Giáo án môn kỹ thuật thủy khí

KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

1

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN KỸ THUẬT THUỶ KHÍ
(Học phần bắt buộc)
1. Tên học phần: KỸ THUẬT THUỶ KHÍ
2 . Số tín chỉ: 2
3. Trình độ: Sinh viên năm thứ 2
4. Phân bổ thời gian:
- Lên lớp lý thuyết: 24 tiết
- Thảo luận: 12 tiết
5. Các học phần học trước: Toán (1,2,3,4); Vật lý ; Cơ học lý thuyết (1,2); Vẽ kỹ
thuật; Sức bền vật liệu, Cơ ứng dụng.
6. Học phần thay thế, học phần tương đương: Không
7. Mục tiêu của học phần:
Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản để tính toán các đại lượng
đặc trưng của chất lỏng khi có sự tương tác giữa chất lỏng với bề mặt vật bao quanh
hoặc vật ngập trong chất lỏng:
- Tính áp suất chất lỏng tĩnh và chất lỏng động, vẽ biểu đồ áp suất.
- Ứng dụng định luật Pascal, các ứng dụng của định luật: các máy thuỷ lực.
- Áp lực của chất lỏng lên bề mặt vật bất kỳ; tính toán cân bằng vật ngập
trong chất lỏng chuyển động.
- Tính toán vận tốc dòng chảy; áp suất thuỷ động; tính lưu lượng;
- Thiết lập phương trình chuyển động của chất lỏng; phương trình chuyển
hoá năng lượng
- Các ứng dụng của phương trình Bernoulli trong thực tế.
- Phương trình động lượng của dòng chất lỏng; kỹ thuật chế tạo tua bin, tên
lửa, máy bay….
- Tính toán năng lượng tổn hao của chất lỏng chuyển động.
- Tính toán đường ống có áp: ống nối tiếp, phân phối, song song.

Qua đó giúp sinh viên củng cố và bổ sung những kiến thức đã học để giải quyết các
vấn đề trong thực tiễn kỹ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực liên quan đến chất lỏng.
8. Mô tả vắn tắt nội dung học phần:
Cơ học chất lỏng nghiên cứu các quy luật cân bằng và chuyển động cơ học
(vĩ mô) của chất lỏng, các lực tương tác giữa chất lỏng và vật ngập trong nó và cách
ứng dụng các quy luật đó vào sản xuất. Nội dung môn học bao gồm:


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

2

- Giới thiệu về chất lỏng
- Tĩnh học chất lỏng
- Động học chất lỏng
- Động lực học chất lỏng
- Chuyển động một chiều của chất lỏng không nén
- Tính toán thuỷ lực đường ống.
9. Nhiệm vụ của sinh viên:
- Dự lớp đầy đủ
- Làm bài tập ở nhà
- Chuẩn bị dụng cụ học tập đầy đủ: giáo trình, máy tính bấm tay…
- Tham gia thảo luận
10. Tài liệu học tập:
- Sách, giáo trình chính:
[1]; Bài giảng môn học Cơ học chất lỏng 1 - Bộ môn Cơ học
[2]; Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Thủy lực và máy thủy lực, (tập
1), NXB ĐH&THCN, Hà Nội, 1979
[3]; Nguyễn Hữu Chí, Bài tập cơ học chất lỏng ứng dụng, NXB GD Hà nội,
1998.

[ 4]; Bài tập môn học Cơ học chất lỏng 1 - Bộ môn Cơ học
[5]; Giáo trình Thuỷ lực tập I các trường ĐH trong nước.
- Sách tham khảo:
[6]; Vũ Duy Quang, Thủy khí động lực ứng dụng, ĐH BK Hà nội, 1996.
[7]; Bài tậpThủy lực và máy thủy lực, NXB Đại học và THCN- 1979, Ngô
Vi Châu - Nguyễn Phước Hoàng -Vũ Duy Quang - Đặng Huy Chí - Võ Sĩ Huỳnh Lê Danh Liên
[8]; Cơ học chất lỏng kỹ thuật Tập 1, Nguyễn Tất Đạt - Mai Thắng, NXB
Nông nghiệp-2000
[9]; Bài tập Cơ học chất lỏng kỹ thuật, Mai Thắng, NXB Nông nghiệp1994
[10]; Fluid mechanics ( First Sl Metric Edition 1983), Victor L. Streeter & E.
Benjanmin Wylie


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

3

11. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:
- Dự lớp: ≥ 80% tổng số giờ môn học
- Thảo luận + Bài tập:
- Kiểm tra giữa học phần:
- Thi kết thúc học phần:
12. Thang điểm học phần: 4
- Kiểm tra giữa học phần: Trắc nghiệm, Trọng số 0,2
- Thảo luận + Bài tập: Trọng số 0,2
- Thi kết thúc học phần: Tự luận, Trọng số 0,6
13. Nội dung chi tiết học phần:
13.1. Nội dung chi tiết học phần
Giới thiệu môn học
1. Mô tả tóm tắt môn học

2. Thời khóa biểu, lịch kiểm tra
3. Điều kiện kết thúc khóa học
4. Dự lớp
5. Yêu cầu về dụng cụ, đồ dùng học tập, giáo trình và tài liệu tham khảo….
Chương I
Mở đầu
(Tổng số tiết:3 ;số tiết lý thuyết: 3 ; số tiết bài tập: 0 ; thảo luận:0 )
1.1. Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ môn học
1.1.1. Khái niệm môn học
1.1.2. Phương pháp nghiên cứu
1.1.3. Lịch sử phát triển môn học.
1.2 Khái niệm chất lỏng trong thuỷ lực, một số tính chất vật lý cơ bản của chất
lỏng.
1.2.1 Khái niệm chất lỏng.
1.2.2 Các tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng:
1/ Tính di động của chất lỏng
2/ Tính liên tục của chất lỏng
3/ Chất lỏng có khối lượng


