Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.03 MB, 27 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<b><small>1.2Áp su t trong ch</small></b><small>ấ</small> <b><small>ất lưu chuyển động ... 6 </small></b>
<b><small>2. Phương pháp đo áp suất ... 7 </small></b>
<b><small>2.1 Đo áp suất khí quyển ... 7 </small></b>
<b><small>2.2 Đo áp suất trong m t bình khí.</small></b><small>ộ ... 7 </small>
<b><small>2.3 Đo áp suất bằng ống Pitot... 8 </small></b>
<b><small>2.4 M t s c m bi n áp l c thơng d</small></b><small>ộ ố ảếự</small> <b><small>ụng ... 9 </small></b>
<b><small>3. Dịng chảy và đo dòng chảy ... 10 </small></b>
<b><small>3.1 Các đặc trưng của dòng chảy ... 10 </small></b>
<b><small>3.2 M t s ộ ố phương pháp đo dòng chảy ... 12 </small></b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">Áp suất là khái niệm mô tả mật độ phân bố lực trên một diện tích. Nếu trên một mặt có diện tích A của một vật thể tác dụng một lực phân bố đều với độ lớn tổng cộng bằng F và hướng tác dụng vng góc với bề mặt, thì áp suất tác dụng trên bề mặt ấy được xác định bằng
Như vậy áp suất trên bề mặt là lực tác dụng vng góc với bề mặt trên một đơn vị diện tích b mề ặt. Trường h p t ng quát áp su t ợ ổ ấ được tính bằng
Đơn vị đo áp suất là Niutơn trên mét vuông, ký hiệu N/m2 hay được gọi là Pascal (Pa). Trong thực tế, đơn vị đo áp suất khác đượ ử d ng là Atmosphe (atm) và Milimét thu c s ụ ỷ ngân (mmHg) hay cịn có tên gọi khác Torơ (torr) liên quan ớ v i Pascal qua h th c ệ ứ
Chất lưu là một dạng tồn tại của vật chất khác với vật rắn là khơng có hình dáng cố định, ln t ự điều chỉnh đề thích nghi v i khơng gian ch a nó. Chớ ứ ất lưu là thuật ng ch hai ữ để ỉ
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">dạng v t chậ ất thông thường là ch t lấ ỏng và ch t khí. C hai d ng v t chấ ả ạ ậ ất này đều tuân theo những định luật cơ học như nhau, nhưng có mộ ố điểt s m khác riêng bi t: Ch t l ng ệ ấ ỏ có th ch y d dàng và ch t khí thì có thể ả ễ ấ ể nén được. Ch t l ng nói chung nấ ỏ ặng hơn chất khí. M t ch t có th t n t i c ba d ng l ng, khí và rộ ấ ể ồ ạ ở ả ạ ỏ ắn. Đó là nước, hơi nước và nước đá. Nước đá khác hẳn với nước và hơi nước, đá là chất rắn vì các phân tử đuợc sắp xếp thành m t m ng tinh th 3 chi u r t b n ch t và ộ ạ ể ề ấ ề ặ ổn định. Như vậy, có th th y các d ng ể ấ ạ vật ch t khác nhau s liên k t gi a các ph n tấ ở ự ế ữ ầ ử, trong đó liên kế ủa chấ ắt c t r n là m nh ạ nhất rồi đến ch t l ng và ch t khí. ấ ỏ ấ
Khái ni m áp su t trong chệ ấ ất lưu được xác định như sau: Nế ạu t i m t v trí ộ ị nào đó trong chất lưu ta đặt vào một lá mỏng và phẳng, thì chất lưu sẽ tác dụng lên phần tử này một lực phân bố vng góc với ph n t . T sầ ủ ỷ ố gi a lữ ực tổng c ng và di n tích cộ ệ ủa phầ ửn t chính là áp suất c a chủ ất lưu tạ ị trí đó. Áp suấi v t trong chất lưu phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của chất lưu (chuyển động hay đứng n, chuyển động có xóay hay khơng có xốy,…). Ngồi ra, áp suất trong chất lưu còn phụ thuộc vào khối lượng riêng và nhiệt độ ủ c a chất lưu.
Áp su t thấ ủy tĩnh là áp suấ ủa chấ ỏng đứt c t l ng yên. Áp su t thấ ủy tĩnh đượ xác địc nh như sau: Trong một cốc hình trụ có tiết diện là A chứa một chất lưu có độ cao kể từ đáy là h. Gi s khả ử ối lượng riêng của chất lưu là ρ và gia tốc trọng trường là g . Khí đó, xét
Trong trường hợp này đại lư ng nằm vế phải cợ ở ủa phương trình trên gọi là áp suất thủy tĩnh của chất l ng. Nếỏ u p0 là áp suất khí quyển, thì ps được gọi là áp suất áp kế (gauge
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">pressure). Tong trường hợp tổng quát ps là áp suất chênh lệchgiữa hai độ cao khác nhau. Như vậy áp suất thủy tĩnh chỉ phụ thuộc vào độ sâu chứ khơng phụ thuộc vào các kích thước ngang khác. Điều này đưa đế n một hiện ợtư ng rất lý thú là áp lực của nước trong hồ tác d ng lên mụ ột đập không phụ thuộc vào chi u r ng mà ch phề ộ ỉ ụ thuộc vào chi u sâu ề của h . Máồ y đo độ sâu của mự nước, th c chc ự ất là m t máộ y đo áp su t thấ ủy tĩnh. Như vậy, áp su t thấ ủy tĩnh tại mộ ột đ sâu nào đó trong ch t l ng chính b ng tr ng ấ ỏ ằ ọ lượng của cột chất l ng có chi u cao bỏ ề ằng độ sâu và ti t diế ện 1 đơn vị ệ di n tích.
Áp suất khí quyển. Trong khí quy n khơng có gió, áp su t t i m t v trí cao nàể ấ ạ ộ ị ở độ o đó kể t mừ ặt đất cũng được định nghĩa tương tự như áp su t thuấ ỷ tĩnh trong ch t lấ ỏng, t c ứ cũng bằng trọng lượng c a cột khơng khí có tiết diủ ện đơn vị nằm trên v tr ị ị đó. Tuy nhiên lúc này chưa thể tính được áp su t b ng các cơng th c nêu trên vì m t trên cấ ằ ứ ặ ủa cột không xác định. Nhưng người ta có th xáể c định như sau: M t ng nghi m ch a thuộ ố ệ ứ ỷ ngân, l t ậ ngược ống nghiệm chứa thuỷ ngân và nhúng ngay vào một cốc đựng thu ngân sao cho ỷ thuỷ ngân trong ng nghi m và trong cố ệ ốc tạo thành m t kh i th ng nh t và khơng khí ộ ố ố ấ không vào đượ ốc ng
nghiệm khi thao tác. Khi đó trong ống nghi m ph n trên s t o ra m t kho ng tr ng có ệ ở ầ ẽ ạ ộ ả ố áp su t có th coi b ng khơng và trên m t thóang cấ ể ằ ặ ủa thuỷ ngân trong cốc tác dụng áp suất c a khí quy n ủ ể p0 và cách m t trên c a th y ngân trong ặ ủ ủ ống
nghiệm m t kho ng b ng . ộ ả ằ h Như ậ v y ta có
với là khρ ối lượng riêng của thuỷ ngân. Để đo áp suất khí quyển người ta hay dùng đơn vị atmosphe (atm) ho c milimét thuặ ỷ ngân (mmHg). Trong khí quy n, cao càng l n thì ể độ ớ áp su t càng nh . ấ ỏ
Áp suất tĩnh trong chất lưu là áp su t trong chấ ất lưu đứng yên. Áp su t th y ấ ủ tĩnh và áp suất khí quy n là áp suể ất tĩnh của chất lưu. Đặc điểm n i b t c a áp suổ ậ ủ ất tĩnh trong chất lưu là mộ ại lượng vô hướt đ ng, tác dụng như nhau theo mọi hướng.
Áp su t trong ch t u chuyấ ấ lư ển động r t phấ ức tạ Người ta định nghĩa p. áp suất trong ch t u chuyấ lư ển động g m 3 thành ph n: áp suồ ầ ất tĩnh (như đã c định xá ở trên), áp suất động tỷ l v i vận tốc c a chuyệ ớ ủ ển động và áp suất tổng cộng (hay áp su t t c ngh n) b ng t ng hai áp suấ ắ ẽ ằ ổ ất tĩnh và áp suất động nêu trên. N u áp ế suất tĩnh là một đạ lượi ng vô hướng tác d ng theo m i ụ ọ phương như nhau và độc lập với áp suất động, thì áp suất động khơng ch ph thu c vào tỉ ụ ộ ốc độ chuy n ể động mà còn phụ thuộc vào hướng chuyển động của chất lưu.
Trong lý thuyết chuyển động c a ch t u lý ủ ấ lư tưởng, thành các ng ch a ở ố ứ chất lưu đang chuyển động, v n tậ ốc c a chủ ấ lưt u b ng 0 và v n tằ ậ ốc tăng dần khi ra xa biên. Vì v y, n u ch t l ng chuyậ ế ấ ỏ ển động trong m t ng hay kênh, v n tộ ố ậ ốc lớn
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">nhất đạt được ở chính tâm ti t diế ện ngang (điểm cách xa biên nh t). Chính nh ng ấ ữ gợi ý này giúp ta đo áp su t ch t ấ ấ lưu chuyển động trong ống.
