Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Lời Thank 14
Chương 1. Mở đầu 15
1.1. Nền tảng lịch sử . 15
1.2. Các định nghĩa. 16
1.3. Các loại dòng chảy . 17
1.4. Ký hiệu và đơn vị. 19
Chương 2. Những thuộc tính của chất lỏng 20
2.1. Mở đầu. 20
2.2. Mật độ. 21
2.3. Tính nhớt . 22
2.4. Tính chịu nén hay đàn hồi . 24
2.5. Sức căng mặt ngoài . 25
chương 3. Thuỷ tĩnh học . 28
3.1. Mở đầu. 29
3.2. Tính đẳng hướng. 29
3.3. áp suất thuỷ tĩnh . 30
3.4. Các mặt cong. 31
3.5. Độ nổi. 31
Chương 4. Động học chất lỏng 32
4.1. Mở đầu. 33
4. 2. Đường dòng và dòng nguyên tố. 33
4.3. Hàm dòng . 34
4.4. Gia tốc. 35
4.5. Biến dạng. 36
Dịch chyển:. 36
Quay: . 36
Biến dạng tuyến tính:. 37
Biến dạng góc:. 38
4.6. Xoáy. 38
chương 5. Động lực học chất lỏng 39
5.1. Mở đầu. 39
5.2. Phương trình liên tục (cân bằng khối lượng). 39
5.2.1 Thể tích điều khiển. 39
5.2.1 Dòng nguyên tố . 41
5.2.3 Dòng chảy không ổn định một chiều trong lòng dẫn hở. 41
5.3. Cân bằng động lượng . 43
5.3.1. Định luật thứ hai của Newton . 43
5.3.2. Động lượng và năng lượng đi qua một mặt cắt . 43
5.3.3. ứng dụng. 44
5.4. Phương trình chuyển động. 45
5.4.1. Các lực tác động lên những phần tử chất lỏng. 45
5.4.2. Phương trình Euler. 47
5.4.3. Phương trình Bernoulli. 48
5.4.4. Phương trình Navier-Stokes. 59
5.4.5. Phương trình Reynolds . 60
Chương 6. Dòng chảy ổn định đều 68
6.1. Mở đầu. 68
6.2. Các lực chất lỏng và ứng suất trượt . 69
6.3. Phân bố vận tốc trong lớp biên dòng chảy phân tầng . 70
6.3.1. Mở đầu . 70
6.3.2. Phân bố vận tốc. 71
6.4. Phân bố vận tốc trong lớp biên rối . 72
6.4.1. Đáy trơn và nhám. 72
6.4.2. Lớp con rối lôgarit . 74
6.4.3. Lớp con nhớt . 78
6.4.4. Lớp con quá độ . 78
6.4.5. Lớp con phía ngoài . 78
6.4.6. Phân bố tổng quát của vận tốc đối với dòng chảy trơn và nhám. 79
6.4.7. Phân bố vận tốc theo hướng ngang (dòng thứ cấp) . 83
6.5. Các công thức sức cản dòng chảy . 84
6.5.1. Công thức Chezy . 84
6.5.2. Hệ số Chezy. 84
6.5.3. Công thức Manning . 86
6.5.4. Mặt cắt ngang phức tạp. 87
6.5.5. Các ví dụ. 88
6.6. Dòng chảy trên phân giới và dưới phân giới. 90
6.6.1. Vận tốc lan truyền của một sóng nguyên tố . 90
6.6.2. Dòng chảy phân giới và độ sâu phân giới . 92
chương 7. Dòng chảy ổn định không đều 95
7.1. Mở đầu. 95
7.2. Dòng thế. 95
7.2.1. Mở đầu . 95
7.2.2. Dòng thế hai chiều. 96
7.2.3. Lưới dòng (lưới thuỷ động lực). 97
7.2.4. ứng dụng. 99
7.3. Dòng chảy rối biến đổi dần. 100
7.3.1. Mở đầu . 100
7.3.2. Phương trình Belanger. 101
7.3.3. Phân loại những đường cong mặt nước. 102
7.3.4. Tính toán giải tích những đường cong mặt nước. 111
7.3.5. Tính toán đường cong mặt nước bằng phương pháp số . 115
7.4. Dòng chảy rối biến đổi nhanh. 117
7.4.1. Mở đầu . 117
7.4.2. Phương trình Carnot cho dòng chảy giảm tốc . 117