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

4

4/ Chất lỏng có trọng lượng.
5/ Tính nén được của chất lỏng
6/

Sự thay đổi thể tích khi thay đổi nhiệt độ hoặc áp suất của khối

chất lỏng.
7/ Sức căng mặt ngoài
8/ Tính nhớt của chất lỏng.
1.3 Chất lỏng thực & chất lỏng lý tưởng, lực tác dụng lên chất lỏng – phân loại lực
tác dụng.
1.3.1 Chất lỏng thực - chất lỏng lý tưởng.
1.3.2 Lực tác dụng lên chất lỏng – Phân loại lực tác dụng.
Chương II
Thuỷ tĩnh học
(Tổng số tiết: 12 ;số tiết lý thuyết: 6 ; số tiết bài tập: 3

; thảo luận:3 )

2.1. Khái niệm, phân loại trạng thái tĩnh
2.1.1 Khái niệm chung
2.1.2 Phân loại trạng thái tĩnh
2.2. Áp lực và áp suất thuỷ tĩnh.
2.2.1 Áp lực
2. 2.2 Áp suất
2.3 Hai tính chất cơ bản của áp suất tĩnh.
2.3.1 Tính chất 1
2.3.2 Tính chất 2
2.4 Phương trình vi phân cân bằng và phương trình cơ bản tĩnh học
2.4.1 Thiết lập phương trình vi phân cân bằng
2.4.2 Phương trình cơ bản của thuỷ tĩnh học
2.4.3 Mặt đẳng áp mặt đẳng thế
2.5 Các loại áp suất, biểu đồ áp suất, ý nghĩa của phương trình cơ bản.
2.5.1 Các loại áp suất
2.5.2 Biểu đồ áp suất.
2.5.3 Các thiết bị đo áp suất

2.5.4 Ý nghĩa của phương trình cơ bản.
2.6 Định luật Pascal và ứng dụng.


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

2.6.1 Định luật Pascal
2.6.2 Ứng dụng
2.7 Tính áp lực chất lỏng tác động lên mặt phẳng
2.7.1 Nhận xét.
2.7.2 Tìm trị số áp lực.
2.7.3 Tìm điểm đặt áp lực.
2.7.4 Bài toán ví dụ
2.8 Áp lực chất lỏng lên mặt cong.
2.8.1 Nhận xét
2.8.2 Tìm trị số áp lực
2.8.3 Tìm phương, chiều, điểm đặt
2.8.4 Bài toán ví dụ
2.9 Định luật Archimedes – Sự nổi của vật
2.9.1 Định luật
2.9.2 Sự nổi của vật
Chương III
Động học chất lỏng
(Tổng số tiết: 3 ;số tiết lý thuyết: 3 ; số tiết bài tập: 0 ; thảo luận:0 )
3.1 Khái niệm chung
3.1.1 Nhiệm vụ
3.1.2 Các giả thiết
3.1.3 Phương pháp nghiên cứu
3.1.4 Phân loại chuyển động của chất lỏng
3.2 Các khái niệm cơ sở

3.2.1 Đường dòng
3.2.2 Ống dòng
3.2.3 Dòng nguyên tố
3.2.4 Dòng chảy
3.2.5 Mặt cắt ướt
3.2.6 Chu vi ướt
3.2.7 Bán kính thuỷ lực
3.2.8 Vận tốc thực

5


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

6

3.2.9 Lưu lượng
3.2.10 Vận tốc trung bình
3.3 Chuyển động có thế
3.3.1 Hàm dòng và thế vận tốc
3.3.2 Tính lưu số vận tốc và lưu lượng
3.3.3 Đường xoáy và ống xoáy
3.3.4 Thế phức w(z), vận tốc phức w’(z)
3.4 Phương trình liên tục
3.4.1 Dạng tổng quát
3.4.2 Phương trình liên tục đối với dòng nguyên tố
3.4.3 Phương trình liên tục đối với dòng chảy ổn định
Chương IV
Động lực học chất lỏng
(Tổng số tiết: 9 ;số tiết lý thuyết: 6 ; số tiết bài tập: 3

; thảo luận:0 )

4.1 Phương trình vi phân chuyển động của chất lỏng lý tưởng
4.2 Các dạng phương trình Bernoulli cho chất lỏng lý tưởng
4.3 Phương trình vi phân của chất lỏng thực
4.3.1 Dạng ứng suất
4.3.2 Dạng Navie – Stock
4.4 Các dạng phương trình Bernoulli cho chất lỏng thực
4.4.1 Viết cho dòng nguyên tố
4.4.2 Viết cho toàn dòng
4.4.3 Ứng dụng phương trình Bernoulli
4.5 Phương trình động lượng - Định lí Ole 1
Chương V
Chuyển động một chiều của chất lỏng không nén
(Tổng số tiết: 6 ;số tiết lý thuyết:4 ; số tiết bài tập: 2 ; thảo luận: 0 )
5.1 Tổn thất năng lượng dòng chảy
5.1.1 Nguyên nhân gây tổn thất
5.1.2 Tổn thất dọc đường
5.1.3 Tổn thất cục bộ
5.2 Hai chế độ chảy – Thí nghiệm Reynold
5.2.1 Các chế độ chảy của dòng chảy


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

5.2.2 Thí nghiệm Reynold
5.2.3 Tiêu chuẩn phân biệt hai chế độc chảy
5.3 Tính toán tổn thất dọc đường
5.3.1 Phương trình cơ bản của dòng chất lỏng chảy đều

5.3.2 Dòng chảy tầng
5.3.3 Dòng chảy rối
5.4 Tổn thất cục bộ
5.4.1 Tổn thất cục bộ khi ống đột ngột mở rộng
5.4.2 Tổn thất cục bộ khi ống đột ngột co hẹp
5.4.3 Một số dạng tổn thất thường gặp trong ống
Chương VI
Tính toán thuỷ lực đường ống
(Tổng số tiết: 3 ;số tiết lý thuyết: 2 ; số tiết bài tập: 1

; thảo luận: 0 )

