Trường Đại học Bách Khoa TPHCM
Khoa Kỹ thuật Xây Dựng – BM Cơ lưu chất

CƠ LƯU CHẤT
(Fluid mechanics)

TS. Võ Thị Tuyết Giang

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Giáo trình:
– Cơ lưu chất + BT
– Bài giảng
Bài toán: 10 câu, mỗi câu 1 điểm
Kiểm tra (10%):
Báo trước 1 tuần
02 câu hỏi VIẾT, đáp số đúng + cách làm đúng
 Bài toán: 01 câu sai = 1/5 câu đúng.
 Cho sinh viên mang 2 biểu đồ Kênh tròn và Moody.
 Kiểm tra giữa kỳ + thi cuối kỳ sinh viên chỉ được sử dụng tài
liệu 1 trang A4 và 2 biểu đồ.
BG Cơ lưu chất - TS.Võ Thị Tuyết Giang

4

2


Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1. Giới thiệu về cơ lưu chất (CLC)

CLC nghiên cứu các quy luật của chất lỏng và chất khí ở trạng thái tĩnh (fluid statics) và động (fluid
dynamics); sự tương tác giữa lưu chất với chất rắn hoặc với lưu chất khác ở các mặt biên
(boundaries).
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

5

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

6

Phạm vi ứng dụng

Khối lượng riêng, thể tích riêng, trọng lượng riêng và tỷ khối
 Khối lượng riêng

 Thể tích riêng

 Trọng lượng riêng
(γn,40C = 9810 N/m3 = 1000 kG/m3)

 Tỷ khối




n

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

9

Tính nén được (compressibility)
 Chất lỏng
Hệ số nén (hệ số co thể tích): sự giảm tương đối của thể tích chất lỏng ứng với sự tăng áp
suất lên 1 đơn vị áp suất
dV / V0
(m2/N)

βp  

dp



5


Tính nhớt (viscosity)
- tính chất nảy sinh ra sức ma sát trong (ứng suật tiếp chuyển động giữa các lớp chất lỏng
chuyển động
- chất lỏng giữa 2 tấm phẳng (thí nghiệm độ nhớt – ma sát)

Hệ số nhớt động lực học (hs nhớt)

-Định luật Newton về ma sát nhớt

Lực ma sát:
Hệ số nhớt động học

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

11

Tính nhớt (viscosity)
- Độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ

Chất lỏng

Chất khí

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

12


Hiện tượng mao dẫn (capillary effect)

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

15

Áp suất hơi (vapor pressure)

-Áp suất hơi bão hòa = áp suất bên trong chất lỏng : xuất
hiện sự sôi
-Áp suất hơi bão hòa > áp suất ở một khu vực nào đó của
dòng chảy: gây sự sôi cục bộ làm xuật hiện các bọt khí
(cavitation)

Sự biến mất đột ngột các đám bọt gây phá hủy bề mặt một
mẫu nhôm 16mm x 23mm.

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

16

8


Bài tập

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

17


F
ptb 
A


F
A

1 bar = 105 Pa = 0,1 MPa = 100 kPa
1 atm = 101325 Pa
1 at = 1 kgf/cm2 = 98066,5 Pa = 10m H20 = 735 mmHg
= 0,96784 atm
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

2

1


- Áp suất tại 1 điểm trong lưu
chất:


F
p  lim
A 0 A

Áp suất tại một điểm là như nhau theo mọi phương.
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

p  p0  h

z

p



 z0 

p0



 const

-Mặt đẳng áp của chất lỏng trọng lực: z = const (mp nằm ngang)
-Định luật bình thông nhau:

h1  2

h2  1

Nếu 2 bình thông nhau đựng chất lỏng khác nhau và có
áp suất trên mặt thoáng bằng nhau, độ cao của chất
lỏng ở mỗi bình tính từ mặt phân chia 2 chất lỏng đến
mặt thoáng sẽ tỷ lệ nghịch với trọng lượng đơn vị của
chất lỏng.
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang


p



 htuyet và z  htuyet  H

-Nếu p là áp suất dư:
p



 hdu và z  hdu  H '

H: cột nước thủy tĩnh (độ cao đo áp) tuyệt đối
H’: cột nước thủy tĩnh (độ cao đo áp) dư
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

9

Đo áp suất khí quyển

Ống đo áp chữ L
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

Ống đo áp chữ U
10

5




13

2.3. Áp lực thủy tĩnh
Áp lực tác dụng lên bề mặt cong

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

14

7


2.4. Lực đẩy Archimèdes
- Một vật rắn ngập hoàn toàn trong chất lỏng chịu tác dụng của một lực hướng lên
trên, có trị số bằng trọng lương khối chất lỏng bị vật rắn chiếm chỗ.

