Bài giảng Cơ lưu chất - Chương 5: Động lực học lưu chất - Nguyễn Quốc Ý

Chương 5: Động LỰC học lưu chất Bài giảng của TS. Nguyễn Quốc í nguyenquocy@hcmut.edu.vn Ngày 10 thỏng 3 năm 2013 Nội dung cần nắm PT bảo toàn năng lượng: PT năng lượng, PT Bernoulli Ứng dụng: đo vận tốc/lưu lượng, lỗ vũi... PT bảo toàn động lượng Ứng dụng PT bảo toàn động lượng: tương tỏc dũng lưu chất- vật rắn 1 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảo toàn năng lượng PT năng lượng tổng quỏt ĐL NĐLH thứ nhất: Năng lượng của một hệ được bảo toàn trong 1 tgđv, ∆pnăng lượngq  ∆pnhiệtq ∆pcụngq e  uˇ V  g gz: NL trờn 1 đv khối lượng (nội năng+ động năng+ thế năng) Bàn luận: bảo toàn năng lượng cho khối nước qua turbine, khối nước trong ấm kớn 2 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảo toàn năng lượng PT năng lượng tổng quỏt dựng Reynolds transport theorem: D Dt ằ sys eρ d–V  B Bt ằ cv eρ d–V á eoutρoutAoutVout
á einρinAinVin cụng suất trao đổi= từ trục (bơm, quạt. turbine...): 9Wshaft+ từ ỏp suất hai đầu cv : p AV , nờn 3 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảo toàn năng lượng PT năng lượng tổng quỏt Xột dũng: ổn định B Bt  0 khụng nộn được ρ  const 9m  ρAV pin ρg V 2in 2g zin loooooooomoooooooon cơ năng vào 9Wshaft, net, in 9mg loooooo oooooon H  pout ρg V 2out 2g zout loooooooooomoooooooooon cơ năng ra uˇout
uˇin
9Qnet, in 9mg looooooooooomooooooooooon hl Bàn luận: đơn vị của cỏc số hạng trong PT trờn? 4 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảo toàn năng lượng :PT Bernoulli dọc theo đường dũng Xột trường hợp dũng lý tưởng, khụng qua mỏy thủy lực, dọc theo đường dũng từ 1 đến 2: z1 lomon cột ỏp thế năng p1 γ lomon c.a. ỏp suất looooooooooooooomooooooooooooooon cột ỏp tĩnh V 21 2g lomon c.a. vận tốc loooomoooon cột ỏp động  z p γ V  g PT Bernoulli Bàn luận: ĐK để sd PT Bernoulli?, p: dư hay tuyệt đối, nếu lưu chất tĩnh? 5 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảo toàn năng lượng: PT Bernoulli K đường dũng khụng cú thành phần V 2{2g cú thờm as do lực li tõm Bàn luận: khi R=0? vớ dụ: z g (2) (1) h2-1 A B C D Free surface (p = 0) n h4-3 (4) (3) ^ 6 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PT Bernoulli: một số khỏi niệm liờn quan- ứng dụng ™ Điểm dừng và ỏp suất dừng ™ Đường đo ỏp, đường năng lượng Ÿ Đo vận tốc điểm: ống Pito Ÿ Đo lưu lượng: ống Ventury, cống, đập tràn Ÿ Dũng qua lỗ, vũi 7 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PT năng lượng: 2 mặt cắt ướt dọc theo dũng lưu chất thực z , p: tớnh theo giỏ trị trung bỡnh V : lấy theo giỏ trị trung bỡnh, để đảm bảo động năng giống nhau, cần hệ số hiệu chỉnh động năng α ρV A V  g  α  g ρ ằ A v v dAủ α   A ằ A  v V  dA thụng thường, trong kỹ thuật, cú thể lấy α  1 Phương trỡnh năng lượng: z p γ α V  g H  z p γ α V  g hl 8 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PT năng lượng: qua mỏy thủy lực (bơm, quạt, turbine. . . ) H  9Wshaft, net, in 9mg  9Wshaft, net, in γQ Bơm/quạt: H  Hb Ă 0, cột ỏp bơm/quạt Cụng suất trục bơm/quạt: 9Wshaft, net, in  Nb  γQ Hb Hiệu suất bơm: ηb  Nb Nđộng cơ Turbine: H 
Ht   0, cột ỏp turbine Cụng suất trục Turbine: 9Wshaft, net, in  Nt  γQ Ht Hiệu suất turbine: ηt  Nđộng cơ Nt z p γ α V  g # Hb
Ht  z p γ α V  g hl 9 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảo toàn động lượng cho một sys: D Dt ằ sys ~V ρ d–V  á ~Fsys sys  cv : á ~Fsys  á ~Fcv Reynolds transport theorem: D Dt ằ sys ~V ρ d–V  B Bt ằ cv ~V ρ d–V á ~VoutρoutQout
á ~VinρinQin Dũng ổn định: á ~VoutρoutQout
á ~VinρinQin  á ~Fcv 10 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảo toàn động lượng cv  á cs      out á cs      out  vận tốc phõn bố đều: á ~Fcv  á CS ρQ ~V      out
á CS ρQ ~V      in  vận tốc phõn bố khụng đều: á ~Fcv  á CS αo ρQ ~Vav      out
á CS αo ρQ ~Vav      out 11 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảo toàn động lượng αo : hệ số hiệu chỉnh động lượng, αo   A ằ A  v Vav  dA dũng tầng trong ống: αo  1.33 dũng rối trong ống: αo  1.04 Trong tớnh toỏn kỹ thuật, αo  1.0: OK! Bàn luận: so sỏnh αo và α, chiếu thành phần nào theo cỏc phương x, y? viết PT BTĐL theo hai phương x, y 12 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cỏch ỏp dụng PTBTĐL: Lực tương tỏc dũng lưu chất- vật rắn * Bước 1, xỏc định: thể tớch kiểm soỏt cv , vẽ lờn hỡnh chọn hệ trục tọa độ Oxy , Oxyz . . . , vẽ lờn hỡnh * Bước 2, Phõn tớch lực và vận tốc Xỏc định cỏc ngoại lực tỏc dụng lờn cv: lực khối (trọng lực, lực từ. . . ) lực mặt (ỏp suất, ma sỏt. . . ) phản lực: từ vật rắn-> cv Xỏc định vận tốc vào và ra, vẽ lờn hỡnh * Bước 3, Viết PTBTĐL theo cỏc phương nếu cần tỡm vận tốc: PT liờn tục, PT năng lượng nếu cần tỡm ỏp suất: PT năng lượng * Bước 4, tỡm ra phản lực ủ lực, hay cỏc đại lượng khỏc 13 / 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt