Bài giảng máy nén thủy lực

PowerPoint Template
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THỒNG VẬN TẢI
BÀI GIẢNG
Môn học:
THỦY LỰC VÀ MÁY THỦY LỰC
Giảng viên: Nguyễn Đăng Phóng
Bộ môn Thủy lực Thủy văn
Khoa Công trình
DT: 0904222171
Website: hydr-uct.net
2
Thủy lực và Máy thủy lực
GIỚI THIỆU MÔN HỌC
Tên môn học:
THỦY LỰC VÀ MÁY THUỶ LỰC
Mã số: COT501.2
Số tín chỉ học phần: 2
Phân bổ số giờ học của học phần:
Lý thuyết : 21.
Thí nghiệm: 9.
Thảo luận : 18
Chương trình đào tạo chuyên ngành: Các lớp thuộc
khoa Cơ khí
3
Thủy lực và Máy thủy lực
NỘI DUNG MÔN HỌC
Thủy lực và máy thuỷ lực là môn khoa học ứng
dụng, nghiên cứu các quy luật cân bằng, chuyển động
của chất lỏng và ứng dụng các quy luật đó giải quyết
các bài toán tính toán thiết kế các công trình liên quan.

Đồng thời trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ
bản về một số loại máy thuỷ lực thông dụng.
4
Thủy lực và Máy thủy lực
NỘI DUNG MÔN HỌC
Chương trình học gồm 2 phần:
Phần 1: Thủy lực (gồm 4 chương):
Chương 1: Mở đầu.
Chương 2: Thủy tĩnh học.
Chương 3: Cơ sở động lực học chất lỏng
và các phương trình.
Chương 4: Tổn thất năng lượng
- Sức cản thủy lực.
Phần 2: Máy thủy lực (gồm 2 chương):
Chương 1: Khái niệm máy thủy lực.
Chương 2: Máy bơm
5
Thủy lực và Máy thủy lực
PHẦN I: THỦY LỰC
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC
Thủy lực và máy thuỷ lực là môn khoa học ứng
dụng, nghiên cứu các quy luật cân bằng, chuyển động
của chất lỏng và ứng dụng các quy luật đó giải quyết các
bài toán tính toán thiết kế các công trình liên quan.
Đồng thời trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ
bản về một số loại máy thuỷ lực thông dụng.

Cơ sở lý luận của thủy lực học là vật lý, cơ học lý
thuyết, cơ học chất lỏng lý thuyết


-Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp chặt chẽ giữa
phương pháp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm.
6
Thủy lực và Máy thủy lực
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG
1. Tính liên tục
2. Tính có khối lượng và trọng lượng.
Khối lượng riêng:
tb
M
V
ρ
∆
=
∆
Trọng lượng riêng: γ = ρ.g
Đối với nước ở nhiệt độ 4
0
C và áp suất 1 atm:
ρ = 1000 kg/m
3
.
γ = 9810 N/m
3
.
Tỷ trọng, tỷ khối: δ = ρ/ρ
Ν
= γ/γ

Ν

7
Thủy lực và Máy thủy lực
3. Tính thay đổi thể tích do thay đổi nhiệt độ hay áp suất.
a) Do thay đổi áp suất:
1
p
V
V p
β
∆
= −
∆
β
p
- hệ số co thể tích do thay đổi áp suất
Khi p = 1÷ 500 at và t = 0 ÷ 20
0
C thì: βp = 5.10
-5
(cm
2
/KG)
b) Do thay đổi nhiệt độ:
1
t
V
V t
β

∆
=
∆
Với điều kiện áp suất bình thường, đối với nước: t =
4÷10
0
C: β
t
= 14.10
-5
(1/t
0
)
t =10÷20
0
C: β
t
= 15.10
-5
(1/t
0
).
Tùy theo β chất lỏng được chia thành chất lỏng chịu nén và
không chịu nén:
 β = 0 (ρ = const): chất lỏng không chịu nén.
 β ≠ 0 (ρ ≠ const): chất lỏng chịu nén.
8
Thủy lực và Máy thủy lực
4. Tính nhớt của chất lỏng
Thể hiện sức dính phần tử giữa các phần tử chất lỏng

