG 10: BƠM THỂ TÍCH ........................................................................ 83
1. KHÁI NIỆM .................................................................................................... 83
1.1. Khái niệm chung ...................................................................................... 83
1.2. Các thông số làm việc cơ bản của bơm thể tích ....................................... 83
2. BƠM PISTON ................................................................................................. 85
2.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc ..................................................................... 85
2.2. Phân loại ................................................................................................... 87
2.3. Cách tính lưu lượng của bơm piston ........................................................ 89
3. BƠM ROTO .................................................................................................... 90
3.1. Khái niệm chung ...................................................................................... 90
3.2. Bơm bánh răng ......................................................................................... 90
3.3. Bơm trục vít .............................................................................................. 91
3.4. Bơm cánh gạt ............................................................................................ 92
3.5. Bơm chân không vòng nước .................................................................... 93
4. BƠM PITTON – ROTO .................................................................................. 94
4.1. Khái niệm chung ...................................................................................... 94
4.2. Bơm piston - roto hướng kính .................................................................. 94
4.3. Bơm piston - roto hướng trục ................................................................... 95
vi
- GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
Tên môn học: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ.
Mã môn học: MH 32.
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí: Cơ sở thủy khí và máy thủy khí là môn học kỹ thuật cơ sở được
đưa vào giảng dạy ngay từ học kỳ đầu tiên của khoá học. Môn học được giảng
dạy trong năm thứ nhất và kết thúc trước khi chuyển sang phần chuyên môn.
- Tính chất: Môn học này là cơ sở cung cấp cho học sinh những kiến thức
cơ bản để có thể tiếp thu nội dung các kiến thức chuyên môn về các thiết bị phụ
trong các môn học chuyên môn của chuyên ngành Kỹ thuật máy lạnh.
- Ý nghĩa và vai trò của môn học: Là môn học liên quan đến khối các
môn kỹ thuật cơ sở trong đó có ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí.
Cơ sở thủy khí và máy thủy khí là môn học cơ sở quan trọng, giúp cho học sinh,
sinh viên tiếp thu các môn học chuyên ngành một cách dễ dàng.
Mục tiêu của môn học:
- Về kiến thức:
+ Hiểu được những kiến thức cơ bản, tổng hợp về máy thủy khí.
+ Hiểu được cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy thủy khí thông dụng sử
dụng trong ngành kỹ thuật máy lạnh.
+ Giải thích được những kiến thức cơ bản về quy luật cân bằng và chuyển
động của chất lỏng, chất khi những kiến thức về máy thuỷ khí.
+ Trình bày được những khái niệm về thuỷ tĩnh học, động học chất lỏng,
động lực học chất lỏng, khí dông lực học, các khái niệm cơ bản về máy thuỷ khí.
- Về kỹ năng:
+ Mô tả được cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống thủy khí và máy
thủy khí.
+ Tính toán được các bài toán cơ bản động học, động lực học chất lỏng.
+ Tính toán được các thông số của các loại máy thủy khí thông dụng.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Cẩn thận, kiên trì;
+ Yêu nghề, ham học hỏi.
i
- CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
Mã chương: MH 32-01
Giới thiệu:
Chương này cung cấp cho sinh viên học sinh những kiến thức cơ bản ban
đầu về môn học, các tính chất cơ bản của chất lưu, phân tích các lực tác dụng lên
chất lỏng.
Mục tiêu:
Kiến thức:
+ Hiểu được ý nghĩa cơ bản về thủy lực
+ Hiểu được một số tính chất cơ bản của thủy lực
Kỹ năng:
+ Trình bày được các khái niệm chung về thuỷ lực.
+ Trình bày được một số tính chất cơ bản về thuỷ lực.
+ Giải được một số bài toán đơn giản.
Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác và có tư duy khoa học.
Nội dung chính:
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THỦY LỰC
1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển
Từ thời xa xưa, loài người đã biết lợi dụng sức nước phục vụ cho sinh
hoạt đời sống, làm nông nghiệp, thủy lợi, kênh đập, thuyền bè… Nhà bác học
Acsimet (287 – 212, trước công nguyên) đã phát minh ra lực đẩy Ácsimet tác
dụng lên vật nhúng chìm trong lòng chất lỏng.
Nhà danh họa Ý – Lêôna Đơvanhxi (1452 – 1519) đưa ra khái niệm về
lực cản của chất lỏng lên vật chuyển động trong nó. Ông muốn biết tại sao chim
lại bay được. Nhưng phải hơn 400 năm sau, Jucopxki và Kutta mới giải thích
được đó là lực nâng.
