Tải bản đầy đủ (.pdf) (286 trang)

MÔN học THỦY lực đại CƯƠNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.23 MB, 286 trang )

Khi đọc qua tài liệu này, nếu phát hiện sai sót hoặc nội dung kém chất lượng
xin hãy thông báo để chúng tôi sửa chữa hoặc thay thế bằng một tài liệu cùng
chủ đề của tác giả khác.
Tài li󰗈u này bao g󰗔m nhi󰗂u tài li󰗈u nh󰗐 có cùng ch󰗨
đ󰗂 bên trong nó. Ph󰖨n
n󰗚i dung
b󰖢n c󰖨n có th󰗄 n󰖲m 󰗠 gi󰗰a ho󰖸c 󰗠 c
u󰗒i tài li󰗈u
này, hãy s󰗮 d󰗦ng ch󰗪c năng Search đ󰗄 tìm chúng.

Bạn có thể tham khảo nguồn tài liệu được dịch từ tiếng Anh tại

đây:
/>Thông tin liên hệ:
Yahoo mail:
Gmail:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA MÔI KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

#"





MÔN HỌC
THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG


GIẢNG VIÊN: ThS. LÊ MINH LƯU



BỐ CỤC MÔN HỌC
THỦY LỰC ðẠI CƯƠNG
CHƯƠNG 1: M
Ở ðẦ
U
CHƯƠNG 2: TH

Y T
Ĩ
NH H

C
CHƯƠNG 3: C
Ơ
S
Ở ðỘ
NG L

C H

C C

A CH

T L

NG
CHƯƠNG 4: T


N TH

T C

T N
ƯỚ
C TRONG DÒNG CH

Y
CHƯƠNG 5: DÒNG CH

Y RA KH

I L

VÀ VÒI–DÒNG TIA
A – DÒNG CH

Y RA KH

I L

VÀ VÒI
B – DÒNG TIA
CHƯƠNG 6: DÒNG CH

Y

N
ðỊ

NH TRONG

NG CÓ ÁP
CHƯƠNG 7: DÒNG CH

Y
ðỀ
U KHÔNG ÁP TRONG KÊNH
CHƯƠNG
CHƯƠNG
1:
1: MỞ ðẦU
§1.1 – ðịnh nghĩa môn học.
Th

y l

c còn
ñượ
c g

i là C
ơ
h

c ch

t l

ng


ng d

ng.
- Th

y l

c nghiên c

u: Các quy lu

t cân b

ng và chuy

n
ñộ
ng
c

a ch

t l

ng. Các bi

n pháp

ng d


ng các quy lu

t
ñ
ó vào th

c ti

n
- Thu

l

c
ñượ
c chia thành hai n

i dung l

n: Thu

l

c
ñạ
i
c
ươ
ng và thu


l

c chuyên môn.
Quan h

gi

a các
ñơ
n v

:
- L

c:
ñ
o b

ng Niut
ơ
n, ký hi

u N và c
ũ
ng
ñượ
c
ñ
o b


ng kilogam
l

c, ký hi

u b

ng kG (1N = 1kg.1m/s
2
= 1m.kg.s
-2
; 1kG = 9,807N;
1N = 0,102kG).
- Áp su

t:
ñ
o b

ng Pascal (Pa); kg/cm
2
(atm); atm tuy

t
ñố
i; mmHg
(1Pa = 1N/m
2
= 1,02.10

-5
kG/cm
2
; atm tuy

t
ñố
i = 760 mmHg).
- Kh

i l
ượ
ng:
ñ
o b

ng kilogram kh

i l
ượ
ng (kg); gam kh

i l
ượ
ng
(g); kGs
2
/m
4
(1kg = 10

3
g = 0,102 kGs
2
/m
4
).
CHƯƠNG
CHƯƠNG
1:
1: MỞ ðẦU
§1.1 – ðịnh nghĩa môn học.
Th