hay giữa chất lỏng với chất rắn. Sự làm nảy sinh ra ứng suất
tiếp, giữa các lớp chất lỏng chuyển động với nhau gọi là tính
nhớt. Theo Niutơn ứng suất tiếp sinh ra khi có sự chuyển
động tương đối giữa các lớp chất lỏng chuyển động với nhau
du
dn
τ µ
= ±
µ: Hệ số nhớt (độ nhớt)
N.s/m
2
hoặc Poazơ (P), 1P = 0.1Ns/m
2
Ngoài hệ số nhớt động lực còn dùng
hệ số nhớt động học ν = µ/ρ
(m
2
/s, Stốc St) 1St=1cm
2
/s
µ ≠0: Chất lòng thực
µ = 0 và ρ =const: Chất lỏng lý tưởng
9
Thủy lực và Máy thủy lực
1.3. LỰC TÁC DỤNG VÀ ỨNG SUẤT
Lực khối: Là lọai lực thể tích tác động lên tất cả các
phần tử chất lỏng nằm trong khối chất lỏng mà ta xét.
Lực mặt: Là ngoại lực tác dụng lên bề mặt của thể tích
chất lỏng ta xét hoặc tác dụng lên bề mặt nằm trong
khối chất lỏng ta xét.

Ứng suất: dưới tác động của lực tác dụng tạo ra ứng
suất tại các điểm trong chất lỏng gồm ứng suất pháp
và ứng suất tiếp được thể hiện bằng tenxo ứng suất:
σ
x
τ
xy
τ
xz
τ
yx
σ
y
τ
yz
τ
zx
τ
zy
σ
z
10
Thủy lực và Máy thủy lực
CHƯƠNG II. THỦY TĨNH HỌC
2.1. ÁP SUẤT VÀ ÁP LỰC THỦY TĨNH
1. Áp suất và áp lực thủy tĩnh
0
lim
P
p

ω
ω
→
=
ur
ur
P - áp lực
p - áp suất thủy tĩnh
2. Tính chất của áp suất thủy tĩnh
Áp suất thủy tĩnh có hai tính chất sau:

Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với
diện tích chịu lực và hướng vào diện tích
ấy.

Áp suất thủy tĩnh tại mọi điểm bất kì
trong chất lỏng bằng nhau theo mọi
phương.
11
Thủy lực và Máy thủy lực
2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CÂN BẰNG ƠLE
z
x
y
dx
dy
dz
M
p -
p

x
dx
2
p +
p
x 2
dx
12
Thủy lực và Máy thủy lực
1. Thiết lập phương trình
Gọi p - áp suất thủy tĩnh.
F(F
x
,F
y
,F
z
) - lực khối đơn vị.
Cân bằng lực tác dụng lên khối chất lỏng theo các
phương ta được phương trình vi phân cân bằng Ơle tĩnh:
)12(
0
z
p1
F
0
y
p1
F
0

x
p1
F
z
y
x
−









=
∂
∂
ρ
−
=
∂
∂
ρ
−
=
∂
∂
ρ

−
13
Thủy lực và Máy thủy lực
2. Điều kiện cân bằng:
Nhân những phương trình trong hệ (2-1) riêng
biệt với dx, dy, dz rồi cộng vế với vế ta có:
0dz
z
p
dy
y
p
dx
x
p1
)dzFdyFdxF(
zyx
=








∂
∂
+
∂

∂
+
∂
∂
ρ
−++
dpdz
z
p
dy
y
p
dx
x
p
=








∂
∂
+
∂
∂
+

∂
∂
Nhận xét: Vế phải của phương trình (2-2) là vi phân
toàn phần của hàm p. Như vậy, phương trình chỉ có nghĩa nếu
vế trái của nó cũng phải là vi phân toàn phần của hàm số nào
đó.
)22(0
dp
)dzFdyFdxF(:Hay
zyx
−=
ρ
−++
14
Thủy lực và Máy thủy lực
Lực khối thỏa mãn phương trình (2-3) gọi là lực khối có thế.
Khi đó:
)32()U(d)dzFdyFdxF(Vay
zyx
−−=++
)42(0
dp
dU −=
ρ
+
3. Mặt đẳng áp, mặt đẳng thế:

Mặt đẳng áp là mặt mà mọi điểm trên đó có áp suất
giữ giá trị không đổi (p=const).