6.1 Cơ sở lý thuyết để tính toán đường ống
6.2 Phân loại đường ống – công thức tính
6.3 Bài toán cơ bản về đường ống đơn giản
6.4 Tính toán đường ống phức tạp
6.4.1 Đường ống nối tiếp
6.4.2 Đường ống song song
6.4.3 Đường ống phân phối liên tục
13.2. Nội dung Bài tập lớn: Không có
14. Lịch trình giảng dạy

Tuần
thứ

Nội dung

Tài liệu học
tập, tham
khảo

1

Chương I

[1],[2],[5],

Mở đầu

[6],[8],[10]

(Tổng số tiết:3 ;số tiết lý thuyết: 3 ; số tiết
bài tập: 0 ; thảo luận:0 )
1.1. Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ môn
học
1.1.1. Khái niệm môn học

Hình
thức
Giảng lý
thuyết

7


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

8

1.1.2. Phương pháp nghiên cứu

1.1.3. Lịch sử phát triển môn học.
1.2 Khái niệm chất lỏng trong thuỷ lực, một
số tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng.
1.2.1 Khái niệm chất lỏng.
1.2.2 Các tính chất vật lý cơ bản của
chất lỏng:
1/ Tính di động của chất lỏng
2/ Tính liên tục của chất lỏng
3/ Chất lỏng có khối lượng
4/ Chất lỏng có trọng lượng.
5/ Tính nén được của chất lỏng
6/ Sự thay đổi thể tích khi thay
đổi nhiệt độ hoặc áp suất của khối chất lỏng.
7/ Sức căng mặt ngoài
8/ Tính nhớt của chất lỏng.
1.3 Chất lỏng thực& chất lỏng lý tưởng, lực
tác dụng lên chất lỏng – phân loại lực tác
dụng.
1.3.1 Chất lỏng thực - chất lỏng lý
tưởng.
1.3.2 Lực tác dụng lên chất lỏng –
Phân loại lực tác dụng.
2

Chương II

[1],[2],[5]

Thuỷ tĩnh học

[6],[8],[10]

(Tổng số tiết: 12 ;số tiết lý thuyết: 6 ;
số tiết bài tập: 3 ; thảo luận:3 )
2.1. Khái niệm, phân loại trạng thái tĩnh
2.1.1 Khái niệm chung
2.1.2 Phân loại trạng thái tĩnh
2.2. Áp lực và áp suất thuỷ tĩnh.
2.2.1 Áp lực

Giảng lý
thuyết


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

9

2. 2.2 Áp suất
2.3 Hai tính chất cơ bản của áp suất tĩnh.
2.3.1 Tính chất 1
2.3.2 Tính chất 2
2.4 Phương trình vi phân cân bằng và
phương trình cơ bản tĩnh học
2.4.1 Thiết lập phương trình vi phân
cân bằng
2.4.2 Phương trình cơ bản của thuỷ tĩnh học
2.4.3 Mặt đẳng áp mặt đẳng thế
2.5 Các loại áp suất, biểu đồ áp suất, ý nghĩa
của phương trình cơ bản.

2.5.1 Các loại áp suất
2.5.2 Biểu đồ áp suất.
2.5.3 Các thiết bị đo áp suất
2.5.4 Ý nghĩa của phương trình cơ bản.
3

2.7 Tính áp lực chất lỏng tác động lên mặt
phẳng

[1],[2],[5]
[6],[8],[10]

Giảng lý
thuyết

2.7.1 Nhận xét.
2.7.2 Tìm trị số áp lực.
2.7.3 Tìm điểm đặt áp lực.
2.8 Áp lực chất lỏng lên mặt cong.
2.8.1 Nhận xét
2.8.2 Tìm trị số áp lực
2.8.3 Tìm phương, chiều, điểm đặt
4

2.7.4 Bài toán ví dụ áp lực tác dụng lên [1],[2],[6],[8], Thảo luận
mặt phẳng
[10],[4],[9], và bài tập
2.8.4 Bài toán ví dụ áp lực tác dụng lên
[3],[5]
mặt cong

5

2.6 Định luật Pascal và ứng dụng.
2.6.1 Định luật Pascal
2.6.2 Ứng dụng

[1],[2],[6],[8], Thảo luận
[10],[4],[9], và bài tập
[3],[5]


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

10

2.9 Định luật Archimedes – Sự nổi của vật
2.9.1 Định luật
2.9.2 Sự nổi của vật
6

Chương III

[1],[2],[5],

Động học chất lỏng

[6],[8],[10]

(Tổng số tiết: 3 ;số tiết lý thuyết: 3 ; số tiết

bài tập: 0 ; thảo luận:0 )
3.1 Khái niệm chung
3.1.1 Nhiệm vụ
3.1.2 Các giả thiết
3.1.3 Phương pháp nghiên cứu
3.1.4 Phân loại chuyển động của chất
lỏng
3.2 Các khái niệm cơ sở
3.2.1 Đường dòng
3.2.2 Ống dòng
3.2.3 Dòng nguyên tố
3.2.4 Dòng chảy
3.2.5 Mặt cắt ướt
3.2.6 Chu vi ướt
3.2.7 Bán kính thuỷ lực
3.2.8 Vận tốc thực
3.2.9 Lưu lượng
3.2.10 Vận tốc trung bình
3.3 Chuyển động có thế
3.3.1 Hàm dòng và thế vận tốc
3.3.2 Tính lưu số vận tốc và lưu lượng
3.3.3 Đường xoáy và ống xoáy
3.3.4 Thế phức w(z), vận tốc phức
w’(z)
3.4 Phương trình liên tục
3.4.1 Dạng tổng quát
3.4.2 Phương trình liên tục đối với

Giảng lý
thuyết

KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

11

dòng nguyên tố
3.4.3 Phương trình liên tục đối với
dòng chảy ổn định
7

Kiểm tra giữa học phần

8

Chương IV

[1],[2],[5],

Động lực học chất lỏng

[6],[8],[10]