y l

c còn
ñượ
c g

i là C
ơ
h

c ch

t l

ng

ng d


ng.
- Th

y l

c nghiên c

u: Các quy lu

t cân b

ng và chuy

n
ñộ
ng
c

a ch

t l

ng. Các bi

n pháp

ng d

ng các quy lu


t
ñ
ó vào th

c ti

n
- Thu

l

c
ñượ
c chia thành hai n

i dung l

n: Thu

l

c
ñạ
i
c
ươ
ng và thu

l


c chuyên môn.
Quan h

gi

a các
ñơ
n v

:
- L

c:
ñ
o b

ng Niut
ơ
n, ký hi

u N và c
ũ
ng
ñượ
c
ñ
o b

ng kilogam

l

c, ký hi

u b

ng kG (1N = 1kg.1m/s
2
= 1m.kg.s
-2
; 1kG = 9,807N;
1N = 0,102kG).
- Áp su

t:
ñ
o b

ng Pascal (Pa); kg/cm
2
(atm); atm tuy

t
ñố
i; mmHg
(1Pa = 1N/m
2
= 1,02.10
-5
kG/cm

2
; atm tuy

t
ñố
i = 760 mmHg).
- Kh

i l
ượ
ng:
ñ
o b

ng kilogram kh

i l
ượ
ng (kg); gam kh

i l
ượ
ng
(g); kGs
2
/m
4
(1kg = 10
3
g = 0,102 kGs

2
/m
4
).
§1.2 – Lịch sử phát triển.
§1.3 – Khái niệm chất lỏng trong thủy lực.
(1) Ph

n t

ch

t l

ng
ñượ
c coi là vô cùng nh

,
ñồ
ng ch

t,
ñẳ
ng
h
ướ
ng và liên t

c.

(2) Ch

t l

ng và ch

t khí khác ch

t r

n

ch

m

i liên k
ế
t gi

a các
ph

n t

r

t y
ế
u nên có tính di

ñộ
ng d

ch

y ho

c nói cách khác có
tính ch

y.
(3) Ch

t l

ng khác ch

t khí

ch

kho

ng cách gi

a các ph

n t

ch


t
l

ng so v

i ch

t khí r

t nh

nên s

c dính phân t

r

t l

n làm cho
ch

t l

ng gi
ữ ñượ
c th

tích không thay

ñổ
i. Vì th
ế
ch

t l

ng là ch

t
ch

y không nén
ñượ
c và ch

t khí là ch

t ch

y nén
ñượ
c.
(4) T

i m

t ti
ế
p xúc gi


a ch

t l

ng và ch

t khí, v

i ch

t r

n ho

c v

i
ch

t l

ng khác: do l

c hút
ñẩ
y các ph

n t


sinh ra s

c c
ă
ng m

t
ngoài, nh

có s

c c
ă
ng m

t ngoài m

t th

tích nh

c

a ch

t l

ng
ñặ
t


tr
ườ
ng tr

ng l

c s

có d

ng t

ng h

t. Vì v

y ch

t l

ng còn
ñượ
c
g

i là ch

t ch


y d

ng h

t.
Trong thu

l

c có th

coi nh

ng
ñặ
c tr
ư
ng c
ơ
b

n c

a ch

t l

ng nh
ư
v


n t

c, m

t
ñộ
, áp su

t v v là hàm s

c

a không gian, th

i gian và
ñượ
c coi là liên t

c, kh

vi.
W
M
=
ρ
(1 – 1)
ðơ
n v


c

a ρ là kg/m
3
(2).
ðặ
c tính th

hai c

a ch

t l

ng: có tr

ng l
ượ
ng; bi

u th

b

ng
tr

ng l
ượ
ng

ñơ
n v

ho

c tr

ng l
ượ
ng riêng, b

ng tích s

c

a kh

i
l
ượ
ng
ñơ
n v

v

i gia t

c r
ơ

i t

do g (g = 9,81m/s
2
):
(1).
ðặ
c tính th

nh

t c

a ch

t l

ng là có kh

i l
ượ
ng, bi

u th

b

ng
kh


i l
ượ
ng
ñơ
n v

(kh

i l
ượ
ng riêng) ρ. Kh

i l
ượ
ng
ñơ
n v

ρ
b

ng t

s

kh

i l
ượ
ng M v


i th

tích W; t

c là:
§1.4 – Những tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng.
-
ðố
i v