1687 – Nhà bác học thiên tài người Anh I. Newton đã đưa ra giải thuyết
về lực ma sát trong giữa các lớp chất lỏng chuyển động mà mãi hơn một thế kỷ
1
- sau nhà bác học Nga – Petrop mới chứng minh giải thuyết đó bằng biểu thức
toán học, làm cơ sở cho việc nghiên cứu chất lỏng lực (chất lỏng nhớt) sau này.
Hai ông L. Ơle (1707 – 1783) và D. Becnuli (1700 – 1782) là những
người đã đặt cơ sở lý thuyết cho thủy khí động lực, tác nó khỏi cơ học lý thuyết
để thành lập ngành riêng.
Tên tuổi của Navie và Stôc gắn liền với nghiên cứu chất lỏng thực. Hai
ông đã tìm ra phương trình vi phân chuyển động của chất lỏng (1821 – 1845).
Nhà bác học đức – L.Prandtl đã sáng lập ra lý thuyết lớp biên (1904), góp
phần giải quyết nhiều bài toán động lực học.
Ngày nay, thủy khí động lực học đang phát triển mạnh mẽ, thu hút sự tập
trung nghiên cứu của nhiều nhà khoa học nổi tiếng trên thế giới và trong nước;
nó can thiệp hầu hết các lĩnh vực đời sống, kinh kế, …nhằm đáp ứng các nhu
cầu của nền khoa học ngày càng hiện đại.
1.2. Ứng dụng
Phạm vi ứng dụng khá rộng rãi, có thể nói đa số các ngành trong các lĩnh
vực khoa học, kỹ thuật công nghệ và đời sống có liên quan đến chất lỏng và chất
khí như giao thông vận tải, hàng không, cơ khí, công nghệ hóa chất, xây dựng,
nông nghiệp, thủy lợi… mà không từng ứng dụng ít nhiều những định luật cơ
bản của thủy khí.
2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN
2.1. Một số tính chất đễ nhận biết
Tính liên tục: vật chất được phân bố liên tục trong không gian.
Tính dễ di động: do lực liên kết giữa các phần tử chất lỏng rất yếu, ứng
suất tiếp (nội ma sát) trong chất lỏng chỉ khác 0 khi có chuyển động tương đối
giữa các lớp chất lỏng.
Tính chống kéo và cắt rất kém do lực liên kết và lực ma sát giữa các phần
tử chất lỏng rất yếu.
Tính dính ướt theo thành bình chứa chất lỏng.
2.2. Khối lượng riêng và trọng lượng riêng
Khối lượng riêng ρ[kg/m3]: Khối lượng riêng ρ của một chất là một độ
khối lượng trong một đơn vị thể tích của chất đó.
M
=
W
2
- Với: M[kg] - Khối lượng chất lỏng;
W[m3] - Thể tích chất lỏng có khối lượng M.
Khối lượng riêng thay đổi khi nhiệt độ và áp suất thay đổi. nếu nhiệt độ
tăng thì khối lượng riêng giảm.
Đối với chất lỏng thì sự thay đổi không đáng kể (Bảng 1.1).
Bảng 1.1: Sự thay đổi khối lượng riêng khi nhiệt độ thay đổi
t oC 0 4 10 30 60 80 100
(kg/m3) 999.9 1000 999.7 995.7 983.3 971.8 958.4
Vậy ta có H2O (ở 4oC) = 103 kg/m3.
Đối với chất khí sự thay đổi khối lượng theo nhiệt độ và áp suất được biểu
diễn bằng phương trình trạng thái. Ta có bảng số liệu sau:
Bảng 1.2: Sự thay đổi khối lượng riêng khi nhiệt độ và áp suất thay đổi
t oC -3 27 100
P(Pa) 105 106 105 106 107 106
(kg/m3) 1.33 13.3 1.127 11.27 112.7 0.916
kk (ở 0oC, 760mmHg) =1,29kg/m3
Một số khối lượng riêng các chất thường gặp:
- Nước biển: 1030 kg/m3
- Thủy ngân: 13546 kg/m3
- Grixerin: 1260 kg/m3
- Dầu: 800 kg/m3
Trọng lượng riêng [N/m3; KG/m3]: là lực trọng trường tác dụng lên khối
lượng của một đơn vị thể tích chất lưu.