Mặt đẳng thế là mặt mà mọi điểm trên đó hàm thế giữ
giá trị không đổi (U=const).
Như vậy từ phương trình (2-4) có thể nhận thấy khi
chất lỏng ở trạng thái cân bằng thì mặt đẳng áp đồng thời
cũng là mặt đẳng thế.
15
Thủy lực và Máy thủy lực
2.3. CÂN BẰNG TRONG TRƯỜNG TRỌNG LỰC.
1. Phương trình cơ bản thủy tĩnh.
Xét lực khối là trọng lực tác động lên khối chất lỏng khi đó:
F
x
= F
y
= 0, F
z
= -g
Thay các lực khối đơn vị vào phương trình Ơle tĩnh trên ta
có:
M
g
z
z
o
p
o
h
z
y
x

16
Thủy lực và Máy thủy lực
(3-1) gọi là phương trình cơ bản thủy tĩnh dạng 1 hay
quy luật phân bố ASTT.
Thay z = z
o
, p = p
o
vào (3-1), sau khi biến đổi ta được:
p = p
o
+ γ(z
o
- z) = p
o
+ γh (3-2)
(3-2) gọi là phương trình cơ bản thủy tĩnh dạng 2 là
phương trình đi tính áp suất tại một điểm.
trong đó

p
0
: áp suất tại mặt phân chia chất lỏng.

h: độ sâu từ mặt phân chia chất lỏng đến điểm
cần tính áp suất.
)13(C
p
z −=
γ

+
17
Thủy lực và Máy thủy lực
2. Mặt đẳng áp:
Thay p = const vào (3-1), ta được:
z = C
1
(3-3)
(3-3) là phương trình mặt đẳng áp.
3. Phân loại áp suất

Áp suất tuyệt đối: p
tđ
= p
0
+ γh

Áp suất dư:
Khi p
tđ
> p
a
thì: p
d
= p
tđ
- p
a
> 0
(p

a
= 1atm là áp suất khí trời ở điều kiện bình
thường)
Khi p
0
= p
a
thì p
d
= γh

Áp suất chân không:

Khi p
tđ
< p
a
thì p
ck
= p
a
- p
tđ
> 0
Áp suất tại một điểm có thể đo bằng chiều cao cột
chất lỏng kể từ điểm đang xét đến mặt thoáng của cột chất
lỏng đó: h = p/γ
18
Thủy lực và Máy thủy lực
4. Ý nghĩa:


Về mặt hình học
z: Độ cao vị trí
p/γ : Độ cao áp suất
Kết luận: Tổng độ cao vị trí và độ cao áp suất là
không thay đổi

Về mặt năng lượng
z: Vị năng đơn vị
p/γ: Áp năng đơn vị
Kết luận: Tổng vị năng đơn vị và áp năng đơn vị là
không thay đổi.
19
Thủy lực và Máy thủy lực
5. BIỂU ĐỒ ÁP SUẤT - ĐỒ ÁP LỰC
Từ công thức (3-2) biểu diễn sự thay đổi áp suất trên một
diện tích ta sẽ được biểu đồ phân bố áp suất. Nếu biểu
diễn độ cao áp suất thì ta được biều đồ phân bố áp lực.
Biểu đồ phân bố áp suất. Biều đồ phân bố áp lực.
20
Thủy lực và Máy thủy lực
6. Định luật Pascal.
p
1
= p
0
+ γh p
2
= (p
0

+p') + γh
Hay p
2
- p
1
= p'
Áp suất do ngoại lực tác động trên bề mặt chất
lỏng được truyền đi nguyên vẹn tới mọi điểm trong
chất lỏng.
P
1
p
o
P
2
p
o
+ p'
21
Thủy lực và Máy thủy lực
Kích thủy lực
P
2
P
1
1
2
12
12
1

1
22
S
S
P.PHay
PS
S
P
S'pP
η=
>==
η - Hiệu suất máy, η < 1.
22
Thủy lực và Máy thủy lực
23
Thủy lực và Máy thủy lực
24
Thủy lực và Máy thủy lực
2.4. ÁP LỰC CHẤT LỎNG LÊN THÀNH PHẲNG
Áp lực lên thành phẳng là tổng hợp của các lực
song song và cùng chiều. Gọi áp lực tổng hợp là P. Ta
cần xác định độ lớn và điểm đặt của P.
25
Thủy lực và Máy thủy lực
1. Xác định độ lớn của áp lực
Giả sử một hình có diện tích S nằm trong mặt
phẳng nghiêng một góc
α
so với mặt phẳng ngang.
Trên diện tích S ta lấy một diện tích nguyên tố

dS vô cùng nhỏ, áp lực nguyên tố dP tác động lên dS là:
dP = p.dS với p = p
0
+ hγ
Tích phân biểu thức trên ta sẽ được áp lực tổng
hợp P của chất lỏng lên diện tích S là:
P = p
c
.S = (p
0
+ h
c
γ).S (4-1)
Nếu mặt thoáng của chất lỏng tiếp xúc với khí
trời thì: p
c
= h
c
γ và áp lực dư P
d
lên diện tích S là:
P
d
= h
c
γ.S (4-2)