Áp su t khí quy n ấ ể được đo bằng m t thi t b gộ ế ị ọi là phong vũ biểu (Hình 6.1), có c u t o và nguyên lý hoấ ạ ạt động như sau: Mộ ốt ng th y tinh ch a th y ủ ứ ủ ngân l n ộ ngượ được c nhúng vào m t c c thộ ố ủy tinh đựng th y ngân có m t thống ủ ặ chịu tác d ng c a áp su t khí quy n. Thụ ủ ấ ể ủy ngân trong c c và trong ng hòa l n và ố ố ẫ cân b ng nhau tr ng thái mà m t trên c a th y ngân trong ằ ở ạ ặ ủ ủ ống đứng cách m t ặ thoáng c a th y ngân trong củ ủ ốc một đoạn b ng . Vằ h ới điều ki n áp su t trong ệ ấ
phần tr ng c a ng th y tinh coi ố ủ ố ủ như b ng 0, ta có áp su t khí quy n b ng 0 ằ ấ ể ằ p = gh ới ρ v là kh i ố lượng riêng c a thu ngân. Trên ng thủ ỷ ố ủy tinh có chia độ
sẵn, nhìn vào mức thủy ngân trong ống ta đọ được ngay áp su t khí quy n t i c ấ ể ạ thời điểm đó là bao nhiêu.
Ngồi ra chúng ta có thể quy đổi mmHg thành mH2O .Khi quy đổi sang áp suất để lắp c m biả ến người ta cũng sử ụng đơn vị đo này. d
1 mH2O = 9800 Pa
Sự thay đ i đổ ộ cao z trong một ch t lấ ỏng tĩnh tương ứng với P/ g, điều này cho thấy c t ch t l ng có thộ ấ ỏ ể được sử dụng để đo sự khác bi t v áp su t. M t thi t bệ ề ấ ộ ế ị d a ự trên nguyên t c nàắ y được g i là m t ọ ộ áp kế ống, áp k lo i nàế ạ y thường được sử ụng để đo d sự thay đổi áp su t nh và trung bình. M t áp k ng chấ ỏ ộ ế ố ủ y u bao g m m t ng th y tinh ế ồ ộ ố ủ
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">hoặc nh a hình ch U chự ữ ứa một ho c nhi u ch t lặ ề ấ ỏng như thủy ngân, nước, rượu, ho c ặ dầu. Để giữ cho kích thước của áp k không quá l n, ch t lế ớ ấ ỏng nặng như
thủy ngân thường đượ ử ục s d ng n u chênh l ch áp su t cế ệ ấ ần đo là lớn.
Hai c t ch t l ng trong ng có chi u cao chênh l ch là ộ ấ ỏ ố ề ệ h và đang ở trong trạng thái cân bằng tĩnh, một đầ ốu ng ti p xúc v i khí quy n. Vì v y, áp su t tế ớ ể ậ ấ ại điểm 2 được xác định trực tiếp từ biểu thức:
trong đó là mật độ ch t l ng trong ng. M c dù di n tích thi t di n khơng nh ấ ỏ ố ặ ệ ế ệ ả hưởng đến chiều cao , tuy nhiên h ống cần được chọn đủ lớn (vài milimét) để hiệu ứng mao dẫn có th bỏ qua. ể
Để đo áp suất động của chất lưu đang chuyển dộng trong ống dẫn, người ta sử dụng m t thi t bộ ế ị thông d ng là ng Pi-tơ (do ơng Pitot sáng t o ra) có c u t o ụ ố ạ ấ ạ và nguyên lý ho t d ng ạ ộ như sau (Hình 2.3): M t ng hình ộ ố thước thợ được luồn ống dẫn, sao cho m t nửa ng thước thợ ở đượộ ố h c đặt song song với dòng chảy và tiết diện ngang c a mi ng ng hủ ệ ố ở đối di n tr c ti p vệ ự ế ới dòng chảy. Đầu kia c a ủ ống thước thợ ở bên ngòai được gắn với một cảm biến áp lực để đo áp suất tổng cộng tác d ng vào ti t diụ ế ện đầu bên trong c a ủ ống. Để đo đồng th i áp suờ ất tĩnh, người ta lắp các cảm biến lực vào thành ống Pitot song song v i chiều dịng chảy, ớ tức khơng chịu s tác d ng cự ụ ủa áp suất động. Hai c m bi n l c này cho ta hai ả ế ự đại lượng áp suất t ng cộng pt (hay áp suất tắc nghẽn) và áp suổ ất tĩnh 0. Khi đó ápp suất động (ph thu c vào v n tụ ộ ậ ốc) pd = t 0. T áp sup – p ừ ất động này có thể xác định vận tóc của dịng chảy. Để đo chính xác áp suất động, v trí g n c m bi n r t quan ị ắ ả ế ấ trọng. Vị trí đo áp suất tổng phải là chỗ có vận tốc lớn nh t và vng góc vấ ới hướng dịng chảy. Chỗ gắn cảm biến áp lực tĩnh phải đảm bảo trơn để áp suất động không tác dụng lên cảm biến.