i n
ướ
c: l

y b

ng kh

i l
ượ
ng c

a
ñơ
n v

th

tích n

ướ
c c

t

nhi

t
ñộ
+4
0
C; ρ = 1000kg/m
3
.
W
gM
g
.
. ==
ργ
(1 – 2)
ðơ
n v

c

a γ là
3
m
N

ðố
i v

i n
ướ
c

nhi

t
ñộ
+4
0
C
33
10009810
m
kG
m
N
==
γ
v

i th

y ngân
33
13600134000
m

kG
m
N
==
γ
(3).
ðặ
c tính th

ba c

a ch

t l

ng là tính thay
ñổ
i th

tích (bi

u th

b

ng
β
ββ
β
w

) khi thay
ñổ
i áp su

t ho

c thay
ñổ
i nhi

t
ñộ
(bi

u th

β
ββ
β
t
).
dp
dW
W
w
.
1
−=
β
m

2
/N (1 – 3)
S
ố ñả
o c

a h

s

co th

tích
β
w
g

i là mô-
ñ
uyn
ñ
àn h

i K:
dW
dp
WK
w
.
1

−==
β
N/m
2
(1 – 4)
dt
dW
W
t
1
=
β
1/t
0
(1 – 5)
khi áp su

t thay
ñổ
i
khi nhi

t
ñộ
thay
ñổ
i
(4).
ðặ
c tính th


t
ư
c

a ch

t l

ng là có s

c c
ă
ng m

t ngoài. Do s

c
c
ă
ng m

t ngoài mà gi

t n
ướ
c có d

ng hình c


u.
S

c c
ă
ng m

t ngoài
ñặ
c tr
ư
ng b

i h

s

s

c c
ă
ng m

t ngoài σ,
bi

u th

s


c kéo tính trên m

t
ñơ
n v

dài c

a
ñườ
ng ti
ế
p xúc.
(5).
ðặ
c tính th

n
ă
m c

a ch

t l

ng là có tính nh

t, là nguyên nhân
sinh ra t


n th

t n
ă
ng l
ượ
ng khi ch

t l

ng chuy

n
ñộ
ng.
dn
du
SF .
µ
=
(1 – 6)
Trong
ñ
ó: F - s

c ma sát gi

a hai l

p ch


t l

ng; S - di

n tích ti
ế
p
xúc; u - v

n t

c, u = f(n) – quy lu

t phân b

v

n t

c theo ph
ươ
ng n; µ
- h

ng s

t

l


, ph

thu

c lo

i ch

t l

ng,
ñượ
c g

i là h

s

nh

t ho

c
h

s
ố ñộ
ng l


c nh

t.
ðị
nh lu

t ma sát trong c

a Niut
ơ
n vi
ế
t d
ướ
i bi

u th

c:
ðơ
n v
ị ñ
o h

s

nh

t
µ

µµ
µ
trong h
ệ ñ
o l
ườ
ng h

p pháp là
2
m
Ns
ho

c
ms
kg
ñơ
n v
ị ứ
ng v

i
2
10
1
m
Ns
g


i là poaz
ơ
(p).
B

ng (1 – 1) h

s

nh

t c

a
m

t vài ch

t l

ng
0,0065
0,0101
0,0250
0,2500
0,4000
1,5280
1,7200
8,7000
18

20
18
18
18
20
20
20
D

u x
ă
ng th
ườ
ng
N
ướ
c
D

u ho

D

u m

nh

D

u m


n

ng
D

u tuy
ế
c-bin
D

u nh

n
Glixêrin
(poa-z
ơ
)
t
0
C
Tên ch

t l

ng
B

ng 1 – 2. H


s

nh

t
ñộ
ng h

c ν
c

a n
ướ
c, ph

thu

c nhi

t
ñộ
:
0,0101
0,0081
0,0065
0,0056
20
30
40
50

0,0178
0,0152
0,0131
0,0124
0,0114
0
5
10
12
15
ν
νν
ν, cm
2
/s
t
0
C
ν
νν
ν, cm
2
/s
t
0
C
Tính nh

