Chuong 1 co luu chat

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CƠ LƯU CHẤT
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU – CÁC KHÁI NIỆM
Trạng thái vật chất mang tính chảy và tính liên tục thì được gọi là lưu chất, do đó
chất khí và chất lỏng là những lưu chất tồn tại trong tự nhiên. Chúng thể hiện tính biến
dạng rất lớn, các điểm vật chất trong lưu chất là một môi trường liên tục.
Giữa chúng không có chỗ trống và không có dứt quãng, nghĩa là có sự phân bố liên
tục vật chất và các hằng số vật lý.

1. CÁC TÍNH CHẤT CỦA LƯU CHẤT
1.1.

Tính có khối lượng riêng: ký hiệu ρ, thứ nguyên [ML-3]

Khối lượng riêng của lưu chất phụ thuộc vào nhiệt độ. Tra cứu ở các bảng số
Đặc biệt đối với chất khí có thể tính khối lượng riêng theo công thức:
M 273.P kg
ρ=
.
;
(1 - 1)
22,4 T.P0 m 3
Trong đó:

M - Khối lượng phân tử của chất khí;

kg
kmol

T, P - Nhiệt độ và áp suất tại điểm đang xét; 0K;
P0 - Áp suất khí ở 2730K;

N
m2

N
m2

Nếu lưu chất là một hỗn hợp gồm nhiều thành phần, khối lượng riêng của hỗn hợp
tính theo:
+ Hỗn hợp các chất lỏng:

1

ρ

=∑

xi

(1 – 2a)

ρi

xi, ρi : Phần khối lượng cấu tử i và khối lượng riêng cấu tử i trong hỗn hợp; kg/m3
+ Hỗn hợp các chất khí: ρ = ∑ a i ρi
(1 – 2b)
ai, ρi : Phần thể tích cấu tử i và khối lượng riêng cấu tử i trong hỗn hợp; kg/m3
1 x 1− x
+ Hỗn hợp các chất lỏng rắn hoặc khí rắn: =
+

(1 – 2c)
ρ ρr
ρ
x: Phần trăm khối lượng pha rắn trong hỗn hợp; %
ρr : Khối lượng riêng pha rắn (pha phân tán) trong hỗn hợp; kg/m3
ρ : Khối lượng riêng pha liên tục trong hỗn hợp; kg/m3
1.2.

Tính có trọng lượng riêng – ký hiệu γ, thứ nguyên [FL-3]
γ = ρg ;

N

(1 – 3)

m3
12


1.3.

Tính bị nén của lưu chất – ký hiệu β

Biểu thị bằng hệ số nén thể tích: β = −

dv
Vdp

V: Thể tích lưu chất: m3
N

P: Áp suất nén:
m2

Chú ý: Đối với chất lỏng hệ số nén rất nhỏ nên ta xem như là không bị nén, còn với
chất khí thì hệ số nén rất lớn nên ta coi chất khí là lưu chất bị nén.
1.4.

Tính mao dẫn – Biểu thị sức căng bề mặt của lưu chất

Ttd N
;
A m
Ttd: Thế năng tự do của lớp bề mặt lưu chất; N.m
A: Tiết diện bề mặt tiếp xúc; m2
σ=

1.5.

Độ nhớt của lưu chất

Theo định luật ma sát của Newton, khi hai lớp lưu chất chuyển động thì giữa chúng có
lực ma sát, ta có:
du
F = µ.A. ; N
(1 – 4)
dn
Trong đó:
F: Lực ma sát; N
A: Diện tích tiếp xúc của 2 lớp lưu chất kề nhau; m2
du

1
: Gradien vận tốc theo phương chuyển động:
s
dn
Từ đây ta có hai loại độ nhớt:
• Độ nhớt động lực (hay độ nhớt tuyệt đối) – Ký hiệu µ, thứ nguyên [M.L-1T-1]
1 N
S = 1Poa (Viết tắt là P)
10 m 2
N
- 10 − 3 2 S = 1centiPoa (Viết tắt là cP)
m
• Độ nhớt động học (hay độ nhớt tương đối) – Ký hiệu ν, thứ nguyên [L2.T-1]

13


µ m2
ν= ;
ρ s

(1 – 5)

cm 2
= 1Stock (Viết tắt là St)
s
2
−6 m
= 1centiStock (viết tắt cSt)
- 10

s
Giá trị độ nhớt tra theo đồ thị hoặc các bảng số( xem TL[7]), nó phụ thuộc vào nhiệt độ
Ngoài ra độ nhớt của một hỗn hợp chất lỏng có thể tính theo công thức
N
lg µ = ∑ a i lg µ i ; 2 S
(1 - 5a)
m
a
1
Hoặc = ∑ i
µ
µi
-1

Và hỗn hợp các chất khí tính theo công t hức gần đúng
N
M
µ=
; 2S
aM
∑ iµ i m
i
kg
M: Khối lượng phân tử của hỗn hợp;
kmol
kg
Mi: Khối lượng phân tử của cấu tử i;
kmol
ai: Phần thể tích cấu tử i trong hỗn hợp

14

(1 – 5b)


2. BÀI TẬP
Bài 1. Tìm khối lượng riêng của NH3 lỏng ở 20 oC ?
Cách giải
kg
Tra bảng 1 – 2 trang 9 – T1- [7] ta có ρ = 610
m3
Bài 2. Tìm khối lượng riêng của H2O ở 20 oC và 70 oC
Cách giải
Tra bảng 1.5 trang 11 – T1- [7] Ta có:
kg
ρ20 = 998,23
m3
ρ70 = 977,81

kg
m3

Bài 3. Tìm khối lượng riêng của dung dịch HCl – H2O ở 40 oC và nồng độ 22%
Cách giải
Tra bảng 1.12 trang 17 – T1- [7] Ta có: ρ = 1,0986

kg
m3

Bài 4. Tìm độ nhớt động lực của nước ở 10 oC và 60 oC

Cách giải
Tra bảng 1.102 trang 94 – T1 – [7] Ta có:
N
µ10 = 1,308.10-3
S
2
m
µ60 = 0,4688.10-3

N
S
m2

Bài 5. Chuyển đổi từ độ nhớt động lực sang độ nhớt động học của nước ở 60 oC
Cách giải
kg
Tra bảng 1.5 trang 11 – T1 – [7] ta có: ρ = 983,24
và tra bảng 1.102 trang 95
3
m
– T1 – [7] có: µ60 = 0,4688

N
S
m2

Từ công thức (1 – 5) ta có ν =

0,4688
983,24

= 0,47.10 - 3 ;

15

m2
s


3. CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Định nghĩa thế nào là lưu chất?
2. Thế nào là khối lượng riêng và trọng lượng riêng của lưu chất?
3. Độ nhớt động lực là gì?
4. Độ nhớt động học là gì?
5. Phương pháp tra cứu khối lượng riêng và độ nhớt?
6. Phương pháp chuyển đổi từ độ nhớt động lực ra độ nhớt động học?
7. Phương pháp tính độ nhớt của một hỗn hợp?

16