Các loại c m bi n áp lả ế ực có thể chia thành 3 loại: cơ, điện và quang. Cảm bi n áp lế ực cơ đơn giản nh t là ng ch U s d ng nguyên lý tr ng ấ ố ữ ử ụ ọ lực. Ngồi ra cịn có các lo i c m bi n s d ng các ph n t ạ ả ế ử ụ ầ ử đàn hồi để c m nh n ả ậ sự chuy n vể ị ho c bi n d ng c a ph n t ặ ế ạ ủ ầ ử dưới tác dung c a áp lủ ực rồ ừ đó tínhi t ra l c và áp l c. ự ự
Nguyên lý hoạt động của bộ ả c m bi n chuy n v nêu trên là dùng áp lế ể ị ực để làm xoay kim ch th , góc xoay t l v i áp su t. Kim ch th s ch trỉ ị ỷ ệ ớ ấ ỉ ị ẽ ỉ ực tiếp giá tr ị của áp su t. ấ Đây là áp su t tuyấ ệt đối. D ng c m biạ ả ến bi n dế ạng d a trên nguyên ự lý như sau : áp l c 1 cự p ần đo làm cho màng b u n và b co giãn theo m t trung ị ố ị ặ bình. Dùng là đo biến d ng trên màng r i t ạ ồ ừ đó xác định áp l c tác d ng lên ự ụ màng. Trong trường h p nàợ y đo được áp su t chênh l ch gi a áp su t cấ ệ ữ ấ ần đo và áp su t g c 2. ấ ố p
Nguyên t c hoắ ạt động của cảm bi n dây c ng ế ộ hưởng như sau : s d ng m t ử ụ ộ dây b ị kéo căng đặt trong m t ng kim lo i mộ ố ạ ột đầu ch u s tác d ng c a áp su t ị ự ụ ủ ấ cần đo. Sử dụng một bộ gây rung cho dây (như dây đàn) để đo dao động của dây. Khi áp l c tác d ng vào mự ụ ột đầu n i c a dây làm số ủ ức căng trong dây thay đổi và do đó tần số dao động của dây cũng thay đổi. Đo sự thay đổi tần số này ta có thể xác định ngược lại áp l c tác d ng vàự ụ o đầu dây.
Bộ c m biả ến cơ điện trong hình trên hoạt động như sau: Dưới tác d ng c a ụ ủ áp su t, lò xo b kéo nén theo và kim s b quay theo chuy n v c a lò xo. Kim ch ấ ị ẽ ị ể ị ủ ỉ thị s di chuy n trên mẽ ể ột điện tr làở m thay đổi điện trở của một m ch. T s thay ạ ừ ự đổi điện tr và ở do đó dịng điện hay điện áp trong mạch ta có thể xác định được chuyển vị c a lò xo và t ủ ừ đó c định được áp su t. xá ấ
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">Bộ c m biả ến điện thu n túy là b c m biầ ộ ả ến điện dung có c u t o và nguyên ấ ạ lý hoạt động như sau : áp su t tác d ng trấ ụ ực tiếp vào m t m t ph ng cộ ặ ẳ ủa tụ điện làm cho kho ng cách gi hai cả ữ ực c a tủ ụ điện thay đổi và do đó điện dung thay đổi. Sự thay đ i điổ ện dung làm dòng điện trong mạch thay đổi. Đo sự thay đổi dòng điện này ta có thể suy ngược lại chuyển dịch của cực t điện và từ ụ đó xác định được áp suất.
Cảm bi n áp su t áế ấ p điện hoạt động tương tự đầu đo lực áp điện. Khi áp suất tác d ng lên b m t cụ ề ặ ủa một lá g m áố p điện, thì trên hai mặt đối di n xu t ệ ấ hiện một điện áp t l vỷ ệ ới áp lực. Đo điện áp này ta có th suy ra áp l c tác dể ự ụng.