Giảng lý
thuyết

(Tổng số tiết: 9 ;số tiết lý thuyết: 6 ; số tiết
bài tập: 3 ; thảo luận:0 )
4.1 Phương trình vi phân chuyển động của
chất lỏng lý tưởng

4.2 Các dạng phương trình Bernoulli cho
chất lỏng lý tưởng
4.3 Phương trình vi phân của chất lỏng thực
4.3.1 Dạng ứng suất
4.3.2 Dạng Navie – Stock
9

4.4 Các dạng phương trình Bernoulli cho
chất lỏng thực

[1],[2],[5],
[6],[8],[10]

Giảng lý
thuyết

4.4.1 Viết cho dòng nguyên tố
4.4.2 Viết cho toàn dòng
4.5 Phương trình động lượng - Định lí Ole 1
10

4.4.3 Ứng dụng phương trình Bernoulli

[1],[2],[6],[8], Thảo luận
[10],[4],[9], và bài tập
[3],[5]

11

Chương V

[1],[2],[5],

Chuyển động một chiều của chất lỏng
không nén

[6],[8],[10]

(Tổng số tiết: 6 ;số tiết lý thuyết:4 ; số tiết
bài tập: 2 ; thảo luận: 0 )
5.1 Tổn thất năng lượng dòng chảy
5.1.1 Nguyên nhân gây tổn thất
5.1.2 Tổn thất dọc đường
5.1.3 Tổn thất cục bộ
5.2 Hai chế độ chảy – Thí nghiệm Reynolds

Giảng lý
thuyết


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

12

5.2.1 Các chế độ chảy của dòng chảy
5.2.2 Thí nghiệm Reynolds
5.2.3 Tiêu chuẩn phân biệt hai chế độc
chảy
5.3 Tính toán tổn thất dọc đường
5.3.1 Phương trình cơ bản của dòng

chất lỏng chảy đều
5.3.2 Dòng chảy tầng
5.3.3 Dòng chảy rối
12

5.4 Tổn thất cục bộ

[1],[2],[5],

5.4.1 Tổn thất cục bộ khi ống đột ngột
mở rộng

[6],[8],[10]

Giảng lý
thuyết

[1],[2],[6],[8],

Bài tập

5.4.2 Tổn thất cục bộ khi ống đột ngột
co hẹp
5.4.3 Một số dạng tổn thất thường gặp
trong ống
Chương VI
Tính toán thuỷ lực đường ống
(Tổng số tiết: 3 ;số tiết lý thuyết: 2 ; số tiết
bài tập: 1 ; thảo luận: 0 )
6.1 Cơ sở lý thuyết để tính toán đường ống

6.2 Phân loại đường ống – công thức tính
6.3 Bài toán cơ bản về đường ống đơn giản
6.4 Tính toán đường ống phức tạp
6.4.1 Đường ống nối tiếp
6.4.2 Đường ống song song
6.4.3 Đường ống phân phối liên tục
13

Bài tập chương V, chương VI

[10],[4],[9],
[3],[5]


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

13

MỤC LỤC
PHẦN I: LÝ THUYẾT

Trang

Chương I: MỞ ĐẦU

15

1.1.

Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ môn học

16

1.2

Khái niệm chất lỏng trong thuỷ lực, một số tính chất vật lý cơ bản của chất
lỏng.
17

1.3

Chất lỏng thực & chất lỏng lý tưởng, lực tác dụng lên chất lỏng – phân loại
lực tác dụng.
21

Chương II: THUỶ TĨNH HỌC

23

2.1

Khái niệm, phân loại trạng thái tĩnh

24

2.2

Áp lực và áp suất thuỷ tĩnh.

25

2.3

Hai tính chất cơ bản của áp suất tĩnh.

26

2.4

Phương trình vi phân cân bằng và phương trình cơ bản tĩnh học

26

2.5

Các loại áp suất, biểu đồ áp suất, ý nghĩa của phương trình cơ bản.

30

2.6

Định luật Pascal và ứng dụng.

31

2.7

Tính áp lực chất lỏng tác động lên mặt phẳng

32

2.8

Áp lực chất lỏng lên mặt cong.

37

2.9

Định luật Archimedes – Sự nổi của vật

41

Chương III: ĐỘNG HỌC CHẤT LỎNG

43

3.1

Khái niệm chung

44

3.2

Các khái niệm cơ sở

47

3.3

Chuyển động có thế

49

3.4

Phương trình liên tục

51

Chương IV: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG

54

4.1

Phương trình vi phân chuyển động của chất lỏng lý tưởng

54

4.2

Các dạng phương trình Bernoulli cho chất lỏng lý tưởng

56

4.3

Phương trình vi phân của chất lỏng thực

56

4.4

Các dạng phương trình Bernoulli cho chất lỏng thực

60

4.5

Phương trình động lượng - Định lí Euler 1

65


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

14

Chương V: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT LỎNG KHÔNG
NÉN
67
5.1

Tổn thất năng lượng dòng chảy

68

5.2

Hai chế độ chảy – Thí nghiệm Reynolds

69

5.3

Tính toán tổn thất dọc đường

72

5.4

Tổn thất cục bộ

76

Chương VI: TÍNH TOÁN THUỶ LỰC ĐƯỜNG ỐNG

80

6.1

Cơ sở lý thuyết để tính toán đường ống

80

6.2

Phân loại đường ống – công thức tính

81

6.3

Bài toán cơ bản về đường ống đơn giản

83

6.4

Tính toán đường ống phức tạp

83

PHẦN II:

THẢO LUẬN VÀ BÀI TẬP

1. Thảo luận và bài tập lần 1 : Chương II

41

• Bài toán áp lực chất lỏng tác dụng lên mặt phẳng
• Bài toán áp lực chất lỏng tác dụng lên mặt cong
2. Thảo luận và bài tập lần 2: Chương II

41

• Định luật Pascal và ứng dụng

• Định luật Archimedes - Sự nổi của vật.
3. Thảo luận và bài tập lần 3 : Chương IV

66

Ứng dụng phương trình Bernoulli
4. Thảo luận và bài tập lần 4 : Chương V và chương VI
• Tính toán tổn thất chất lỏng
• Tính toán thuỷ lực đường ống

85


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

15

Chương I: MỞ ĐẦU
I.1 Mục tiêu, nhiệm vụ
-

Mục tiêu: Giúp sinh viên có khái niệm về môn học, vị trí môn học và những
ứng dụng chính của môn học trong thực tế.