G
=
W
3
- Bảng 1.3: Trọng lượng riêng của một số chất lỏng
Trọng lượng riêng
Tên chất lỏng Nhiệt độ
[N/m3; KG/m3]
Nước cất 9810 4
Nước biển 10000 ÷ 10100 4
Dầu hỏa 7750 ÷ 8040 15
Xăng máy bay 6380 15
Xăng thường 6870 ÷ 7360 15
Dầu nhờn 8730 ÷ 9030 15
Diezel 8730 ÷ 9220 15
Thủy ngân 132890 20
Cồn nguyên chất 7750 ÷ 7850 15
Lưu ý: Khối lượng của chất lỏng là một đại lượng không thay đổi còn
trọng lượng của chúng thì phụ thuộc vào vị trí của nó.
Quan hệ giữa ρ và : = .g với g = 9,81m/s2.
Bảng 1.4: Quan hệ khối lượng riêng và trọng lượng riêng của một số chất
Nước Không khí Thủy ngân
ρ[kg/m3] 1000 1,228 13,6 x 103
[N/m3] 9,81 x 103 12,07 133 x 103
Tỷ trọng : là tỷ số giữa trọng lượng (khối lượng) lưu chất và nước ở điều
kiện tiêu chuẩn (ĐKTC).
.g
= = =
H O 2
H O .g
2
H O
2
4
- 2.3. Tính nén và tính giãn nở vì nhiệt
Tính nén được: được biểu thị bằng hệ số nén được βp[m2/N]. Hệ số nén ép
là số giảm tích tương đối của chất lỏng khi áp suất tăng lên một đơn vị.
1 dW
p =
W dp
Trong đó: W[m3] - Thể tích ban đầu của chất lỏng;
dW[m3] - Số giảm thể tích khi áp suất tăng lên;
dp[N/m2] - Lượng áp suất tăng lên.
Ví dụ: hệ số βp của nước ở nhiệt độ 0C đến 20C có trị số trung bình là
1 1
p = ; ở nhiệt độ 100C, áp suất 500 at là p =
210000000 250000000
Tính giản nở vì nhiệt: Biểu thị bằng hệ số giản nở vì nhiệt βt[1/độ], là số
thể tích tương đối của chất lỏng tăng lên khi nhiệt độ tăng lên 1 độ.
1 dW
t =
W dp
Ví dụ: Trong những điều kiện thông thường, dầu hỏa có βt = 0,000600 ÷
0,00800; thủy ngân có βt = 0,00018.
Lưu ý, hệ số giản nở vì nhiệt lớn hơn nhiều so với hệ số nén được, song
chúng đều là những trị số rất nhỏ mà trong một số tính toán thông thường có thể
bỏ qua.
2.4. Tính nhớt
Trong quá trình chuyển động các lớp chất lỏng trượt lên nhau phát sinh ra
lực ma sát trong gây ra tổn thất năng lượng và chất lỏng như thế gọi là chất lỏng
có tính nhớt (chất lỏng Newton).
Hình 1.1: Minh họa tính nhớt
Năm 1687 I. Newton dựa trên thí nghiệm:có hai tấm phẳng I – chuyển
động với vận tốc V có diện tích S và II – đứng yên (Hình 1.2).
5
- Hình 1.2: Tính nhớt của chất lỏng
Giữa hai tấm có một lớp chất lỏng h. Ông đã đưa ra giải thuyết về lực ma
sát giữa những lớp chất lỏng lân cận chuyển động là tỉ lệ thuật với tốc độ và diện
tích bề mặt tiếp xúc, phụ thuộc vào loại chất lỏng và không phụ thuộc vào áp
suất.
Sau đó Pêtrốp (1836-1920) đã biểu thị giả thuyết đó trong trường hợp
chuyển động thẳng bằng biểu thức toán học.
dv
T = S
dy
Trong đó:
T[N] - Lực ma sát trong;
μ - Hệ số nhớt động lực, đặc trưng tính nhớt của chất lỏng;
S - Diện tích tiếp xúc giữa hai lớp chất lỏng;
dv
- gradien vận tốc theo phương y vuông góc với dòng chảy
dy
Lực ma sát trong sinh ra ứng suất tiếp τ[N/m2]:
T dv
= =
S dy
Từ đó rút ra công thức xác định hệ số nhớt động lực μ[NS/m2]:
T
=
dv
S
dy
Ngoài μ còn dùng hệ số nhớt động υ[m2/S hoặc (stoc: 1st = 10-4m2/s)]
trong các biểu thức có liên quan đến chuyển động:
=
6
- Các hệ số μ và υ thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. Nhìn chung μ và υ của
chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng và tăng khi áp suất tăng.