t còn
ñượ

c
ñặ
c tr
ư
ng b

i h

s

:
ρ
µ
ν
=
(1 – 7)
ν g

i là h

s
ố ñộ
ng h

c nh

t.
ðơ
n v
ị ñ

o h

s
ố ñộ
ng h

c nh

t ν trong
h
ệ ñ
o l
ườ
ng h

p pháp là
s
m
2
s
cm
2
ω
Hình 1 – 1.
T

t c

nh


ng l

c tác d

ng lên nh

ng ph

n t
ử ở
bên trong ω chia thành hai lo

i sau
ñ
ây:
(1). Nh

ng l

c trong (n

i l

c): tác d

ng lên nhau nh

ng l

c t


ng
ñ
ôi m

t cân b

ng nhau (theo nguyên lý tác d

ng và ph

n tác
d

ng), t

o thành m

t h

l

c t
ươ
ng
ñươ
ng v

i s


không.
(2). Nh

ng l

c ngoài (ngo

i l

c):
- L

c m

t: nh

ng ph

n t
ử ở
ngoài m

t ω tác d

ng lên nh

ng ph

n
t

ử ở
trong m

t ω.
- L

c kh

i: Nh

ng tr
ườ
ng l

c (tr

ng l

c, t

tr
ườ
ng,
ñ
i

n
tr
ườ
ng v v ): có nh


ng tác
ñộ
ng lên nh

ng ph

n t


trong m

t ω.
§1.5 – Lực tác dụng.
ω
ω
Hình 1 – 2.
(1). Xét m

t phân t

di

n tích dω l

y
trên m

t m


t ω, bao quanh
ñ
i

m I c

a
m

t ω (hình 1 – 2)
H

l

c m

t tác d

ng lên dω thu
ñượ
c v

m

t l

c duy nh

t
ñặ

t
t

i I và m

t mô men .
Khi dω → 0, xung quanh
ñ
i

m I c
ố ñị
nh thì véc t
ơ
→ m

t
véc t
ơ
g

i là

ng su

t t

i I.
Nh
ư

v

y

gi

i h

n ta vi
ế
t
ñượ
c:
dM
ω
d
dF
T
ω
dTdF .=
(2). N
ế
u t
ưở
ng t
ượ
ng m

t ω ch


a
ñự
ng phân t
ố ñ
ó ta có th
ể ñị
nh
ngh
ĩ
a

ng su

t trên m

t phân t

di

n tích.
Ch

ng minh
ñượ
c r

ng vì ch

t l


ng là môi tr
ườ
ng liên t

c,
ñẳ
ng
h
ướ
ng nên mu

n bi
ế
t

ng su

t t

i I trên m

t phân t

di

n tích d
ω
ch

c


n bi
ế
t nh

ng

ng su

t trên ba phân t

di

n tích
ñ
ôi m

t vuông
góc v

i nhau và
ñề
u
ñ
i qua I.
§1.6 – Ứng suất tại một ñiểm.
§1.7 – Chất lỏng lý tưởng và chất lỏng thực.

Ch


t l

ng th

c có t

t c

nh

ng tính ch

t nh
ư
trên (5 tích ch

t)

Ch

t l

ng lý t
ưở
ng: bao g

m nh

ng tính ch


t sau:
- Không có tính nh

t:
µ
= 0
- Di
ñộ
ng tuy

t
ñố
i.
- Không ch

ng
ñượ
c l

c kéo và c

t.
- Không nén
ñượ
c.
- Ch

t l

ng


tr

ng thái t
ĩ
nh r

t g

n v

i ch

t l

ng lý t
ưở
ng.
§2.1 – Áp suất thủy tĩnh –Áp lực.
CHƯƠNG
CHƯƠNG
2:
2: THỦY TĨNH HỌC
L