-

Nhiệm vụ của sinh viên: Đọc lý thuyết trước khi lên lớp

-

Đánh giá:

I.2 Quy định hình thức học tập cho mỗi nội dung nhỏ:
Nội dung

Hình thức học

1.1. Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ môn học

Giảng

1.1.1. Khái niệm môn học
1.1.2. Phương pháp nghiên cứu
1.1.3. Lịch sử phát triển môn học.

Sinh viên tự nghiên cứu

1.2 Khái niệm chất lỏng trong thuỷ lực, một số tính chất Giảng
vật lý cơ bản của chất lỏng.
1.2.1 Khái niệm chất lỏng.
1.2.2 Các tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng:

Giảng

1/ Tính di động của chất lỏng
2/ Tính liên tục của chất lỏng
3/ Chất lỏng có khối lượng
4/ Chất lỏng có trọng lượng.
5/ Tính nén được của chất lỏng
6/ Sự thay đổi thể tích khi thay đổi nhiệt

độ hoặc áp suất của khối chất lỏng.
7/ Sức căng mặt ngoài
8/ Tính nhớt của chất lỏng.
1.3 Chất lỏng thực & chất lỏng lý tưởng, lực tác dụng Giảng
lên chất lỏng – phân loại lực tác dụng.
1.3.1 Chất lỏng thực - chất lỏng lý tưởng.
1.3.2 Lực tác dụng lên chất lỏng – Phân loại lực tác dụng.

I.3. Các nội dung cụ thể


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

16

A. Nội dung lý thuyết
• Nội dung giảng dạy:
1.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ NHIỆM VỤ MÔN HỌC
1.1.1. Khái niệm môn học
-

Khái niệm môn học: Kỹ thuật thuỷ khí là khoa học nghiên cứu và ứng dụng các
qui luật cân bằng và chuyển động của chất lỏng - chất khí, lực tác động qua lại
giữa môi trường lỏng – khí với các vật thể chuyển động trong nó hoặc với bề
mặt bao quanh nó.

-

Đối tượng nghiên cứu đầu tiên là nước, sau đó do quá trình sản xuất phát triển
mà đối tượng nghiên cứu của môn học được mở rộng. Các quy luật thuỷ lực

được ứng dụng, nghiên cứu cho các loại chất lỏng như xăng, dầu, rượu, cồn,
nước, kim loại nóng chảy, hỗn hợp chất lỏng và chất rắn, chất rắn và chất khí,
chất khí và chất rắn, các loại chất khí khi bị nén.

-

Kỹ thuật thuỷ khí có vai trò rất quan trọng trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau
như thuỷ lợi, năng lượng, giao thông vận tải, cấp thoát nước, cơ khí, hàng
không.v.v..., trong kỹ thuật và vệ sinh môi trường, nói riêng trong thông gió và
cấp nhiệt. Việc tính toán ống dẫn nước, dẫn khí, dẫn không khí, dẫn hơi.v.v...,
việc chế tạo máy bơm, máy nén khí, quạt gió.v.v...do đó dòi hỏi một người kỹ sư
muốn có kiến thức toàn diện và khả năng làm việc tốt trong bất kỳ lĩnh vực nào
thuộc về kỹ thuật, phải có kiến thức cơ bản về chất lỏng và chất khí, đó chính là
môn học kỹ thuật thuỷ khí.

1.1.2. Phương pháp nghiên cứu:
Trong nghiên cứu thủy lực phải kết hợp chặt chẽ lý thuyết và thực nghiệm.
 Các nguyên lý cơ bản để giải bài toán thủy lực.
-

Bảo toàn khối lượng (bảo toàn liên tục).

-

Bảo toàn động lượng và moment động lượng (nguyên lý cơ bản cơ học).

-

Bảo toàn năng lượng (nguyên lý cơ bản vật lý).
 Phương pháp tiến hành như sau:

-

Tách riêng bằng tưởng tượng thể tích chứa chất lỏng đang xét. Gọi là thể tích
kiểm tra. Mặt bao quanh thể tích kiểm tra gọi là mặt kiểm tra

-

Nghiên cứu tác dụng các lực lên các phần tử đó.


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

-

17

Áp dụng các nguyên lý cơ bản của cơ học và vật lý học đối với toàn bộ khối chất
lỏng trong thể tích kiểm tra, coi như toàn bộ khối chất lỏng đó là một hệ thống
vật chất do các phần tử chất lỏng tạo nên.

Nhờ phương pháp này giúp ta lập được phương trình vi phân của phần tử
chất lỏng. Nhưng thường trong thủy lực ta không yêu cầu biết thật chính xác về mỗi
trạng thái chuyển động của mỗi hạt chất lỏng (lưu hạt) mà chỉ biết các trị số trung
bình của một đại lượng nào đó ở trong một thể tích hay mặt cắt. Sự phân tích thứ
nguyên nhiều khi cũng giúp ta tìm được dạng gần đúng của các định luật.
Trong thủy lực, thực nghiệm đóng vai trò quan trọng. Thí nghiệm được làm
trên những vật nhỏ gọi là mô hình.
 Có hai cách khảo sát chuyển động:
-

Theo Euler: có vô số quan sát viên ở tại vô số điểm đặt tại dòng chảy. Như vậy
ta có u, p, ... phụ thuộc vào vị trí điểm cố định và thời gian t:
u = f1(x, y, z, t) ; p = f2(x, y, z, t)

-

Theo Lagrand: có vô số quan sát viên di chuyển cùng vận tốc với 1 phần tử chất
lỏng.
+

Ở thời điểm t0 : một phần tử chất lỏng A có tọa độ là (a, b, c)

+ Tại thời điểm t: phần tử đó có tọa độ là (x, y, z)
+ Ta có: x = f1(a, b, c, t) ;

y = f2(a, b, c, t);

z = f3(a, b, c, t)

Ðây là dạng chuyển động của dòng chảy.
1.1.3 Lịch sử phát triển môn học: Sv tự nghiên cứu
1.2
KHÁI NIỆM CHẤT LỎNG TRONG THUỶ LỰC – CÁC TÍNH CHẤT
VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG.
1.2.1 Khái niệm chất lỏng.