Ví dụ: hệ số nhớt động lực của nước ở nhiệt độ 0C, μ = 0,0179 còn ở
100C, μ = 0,0028; Dầu nhờn ở nhiệt độ 0C có μ = 6,4 còn ở 60C, μ = 0, 22
và hệ số nhớt động dầu nhờn sẽ tăng gấp đôi khi áp suất tăng lên từ 1 ÷ 300 at.
Để đo độ nhớt của chất lỏng , người ta dùng các loại dụng cụ đo khác
nhau. Một loại dụng cụ đo độ nhớt thường dùng ở Việt Nam là Máy đo Engơle
dùng để đo độ nhớt lớn hơn độ nhớt của nước.
Hình 1.3: Máy đo độ nhớt Engơle
Máy gồm có bình hình trụ kim loại 1, có đáy hình cầu hàn vào nó một ống
hình trụ bằng đồng thau 3. Ống hình trụ đặt trong bình chứa nước 2. Trong lỗ
của ống hình trụ 3, đặt một ống bạch kim hình nón 4 để xả chất lỏng ra khỏi
bình lỗ 1.
Lỗ của ống 4 được đóng bằng một thanh đặc biệt có đường kính 3 mm.
Muốn xác định độ nhớt của một chất lỏng ở nhiệt độ nào đó, ta rót 200 cm3 chất
lỏng cần đo vào bình 1 và giữ đúng nhiệt độ cần thiết.
Đo thời gian chảy t1 của 200 cm3 chất lỏng đo qua lỗ đáy.
Sau đó đo gian chảy t2 của 200 cm3 nước cất ở nhiệt độ 20oC (khoảng 50
giây)
Tỷ số t1/t2 gọi là độ nhớt Engơle (kí hiệu 0 E)
t1
0
E=
t2
Ngoài các đơn vị Stôc và độ nhớt Engơle, thường gặp các đơn vị đo độ
nhớt khác nhau, quan hệ giữa chúng với đơn vị Stôc được trình bày trong bảng.
7
- Bảng 1.5: Quan hệ giữa các đơn vị Stôc
Tên đơn vị Ký hiệu Trị số tính bằng Stôc
0, 0631
Độ Engơle 0
E 0, 07310 E − 0
E
1,80
Giây Rebon ''
S 0, 00220 ''S − ''
S
1, 72
Giây Redút ''
R 0, 00260 '' R − ''
R
48,5
Độ Bache 0
B 0
B
2.5. Chất lỏng thực, chất lỏng lý tưởng
Trong thực tế, chất lỏng có đầy đủ tính chất cơ lý nên gọi là chất lỏng
thực. Nhưng để thuận tiện cho nghiên cứu, người ta đưa ra khái niệm chất lỏng
lý tưởng (hay còn gọi là chất lỏng không nhớt). Chất lỏng lý tưởng là chất lỏng
có tính di động tuyệt đối; hoàn toàn không chống được lực cắt và lực kéo; hoàn
toàn không nén được không giãn nở và không có tính nhớt.
Chất lỏng ở trạng thái tĩnh trong những điều kiện thay đổi áp suất và nhiệt
độ bình thường, thì thể tích và khối lượng xem như không đổi vì không có
chuyển động nên không có lực ma sát trong (không có tính nhớt). Như vậy chất
lỏng thực ở trạng thái tĩnh rất gần với chất lỏng lý tưởng do đó có thể nghiên
cứu các qui luật của chất lỏng thực ở trạng thái tĩnh trên chất lỏng lý tưởng thì
kết quả thu được hoàn toàn phù hợp với thực tế. Trong trường hợp chất lỏng
thực ở trạng thái chuyển động vì có tính nhớt nên có lực ma sát trong, có tiêu
hao năng lượng do đó nếu dùng khái niệm chất lỏng lý tưởng để nghiên cứu thì
kết quả không đúng với thực tế. Vì vậy phải dùng thực nghiệm, tiến hành các thí
nghiệm chất lỏng thực. So sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để
rút ra các hệ số hiệu chỉnh đưa vào các công thức lý thuyết cho phù hợp thực tế.
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Lịch sử phát triển của cơ sở thủy khí.
2. Khối lượng riêng và trọng lượng riêng của một số lưu chất.
3. Tính nén và tính giản nở của lưu chất.
4. Chất lỏng thực và chất lỏng lý tưởng.
8
nguon tai.lieu . vn