Sóng là m t hi n ộ ệ tượng thường xuyên trên bi n, nó ể được gây nên b i nhi u ở ề lý do khác nhau, nhưng ph bi n nh t là sóng gây nên do gió. Sóng gió ổ ế ấ được tạo nên và lan truy n trên b m t ề ề ặ nước bi n và là sể ự dao động của mặ nước biểt n. Cũng như các sóng khác, sóng biển được đặc trưng b i cáở c đại lượng : chiều cao sóng, bước sóng, chu k (hay t n s ) sóng, ỳ ầ ố hướng truy n sóng,..( Hình 4.1) ề
Đo sóng là việc xác định các đặc trưng cơ bản của sóng như chiều cao sóng, chu kỳ sóng, hướng sóng. Việc đo sóng được thực hiện b ng nhi u ằ ề cách, trong đó có hai cách phổ biến sau đây:
Đo bằng thiết b cị ố nh tđị ại điểm trên đáy biển: Thực chất là đo áp suấ ủa t c cột nước bằng m t c m biộ ả ến áp lực gắn trong thiết b . Áp l c này chính là áp suị ự ất tĩnh trong chất lỏng được xác định bằng độ sâu hay chiều cao từ c m biả ến đến mặt thóang. N u t i vế ạ ị trí đo có sóng, thì mực nước sẽ thay đổi do sóng truy n qua nó ề
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">và giá tr áp suị ất đo đượ ở ảc c m bi n s mô t q trình sóng x y ra t i v ế ẽ ả ả ạ ị trí đo. Cụ th , n u tín hiể ế ệu là điều hịa thì, giá trị cực đại là tươn ứg ng với đỉnh sóng và giá tr cị ực tiể – đáy sóng và khoảu ng th i gian giờ ữa hai giá trị này chính là n a ử chu kỳ sóng. Trong trường hợp tín hiệu khơng điều hịa có thể sử dụng phân tích Phurie để xác định các thành phần sóng khác nhau. Tuy vậy, nếu chỉ sử dụng một cảm biến đơn tại m t v trí cộ ị ố định chúng ta không xác định được bước sóng và hướng truyền sóng. Để khắc xác đ nh các tham số ị này, người ta sử dụng m t hệ ộ nhiều c m bi n l p theo trên mả ế ắ ột đường tròn cố định, g i là m t mọ ộ ảng đo sóng (Hình 6.7). Các tín hiệu thu đượ ởc các c m biả ến này cho phép ta xác định được đầy đủ các thơng số sóng. Phương pháp đo này chỉ có thể thực hiện được ở vùng biển nơng, để đo sóng ở vùng biển sâu người ta sử phương pháp được trình bày dưới đây.
Đo bằng thiết b gị ắn với phao n i trên mặt nước: Nguyên lý đo của phương ổ pháp này là đo dịch chuyển (hoặc gia tốc) thẳng đứng của phao dưới tác dụng của sóng. Thực chất là đo sự thay đổi mực nứớc bi n khi có sóng. Hi n nhiên phao ể ể được đ nh v bằng một dây neo với y biển. Khi mực ị ị đá nước biển tại v trí neo ị phao thay đổ ực căng trong y neo cũng thay đổi l dâ i và do đó làm cho phao dao động theo chiều thẳng đứng. Gắn đầu đo gia tốc vào phao để đo gia tốc thẳng đứng của phao ta sẽ được tín hiệu mơ tả gia tốc của mặt sóng. Từ đó xác đ nh biểu ị đồ ủ c a chiều cao sóng tại v ịtrí đo. Tuy nhiên, cũng như trư ng h p trên, nếu chỉ ờ ợ sử dụng một đầu đo chuyển động thẳng đứng của phao, chúng ta không thể đo đượ hước ng sóng. Vì vậy, người ta đã lắp thêm vào phao hai đầu đo gia tốc theo hai hướng n m ngang (B c-Nam và ằ ắ Đơng-Tây). Khi đó chúng ta sẽ được dịch chuyển của phao trong không gian và hơn nữa chúng ta không ch xáỉ c định được hướng sóng mà cịn xác đ nh ị được cả năng lư ng cợ ủa sóng. Để ận dụng phao đo, t người ta cịn có th lể ắp thêm đống hồ đo gió để m căn cứ là xác định các tham s ố
sóng, gió. Vi c thu th p và x lý s liệ ậ ử ố ệu đo của các đầu đo được thực hi n m t ệ ộ cách t ng b ng các ph n m m cài s n trong thi t b . ự độ ằ ầ ề ẵ ế ị
Phương pháp gải chung :
</div>