Hình 1.1: a) Chất rắn; b) Chất lỏng; c) Chất khí
Chất lỏng là môi trường liên tục mà lực liên kết giữa các phần tử tạo thành
nó rất yếu.

KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

18

1.2.2 Các tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng:
Khái niện chất lỏng chất lỏng tổng quát trong "Cơ học chất lỏng ứng dụng "
bao gồm : Chất lỏng , chất khí và hơi. Trong những trường hợp nghiên cứu cụ thể
có thể được nói rõ là chất lỏng , khí hoặc hơi.
Khái niệm chất lỏng = Thể lỏng + Thể khí + Thể hơi
( Fluid

= Liquid

+ Gas

+ Vapour)

1) Tính di động.
Dưới tác dụng của lực mọi vật chất đều biến dạng.
- Biến dạng đàn hồi: Là biến dạng bị mất đi sau khi bỏ lực tác dụng.
- Biến dạng dẻo : là biến dạng được giữ nguyên sau khi bỏ lực.
- Biến dạng chảy : Nếu biến dạng tăng lên một cách liên tục không có giới
hạn dưới của các lực nhỏ tuỳ ý.
Chất lỏng là loại chất chảy . Tính di động là đặc tính nổi bật của chúng . Nó
không có hình dạng riêng ban đầu mà luôn hình thành theo hình dạng vật thể chứa
đựng nó hoặc bao quanh nó . Tính chảy còn thể hiện ở chỗ các phần tử trong chất
lỏng và chất khí có chuyển động tương đối với nhau khi chất lỏng và chất khí
chuyển động.

2) Tính liên tục.
Chất lỏng được coi như môi trường liên tục, tức là phần tử chất lỏng chiếm
đầy không gian mà không có chỗ nào trống rỗng. Với tính chất liến tục này ta có thể
có những đặc trưng cơ bản của chất lỏng như: vận tốc, mật độ, áp suất là hàm số
của toạ độ điểm (phần tử) và thời gian, những hàm số được coi là liên tục và khả vi.
3) Chất lỏng có khối lượng.
Đặc trưng khối lượng của một đơn vị thể tích gọi là khối lượng riêng ρ
ρ=

M
V

(kg/m3)

(1.2-1)

M: Khối lượng trong thể tích V (kg)
V : Thể tích có khối lượng M

(m3 )

Khối lượng riêng là đại lượng đặc trưng để phân biệt các loại chất lỏng khác nhau.
Cùng một loại chất lỏng ở điều kiện nhiệt độ khác nhau sẽ có khối lượng riêng khác
nhau.
Ví dụ: Nước cất ở 40C có ρ =1000 kg/m3
Khối lượng riêng một số chất ở nhiệt độ 0°C và áp suất 760mm Hg là:


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

•

Nitơ: 1,25 kg/m³

•

Nước đá: 900 kg/m³

19

4) Chất lỏng có trọng lượng. Đặc trưng cho trọng lượng trong một đơn vị
thể tích là trọng lượng riêng γ
γ=

G
V

(N/m3)

(1.2-2)

G (N): Trọng lượng khối chất lỏng chứa trong thể tích V (m3).
Liên hệ giữa ρ và γ:
γ = ρ.g =

Mg
V

(N/m3)

(1.2.3)

Nước nguyên chất γ = 9810N/m3 (gia tốc trọng trường g = 9.81m/s2)
Ngoài ra, ta có khái niệm tỷ trọng của chất lỏng: Đó chính là tỷ số giữa
trọng lượng riêng của chất lỏng với nước ở điều kiện nhiệt độ 4oC ( γ = 9810 N/m3).
Kí hiệu tỷ trọng: δ . Nếu δ > 1 chứng tỏ chất lỏng nặng hơn nước, nếu <1 chất lỏng
nhẹ hơn nước.
5) Tính nén được của chất lỏng.
Chất lỏng khác chất khí ở chỗ khoảng cách giứa các phần tử trong chất lỏng
so với chất khí rất nhỏ nên sinh ra lực dính phân tử rất lớn. Lực dính phân tử này có
tác dụng làm cho chất lỏng giữ được thể tích gần như ít thay đổi mặc dù bị thay đổi
về áp suất và nhiệt độ tức là chất lỏng khó bị nén, trong khi đó chất khí dễ dàng co
lại khi bị nén. Vì thế thường coi chất lỏng có tính không chịu nén , còn chất khí chịu
nén được.
6) Tính thay đổi thể tích do thay đổi áp suất hoặc nhiệt độ.
a) Trường hợp thay đổi áp suất
Hệ số nén thể tích: βv
βv = −

1 dV
V dp

 m2 1 1 

; ; 
 N Pa at 

V: Thể tích ban đầu (m3)
dV lượng thay đổi thể tích V (m3)
dp lượng thay đổi áp suất (N/m2 ; at; Pa)

Hệ số nén thể tích của chất lỏng ít thay đổi khi nhiệt độ và áp suất thay đổi.
Trị số trung bình của nước: β V ≈

1 m2
2.10 9 N

(1.2.4)