PZ  gWr

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

15

2.5. Sự cân bằng của một vật trong lưu chất

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

16

8


[Y. A. Çengel & J. M. Cimbala. Fluid mechanics –
Fundamentals and applications. Mc Graw Hill, 2006]
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

2

3.1. Hai phương pháp mô tả chuyển động của lưu chất
3.1.1. Phương pháp Lagrange
- Hệ thống tọa độ được xác định trong không gian, chuyển động của
thể tích lưu chất được mô tả bằng vị trí của các phần tử lưu chất
theo thời gian.

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

3

1


du x

dx

x  x x 0 , y 0 , z 0 , t 
a x  dt
u x  dt




-PVSD: dùng trong một số trường hợp đặc biệt như nghiên cứu sự
truyền sóng.
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

4

3.1.2. Phương pháp Euler
- Trong một hệ tọa độ xác định, chuyển động của lưu chất được mô tả
bằng vận tốc của các phần tử lưu chất tại mỗi vị trí theo thời gian.
u x  u x  x, y, z, t 

u y  u y  x, y, z, t 

u z  u z x, y , z , t 



Gia toá c


Quyõ ñaï o


x, y, z và t: biến số Euler

Nhận xét:
-Ưu điểm: ít phương trình tính toán
-Khuyết điểm: không cho thấy rõ cấu trúc của chuyển động.
-PVSD: rộng rãi hơn PP Lagrange, thường được sd để nghiên cứu.
-Phương trình vi phân của đường dòng:

0 ,5  0 ,8 x

ĐS:

BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

6

3.2. Các khái niệm
3.2.1. Quỹ đạo (pathlines) và đường dòng (streamlines)
-Quỹ đạo: đường đi của một phần tử chất lỏng trong không gian.
dx
dy
dz


 dt
ux
uy
uz

-Ðường dòng: đường cong tại một thời điểm cho trước, đi qua các
phần tử chất lỏng có vectơ lưu tốc là những tiếp tuyến của đường ấy.
dx
dy
dz


ux
uy

3.2.3. Mặt cắt ướt, chu vi ướt, bán kính thủy lực
-Mặt cắt ướt (A): mặt cắt thẳng góc với tất cả các đường dòng
Các đường dòng //: mc ướt là mp
Các đường dòng không //: mc ướt là mặt cong
-Chu vi ướt (P): bề dài của phần tiếp xúc giữa chất lỏng và thành rắn.
-Bán kính thủy lực (R)
A
R
P

Tính bán kính thủy lực của:
• Kênh dẫn HCN có bề rộng b, chiều sâu nước
trong kênh h
• Kênh dẫn hình thang có bề rộng đáy b, độ dốc
mái m và chiều sâu nước trong kênh h
• Ống dẫn tròn có đường kính d, nước luôn chảy
đầy ống (dòng chảy có áp)
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

9

4


3.2.4. Lưu lượng, vận tốc trung bình tại mặt cắt
-Lưu lượng (Q): thể tích chất lỏng đi qua một mặt cắt ướt trong một
đơn vị thời gian (m3/s, l/s)
-Vận tốc trung bình tại mặt cắt (V):

Q


VL 



- Re ≤ 2300: dòng chảy tầng

L: độ dài đặc trưng của dòng chảy

Re 

VD





VD 

- 2300 < Re < 104: dòng chảy chuyển
tiếp từ chảy tầng sang chảy rối
- Re ≥ 104 : dòng chảy rối



ống tròn
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

11


bay vì lực cản tăng lên đột ngột so với các chế độ khác. Giá trị
Mach trong phạm vi từ 0,8 đến 1,2 thường được xếp vào chế độ
này.
• Ma > 1: dòng chảy siêu thanh
• Ma >> 1: dòng chảy cực siêu thanh. Thường thì khi Ma > 5 sẽ
xuất hiện các biến đổi hóa tính của môi trường như ion hóa chất
khí.
BG Cơ lưu chất - TS. Võ Thị Tuyết Giang

13

6


3.3.3. Theo thi gian
- Chuyn ng n nh: khụng ph thuc vo thi gian t 0
- Chuyn ng khụng n nh: ph thuc vo thi gian t 0
3.3.4. Theo khụng gian
- Chuyn ng 1D (u 0; v = w = 0)
- Chuyn ng 2D (u 0; v 0; w = 0)
- Chuyn ng 3D (u 0; v 0; w 0)

BG C lu cht - TS. Vừ Th Tuyt Giang

14

3.4. Gia tc phn t lu cht
3.4.1. Theo Lagrange



y
z
du
u z
u
u
u
az z
u x z u y z uz z
dt
t
x
y
z


ax

t.ph.cuùc - boọ

thaứnh phan ủoỏi lửu

BG C lu cht - TS. Vừ Th Tuyt Giang

15

7