7.4.3. Nước nhảy thủy lực. 119
7.4.4. Dòng chảy trong ống . 122
7.4.5. Đập tràn đỉnh rộng . 123
7.4.6. Đập tràn đỉnh hẹp. 125
7.4.7. Đập tràn thành mỏng . 126
7.4.8. Công trình mở dưới nước . 128
7.4.9. Phân bố vận tốc trong dòng biến đổi nhanh . 128
7.5. Dòng chảy cong . 131
7.6. Các lực chất lỏng tác động lên vật thể. 134
7.6.1. Mở đầu . 134
7.6.2. Lực cản . 135
7.6.3. Lực nâng. 138
7.6.4. Các ví dụ. 138
Chương 8. Dòng không ổn định: sóng dài trên mặt tự do. 141
8.1. Mở đầu. 141
8.2. Những phương trình cơ bản. 141
8.2.1. Phương trình liên tục và chuyển động. 141
8.2.2. Phân tích (đánh giá) bậc đại lượng. 144
8.2.3. Đặc tính của những sóng dài. 146
8.3. Sóng tiến . 146
8.3.1. Phương trình cơ bản. 146
8.3.2. Những hiện tượng ảnh hưởng đến sự lan truyền sóng. 149
8.4. Sóng đứng. 152
8.4.1 Thuỷ vực hở . 152
8.4.2 Thuỷ vực kín. 156
8.5. Những sóng tịnh tiến. 157
8.6. Sóng lũ trong sông. 161
8.6.1. Mô hình sóng động lực . 163
8.6.2. Mô hình sóng khuếch tán. 163
8.6.3. Mô hình sóng động học. 164
8.6.4. Mối quan hệ độ sâu - lưu lượng . 167
8.7. Sóng thuỷ triều. 168
8.7.1. Mở đầu . 168
8.7.2. Lực tạo triều . 170
8.7.3. Phân tích và đoán thủy triều. 172
8.7.4. Sóng điều hoà và phân loại thủy triều . 174
8.7.5. Lực Coriolis . 177
8.7.6. Thủy triều trong đại dương . 180
8.7.7. Thủy triều trong biển . 184
8.7.8. Thủy triều trong cửa sông . 187
8.9. Dòng mật độ trong cửa sông . 194
8.9.1. Các kiểu phân tầng. 195
8.8.2. Các phương trình cơ bản. 197
8.8.3. Dòng trao đổi. 200
8.8.4. Những sóng nội dài . 201
8.9. Dòng chảy gió và nước dâng trong biển và đại dương . 201
8.9.1. Dòng chảy gió . 201
8.9.2. Sự dâng mực nước do gió thổi vào bờ (nước dâng do bão). 205
8.9.3. Biến đổi mực nước do gió thổi dọc bờ . 207
8.9.4. Biến đổi mực nước bởi gió thổi xiên một góc . 209
8.9.5. Nước trồi và nước sụt gần bờ. 209
8.9.6. Hoàn lưu đại dương . 210
Chương 9. Dòng không ổn định: sóng ngắn trên mặt 212
9.1. Mở đầu. 212
9.2. Lý thuyết sóng tuyến tính và phi tuyến . 213
9.2.1. Phương trình Bernoulli cho dòng không ổn định. 213
9.2.2. Lý thuyết sóng tuyến tính biên độ nhỏ . 214
9.2.3. Lý thuyết sóng biên độ nhỏ phi tuyến. 217
9.2.4. Các hiệu ứng phi tuyến: vận chuyển khối lượng trong sóng không đổ. 218
9.2.5. Các hiệu ứng phi tuyến: vận chuyển khối lượng trong sóng đổ. 222
9.3. Các thuộc tính sóng tuyến tính . 223
9.3.1. Mở đầu . 223
9.3.2. Quan hệ phân tán. 225
9.3.3. Vận tốc hạt chất lỏng. 230
9.3.4. Dịch chuyển hạt chất lỏng . 232
9.3.5. áp suất chất lỏng . 233
9.3.6. Sóng đứng . 234
9.4. Lớp biên sóng . 235
9.4.1. Bề dày lớp biên. 235
9.4.2. Phân bố vận tốc. 236
9.4.3. ứng suất trượt và ma sát tại đáy. 238
9.4.4. Sóng chồng lên dòng chảy . 239
9.5. Năng lượng sóng và sự truyền năng lượng. 242