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

20

Do đó khi áp suất tăng lên 9,8. 104 N/m2 (khoảng 1at) thể tích nước giảm đi
1/20.000 phần đại lượng ban đầu. Hệ số nén thể tích của chất lỏng hạt khác cũng có
cỡ như vậy. Trong nhiều trường hợp thực tiễn kỹ thuật, tính nén của chất lỏng có
thể bỏ qua, xem trọng lượng thể tích và mật độ của nó không phụ thuộc vào áp suất.
b) Trường hợp thay đổi nhiệt độ
Tính dãn nở của chất lỏng hạt được đặc trưng bằng hệ số dãn nở do nhiệt độ βt
βt =

1 dV
V dt

(1/độ)

(1.2.5)

dt lượng thay đổi nhiệt độ (oC; oK)
βt thay đổi khi áp suất thay đổi

Hệ số giãn nở của nước tăng khi áp suất tăng, nhưng đối với phần lớn các
chất lỏng khác thì βt giảm khi áp suất tăng.
Khi nhiệt độ tăng từ 10 đến 20oC và áp suất là 105 Pa có thể lấy gần đúng:
βt ≈ 0,0001 oC-1
7) Sức căng mặt ngoài.
Sinh ra hiện tượng mao dẫn trong ống có đường kính nhỏ. Sức căng mặt
ngoài phụ thuộc nhiệt độ. Sức căng mặt ngoài rất nhỏ so với các lực khác, cho nên
phần lớn các hiện tượng thủy lực ta không xét đến.
8) Tính nhớt.
Khi các chất lỏng chuyển động, giữa chúng có sự chuyển động tương đối,
làm sinh ra lực ma sát trong. Ðây là nguyên nhân sinh ra tổn thất năng lượng khi
chất lỏng chuyển động. Ðặc tính này gọi là tính nhớt.
Các lực nhớt sinh ra có liên quan đến lực hút phân tử trong chất lỏng.
Thí dụ về tính nhớt: Khi ta đổ dầu hỏa, nước lã, dầu nhờn ra nền nhà thì tốc độ chảy
của nó khác nhau. Đó là do mỗi chất lỏng có lực dính nhớt trong nội bộ khác nhau.
Công do lực nhớt sinh ra biến thành nhiệt năng không thu hồi lại được.
Newton đã đưa ra giả thiết về quy luật ma sát trong và đã được thực nghiệm xác
nhận: "Sức ma sát giữa các lớp của chất lỏng chuyển động thì tỷ lệ với diện tích tiếp
xúc của các lớp ấy, không phụ thuộc vào áp lực, mà phụ thuộc vào Gradient vận tốc
theo chiều thẳng góc với phương chuyển động và phụ thuộc vào lọai chất lỏng".

F = ±.µ.A.

du
dy

(N)

F (N) : lực nhớt trên diện tích S của hai lớp chất lỏng.
A (m2) : diện tích tiếp xúc giữa hai lớp chất lỏng.

(1.2.6)


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

21

du
: Gradient vận tốc theo phương y vuông góc hướng dòng chảy.
dy

µ (Pa.s) : hệ số đặc trưng cho tính nhớt gọi là hệ số nhớt động lực học.
Ngoài ra còn có hệ số nhớt động học ν là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của
chất lỏng.
ν=

µ
ρ

( St)

(1.2.7)

1St = 1 cm2/s = 10-4 m2/s
Trong thực tế độ nhớt của chất lỏng được xác định bằng nhớt kế, kiểu phổ
biến nhất là nhớt kế Engler.
Khi nhiệt độ tăng từ 0 đến 100 oC độ nhớt của nước giảm đi gần 7 lần. Ở
nhiệt độ 20oC độ nhớt động lực của nước µ = 0,001 Pa.s = 0,01P ( P: Poazel)
Loại chất lỏng tuân theo định luật ma sát trong của Newton gọi là chất lỏng

thực hoặc chất lỏng Newton. Môn kỹ thuật thuỷ khí nghiên cứu chất lỏng này.
Các loại chất lỏng như sơn, hồ không tuân theo định luật ma sát trong gọi là
chất lỏng phi Newton.
1.3

CHẤT LỎNG THỰC - CHẤT LỎNG LÝ TƯỞNG.

LỰC TÁC DỤNG LÊN CHẤT LỎNG – PHÂN LOẠI LỰC TÁC DỤNG
1.3.1 Chất lỏng thực - chất lỏng lý tưởng.
-

Chất lỏng thực có tất cả những tính chất đã nêu.

-

Chất lỏng lý tưởng: bao gồm những tính chất sau:

+

Không có tính nhớt:

µ=0

+ Di động tuyệt đối.
+ Không chống được lực kéo và cắt.
+ Không nén được.
Chất lỏng ở trạng thái tĩnh rất gần với chất lỏng lý tưởng.
Ðể có kết quả chất lỏng lý tưởng phù hợp chất lỏng thực, người ta dùng thực
nghiệm để rút ra hệ số hiệu chỉnh.
Ngoài ra một số vấn đề thủy lực, chưa có phương pháp lý luận giải quyết

được, mà phải dùng phương pháp thực nghiệm.
1.3.2 Lực tác dụng lên chất lỏng – Phân loại lực tác dụng.
Xét một thể tích chất lỏng, chứa trong mặt cong S.
Những lực tác dụng lên thể tích chất lỏng chia làm hai loại


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

22

-

Lực khối: Là những lực tỷ lệ với khối lượng chất lỏng, tác dụng lên mỗi phân tử
chất lỏng như: Lực quán tính, trọng lực, lực điện từ. Thông thường lực khối là
trọng lực, trừ một số trường hợp đặc biệt phải xét thêm lực quán tính.

-

Lực bề mặt: Là lực từ ngoài tác dụng lên các phần tử chất lỏng qua mặt tiếp xúc,
tỷ lệ với diện tích mặt tiếp xúc như: áp lực khí quyển tác dụng lên mặt tự do của
chất lỏng, áp lực piton lên chất lỏng chứa trong xy lanh, áp lực chất lỏng tác
dụng lên bề mặt vật, lực ma sát...