y m

t kh

i ch


t l

ng W
ñứ
ng cân b

ng (hình 2 – 1). Chia c

t kh

i
ñ
ó b

ng m

t m

t ph

ng tu

ý ABCD và v

t b

ph

n trên, thì mu


n gi

ph

n d
ướ
i kh

i
ñ
ó

tr

ng thái cân b

ng nh
ư
c
ũ
ta ph

i thay th
ế
tác d

ng
c


a ph

n trên lên ph

n d
ướ
i b

ng m

t h

l

c t
ươ
ng
ñươ
ng.
§2.2 – Hai tính chất cơ bản của áp suất thủy tĩnh.
Tính ch

t 1: Áp su

t th

y t
ĩ
nh tác d


ng th

ng góc v

i di

n tích ch

u l

c

hướ
ng vào di

n tích

y.
t
α
Tính ch

t 2: Tr

s

áp su

t th


y t
ĩ
nh t

i m

t
ñ
i

m b

t k

không ph

thu

c h
ướ
ng
ñặ
t c

a di

n tích ch

u l


c t

i
ñ
i

m này.
§2.3 – Phương trình vi phân cơ bản của chất lỏng
cân bằng
Hình 2 – 4.

G

i F
x
là thành ph

n trên tr

c Ox c

a l

c th

tích F tác d

ng lên lên
m


t
ñơ
n v

kh

i l
ượ
ng ch

t l

ng, ta có th

vi
ế
t
ñ
i

u ki

n cân b

ng c

a
hình h

p theo ph

ươ
ng x nh
ư
sau:
Suy lu

n t
ươ
ng t
ự ñố
i v

i nh

ng hình chi
ế
u các l

c trên các tr

c Oy,
Oz và vi
ế
t toàn b

h

th

ng ph

ươ
ng trình bi

u th

s

cân b

ng c

a kh

i
hình h

p, ta có:
ð
ó là h
ệ phương tr
ình vi phân c
ơ

b

n c

a ch

t l


ng
ñứ
ng cân b

ng và
còn g

i là h
ệ phương tr
ình
Ơ
le
H

(2 – 4) có th

vi
ế
t d
ướ
i d

ng vi
phân toàn ph

n c

a p nh
ư

sau: nhân
nh

ng ph
ươ
ng trình trong h

(2 – 4)
riêng bi

t v

i dx, dy, dz r

i c

ng v
ế
ñố
i v
ế
, ta có:
§2.4 – Mặt ñẳng áp.
M

t
ñẳ
ng áp là m

t có áp su


t th

y t
ĩ
nh t

i m

i
ñ
i

m
ñề
u b

ng
nhau, t

c là m

t có
p
= const, do
ñ
ó dp = 0.
Phương tr
ình vi phân c


a m

t
ñẳ
ng áp:
F
x
dx + F
y
dy + F
z
dz = 0 (2 – 7)
Tính ch

t 1: Hai m

t
ñẳ
ng áp khác nhau không th

c

t nhau.
Tính ch

t 2: L

c th

tích tác d


ng lên m

t
ñẳ
ng áp th

ng góc v

i
m

t
ñẳ
ng áp.
Hình 2 – 5.
§2.5 – Sự cân bằng của chất lỏng trọng lực

Khi l

c th

tích ch

là tr

ng l

c thì ch


t
l

ng
ñượ
c g

i là ch

t l

ng tr

ng l

c.

L

c th

tích F tác d

ng lên m

t m

t
ñơ
n v


kh

i l
ượ
ng c

a ch

t l

ng tr

ng
l

c, ta có Fx = 0, Fy = 0 và Fz = -g (g là
gia t

c r
ơ
i t

do) (hình 2 – 5)
1. Ph
ươ
ng trình c
ơ
b


n c

a ch

t l

ng

tr

ng thái cân b

ng.
2. M

t
ñẳ
ng áp c

a ch

t l

ng tr

ng l

c.
Ph
ươ

ng trình m

t
ñẳ
ng áp
ñượ
c vi
ế
t d
ướ
i d

ng:
-g.dz = 0; do g ≠ 0 nên z = const.