9.5.1. Thế năng và động năng . 242
9.5.2. Truyền năng lượng và thông lượng . 244
9.5.3. Vận tốc nhóm sóng. 244
9.5.4. Vận tốc front sóng. 245
9.6. Phản xạ sóng. 248
9.7. Sóng nước nông . 248
9.7.1. Cân bằng dòng năng lượng . 249
9.7.2. ảnh hưởng của ma sát đáy. 250
9.7.3. ảnh hưởng của dòng chảy. 251
9.8. Khúc xạ sóng . 253
9.8.1. Định nghĩa . 253
9.8.2. Chu kỳ sóng không đổi . 254
9.8.3. Phương trình khúc xạ và phương trình dòng năng lượng . 255
9.8.4. Đường đẳng sâu song song với bờ thẳng. 256
9.8.5. Đường đẳng sâu biến đổi dần dần . 258
9.8.6. Bẫy sóng . 261
9.8.7. Sóng rìa . 262
9.9. Nhiễu xạ sóng. 263
9.10. Sóng đổ . 264
9.10.1. Giới hạn độ dốc. 264
9.10.2. Giới hạn độ cao sóng trên đáy nằm ngang. 264
9.10.3. Giới hạn độ cao sóng trên đáy nghiêng. 265
9.10.4. Biến đổi sóng trong vùng sóng đổ. 271
9.10.5. Sóng leo trong vùng sóng vỗ bờ. 271
9.11. Biến đổi mực nước do sóng (nước dâng và nước rút). 271
9.11.1. Mở đầu . 271
9.11.2. ứng suất phát xạ . 272
9.11.3. Nước rút do sóng trong sóng không đổ . 274
9.11.4. Nước dâng do sóng trong sóng đổ . 276
9.11.5. Những sóng dài bị chặn và nhịp sóng đổ . 277
9.12. Dòng chảy dọc bờ do sóng . 278
9.12.1. Mở đầu . 278
9.12.2. Bên ngoài vùng sóng đổ . 278
9.12.3. Bên trong vùng sóng đổ. 279
9.13. Sóng ngẫu nhiên . 283
9.13.1. Mở đầu . 283
9.13.2. Sóng đặc trưng . 283
9.13.3. Phân bố Rayleigh độ cao sóng. 284
9.13.4. Phổ sóng . 287
9.13.5. Sự tăng trưởng sóng. 291
9.13.6. Độ cao và hướng sóng ưu thế. 293
9.13.7. Đo đạc độ cao sóng. 295
Phụ lục 296
Phụ lục A: Các công thức . 296
Cơ bản . 296
Dòng chảy sông . 296
Những sóng mặt dài . 298
Những sóng mặt ngắn . 298
Phụ lục B : Toán học dùng trong cơ học chất lỏng . 301
1. Các đạo hàm . 301
2. Những đại lượng vô hướng và vectơ . 304
3. Số phức và vectơ . 307
Phụ lục C: Rối. 309
1. Mở đầu. 309
2. Nguồn gốc của rối. 309
3. Các loại rối. 309
4. Cường độ và năng lượng rối . 310
5. Những quy mô chiều dài rối . 311
6. Cấu trúc của những lớp biên rối. 313
7. ứng suất rối và mô hình hóa nó. 314
Phụ lục D: Phương pháp đặc trưng giải phương trình dòng chảy . 318
Cách tiếp cận băng số . 320
Phụ lục E: Phương pháp giải tích cho những phương trình dòng chảy được tuyến
tính hoá. 324
TàI liệu tham khảo 328
Chương 1. Mở đầu
1.1. Nền tảng lịch sử
Cơ học chất lỏng là môn học nghiên cứu về hành vi của chất lỏng ở trạng thái đứng
yên và chuyển động. Ngoài những lực tác động giữa chất lỏng và những biên của nó,
cần nghiên cứu những thuộc tính khác nhau của chất lỏng và các hiệu ứng của chúng
lên bức tranh dòng chảy. Để giải thích trạng thái chất lỏng quan sát được và để dự báo
trạng thái chất lỏng, việc nghiên cứu và ứng dụng những định luật cơ bản (bảo toàn
khối lượng và động lượng) là rất quan trọng.