B. Nội dung thảo luận: không có
C. Ngân hàng câu hỏi:
1/ Một số tính chất của chất lỏng. Giả thiết của Newtơn?
2/ Hiểu biết về khái niệm dòng chảy và các đặc trưng thuỷ lực?
3/ Phân biệt các loại lực tác dụng?
4/ Chất lỏng lý tưởng và chất lỏng thực khác nhau cơ bản ở đặc tính gì? Hãy
trình bày về đặc tính đó?

Chương II: THUỶ TĨNH HỌC
II.1 Mục tiêu, nhiệm vụ
-

Mục tiêu: Giúp sinh viên tính toán áp suất, áp lực của chất lỏng tác dụng lên
vật hoặc bề mặt của vật ngập trong chất lỏng trong trường hợp chất lỏng tĩnh,
không chuyển động so với hệ toạ độ cố định (gắn với mặt đất). Nghiên cứu


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

23

sự ảnh hưởng của áp suất chất lỏng với các hoạt động trong thực tế; tìm hiểu
các ứng dụng của áp suất chất lỏng.
-

Nhiệm vụ của sinh viên: Đọc bài trước khi lên lớp. Ôn lại kiến thức về lực,
phản lực, các trường hợp cân bằng của vật. Mang theo máy tính cầm tay khi
lên lớp, làm bài tập về nhà.

-

Đánh giá: Giáo viên chấm điểm quá trình trên lớp thông qua ý kiến phát biểu
và khả năng trả lời câu hỏi, khả năng làm bài tập của sinh viên.

II.2 Quy định hình thức học tập:
Nội dung
2.1. Khái niệm, phân loại trạng thái tĩnh

Hình thức học
Giảng

2.1.1 Khái niệm chung
2.1.2 Phân loại trạng thái tĩnh
2.2. Áp lực và áp suất thuỷ tĩnh.
2.2.1 Áp lực
2. 2.2 Áp suất
2.3 Hai tính chất cơ bản của áp suất tĩnh.
2.3.1 Tính chất 1
2.3.2 Tính chất 2
2.4 Phương trình vi phân cân bằng và
phương trình cơ bản tĩnh học
2.4.1 Thiết lập phương trình vi
phân cân bằng
2.4.2

Phương trình cơ bản tĩnh

học
2.4.3 Mặt đẳng áp mặt đẳng thế
2.5 Các loại áp suất, biểu đồ áp suất, ý
nghĩa của phương trình cơ bản.
2.5.1 Các loại áp suất
2.5.2 Biểu đồ áp suất.
2.5.3 Các thiết bị đo áp suất
2.5.4 Ý nghĩa của phương trình cơ
bản.
2.6 Định luật Pascal và ứng dụng.

Thảo luận


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

24

2.6.1 Định luật Pascal
2.6.2 Ứng dụng
2.7 Tính áp lực chất lỏng tác động lên
mặt phẳng

Giảng

2.7.1 Nhận xét.
2.7.2 Tìm trị số áp lực.
2.7.3 Tìm điểm đặt áp lực.
2.7.4 Bài toán ví dụ
2.8 Áp lực chất lỏng lên mặt cong.

Thảo luận
Giảng

2.8.1 Nhận xét
2.8.2 Tìm trị số áp lực
2.8.3 Tìm phương, chiều, điểm đặt
2.8.4 Bài toán ví dụ

Thảo luận

2.9 Định luật Archimedes – Sự nổi của
vật
2.9.1 Định luật
2.9.2 Sự nổi của vật
II.3. Các nội dung cụ thể
A. Nội dung lý thuyết
 Nội dung giảng dạy
2.1. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI TRẠNG THÁI TĨNH
2.1.1 Khái niệm chung
Thủy tĩnh học là một ngành học của thủy lực chuyên nghiên cứu về chất lỏng trong
trạng thái tĩnh (mọi điểm trong chất lỏng đều đứng yên).
2.1.2 Phân loại trạng thái tĩnh
Tĩnh tuyệt đối: Chất lỏng không chuyển động so với hệ toạ độ cố định (gắn
liền với trái đất).
Tính tương đối: Chất lỏng chuyển động so với hệ toạ độ cố định, nhưng
giữa chúng không có sự chuyển động tương đối.
2.2. ÁP LỰC VÀ ÁP SUẤT THUỶ TĨNH
2.2.1 Áp lực


KỸ THUẬT THUỶ KHÍ

25

Định nghĩa: Lực mà khối chất lỏng tiếp xúc với thành tác động lên thành đó
theo phương vuông góc với thành.
Kí hiệu: thường kí hiệu là P
Đơn vị: (N)
2.2.2 Áp suất

Trong vật lý học, áp suất (thường được viết tắt là p) là một đại lượng vật lý,
thể hiện cường độ thành phần lực tác động vuông góc trên một đơn vị đo diện tích
của một vi thành phần bề mặt vật chất.
Định nghĩa: Là những ứng suất gây ra bởi các lực khối và lực bề mặt.
Kí hiệu: p
Đơn vị đo: N/m2 - xem thêm bảng 2-1
Bảng 2-1: Đổi đơn vị đo áp suất
Pa
(N/m2)

at
bar

atm

(atmôtphe kỹ atmôtphe vật mmHg
thuật)
lý

1 Pa (N/m2)

1

10-5

0.102×10-4

0.987×10-5

0.0075

1 at
(atmôtphe kỹ thuật)

98100

0.981

1

0.968

736

1 atm
atmôtphe vật lý

101325

1.013

1.033

1

760

1 mmHg

133

0.00133

0.00132

0.00132

1

Ví dụ: 1 Pa = 1 N/m2 = 10−5 bar = 10,197×10−6 at = 9,8692×10−6 atm, v.v…
Ghi chú: mmHg là viết tắt của milimét thủy ngân.

2.3 HAI TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA ÁP SUẤT THUỶ
TĨNH.
2.3.1 Tính chất 1

Hình 2-1