M

t
ñẳ
ng áp trong ch

t l

ng t
ĩ
nh,
ñồ
ng nh

t s


là các m

t n

m
ngang b

t k

, trong
ñ
ó có c

m

t thoáng, không ph

thu

c vào hình
d

ng bình ch

a ch

t l

ng.


M

t n

m ngang c
ũ
ng s

là m

t phân cách c

a hai lo

i ch

t l

ng
cùng ch

a trong m

t bình.
4. ðịnh luật Patscan.
G

i p
0

là áp su

t t

i m

t ngoài (hình 2 – 7a), áp su

t t

i m

t
ñ
i

m A

ñộ
sâu h trong ch

t l

ng
ñ
ó là: p = p
0
+ γh.
N
ế

u t
ă
ng áp su

t

ngoài
lên m

t tr

s

∆p thì áp su

t
m

i p' t

i A s

là:
p' = (p
0
+ ∆p) + γh
V

y áp su


t m

i t

i A s

t
ă
ng lên m

t l
ượ
ng b

ng:
p' – p = ∆p.
Như vậ
y: "
ðộ
bi
ế
n thiên c

a áp su

t th

y t
ĩ
nh trên m


t gi

i h

n m

t
th

tích ch

t l

ng cho tr
ướ
c
ñượ
c truy

n
ñ
i nguyên v

n
ñế
n t

t c


các
ñ
i

m c

a th

tích ch

t l

ng
ñ
ó". K
ế
t lu

n
ñ
ó là
ñị
nh lu

t Patscan.
1
1
2212

ω

ωω
P
pP ==
N
ế
u coi P
1
, ω
1
không ñổ
i, mu

n
t
ă
ng P
2
ph

i t
ă
ng ω
2
.
Máy ép th

y l

c làm vi


c theo
ñị
nh lu

t Patscan:
5. Áp suất tuyệt ñối – áp suất dư – áp suất chân không.
-Áp su

t tuy

t
ñố
i p
tuyệt
ho

c áp su

t toàn ph

n: p = p
0
+
γ
γγ
γ
.h (2 – 13)
-Áp su

t d

ư
p

ho

c áp su

t t
ươ
ng
ñố
i: p

= p
tuyệt
– p
a
(2 – 14)
-N
ế
u thoáng là áp su

t khí quy

n p
a
thì: p

=
γ

γγ
γ
.h (2 – 15)
p

> 0 khi p
tuyệt
> p
a
; p

< 0 khi p
tuyệt
< p
a
-Áp su

t chân không p
ck
, ho

c g

i t

t là chân không:
p
ck
= p
a

– p
tuyệt
(2 – 16)
p
ck
= – p

(2 – 17)
-Áp su

t t

i m

t
ñ
i

m có th
ể ño bằ
ng chi

u cao c

t ch

t l

ng. V


y có
th

bi

u th

các áp su

t nh
ư
sau:
Trong ñiề
u ki

n bình th
ườ
ng, áp su

t khí quy

n t

i m

t thoáng th
ườ
ng
l


y b

ng áp su

t c

a c

t thu
ỷ ngân cao
760mm. Ng
ườ
i ta quy
ướ
c l

y
p
a
= 98100N/m
2
(=1kG/cm
2
) và g

i là átm

tphe k

thu


t. Át m

t phe
k

thu

t t
ươ
ng
ñươ
ng v

i c

t n
ướ
c cao:
6. Ý nghĩa hình học và năng lượng của phương trình cơ bản
của thủy tĩnh học.
7. ðồ phân bố áp suất thủy tĩnh. ðồ áp lực.
S

bi

u di

n b


ng
ñồ
th

hàm s

(2 – 11) trong h

to
ạ ñộ
nói trên g

i

ñồ
phân b

áp su

t thu

t
ĩ
nh (hình 2 – 8a)
Còn v
ẽ ñồ
phân b

áp su


t trên
ñườ
ng cong ta ph

i bi

u di

n b

ng
ñồ
th

tr

s

áp su

t t

i t

ng
ñ
i

m theo ph
ươ

ng trình (2 – 11) r

i n

i l

i thành
ñườ
ng cong c

a
ñồ
phân b

.

×