ở đây, chỉ xem xét những dòng chảy có mặt tự do, đó là dòng chảy trong sông, cửa
sông, biển và đại dương.
ứng dụng của cơ học chất lỏng bắt đầu ở việc liên hệ với chuyển động của đá, giáo
mác, và những mũi tên. Các con tàu với những cánh buồm được sử dụng rất sớm từ các
năm 3000 trước Công nguyên. Những hệ thống thuỷ lợi đã được tìm thấy trong những
đống đổ nát thời tiền sử ở cả Ai cập và Mesopotamia. Aristotle (thế kỷ thứ IV trước
Công nguyên) đã nghiên cứu chuyển động của những vật thể trong môi trường mỏng và
xốp. Acsimet (thế kỷ thứ III trước Công nguyên) đã thiết lập những định luật nổi tiếng
về vật nổi.
Những cống dẫn nước La mã được xây dựng vào thế kỷ thứ IV trước Công nguyên,
mặc dầu các bằng chứng ghi lại chỉ ra rằng những người xây dựng không hiểu gì về sức
cản trong đường ống. Da Vinci (1452- 1519) đã mô tả chính xác nhiều hiện tượng dòng
chảy. Gallleo (1564 -1642) đóng góp nhiều cho khoa học cơ học.
Trường phái thủy lực của Italia gồm Gastelli (1577-1644), Torricelli (1608 -1647)
và Guglielmini (1655-1710), và những ý tưởng liên quan đến phương trình liên tục của
dòng ổn định trong sông, dòng chảy từ một bể chứa, áp kế, và một vài khái niệm định
tính về sức cản của dòng chảy trong sông đều đến từ họ. Ngoài các định luật chuyển
động nổi tiếng của mình, Newton (1642-1727) đã đề xuất rằng sức cản chất lỏng tỷ lệ
với građien vận tốc, và ông cũng làm thí nghiệm về sức cản của những vật hình cầu.
Bốn nhà toán học thế kỷ thứ mười tám: Daniel Bernoulli và Leonhard Euler (Thụy
Sỹ) và Clairaut và D'Alembert (Pháp) đã đưa toán học vào cơ học chất lỏng - thủy động
lực học. Sau đó Lagrange (1736-1813), Laplace (1749 -1827) và kỹ sư Gerstner (1756-
1832) kế tục họ, đã khảo sát những ý tưởng về sóng mặt.
Những nhà thực nghiệm của thế kỷ mười tám còn đóng góp rất nhiều. Trong số họ
có Pitot, người đã phát triển ống đo vận tốc; Chezy, người phát triển công thức sức cản
đối với lòng dẫn hở; Borda, người thực hiện nhiều thí nghiệm liên quan đến dòng chảy
qua lỗ; Bossut, người xây dựng bể kéo chìm, và Venturi, người làm thực nghiệm dòng
chảy qua mặt cắt ngang biến đổi.
Trong thế kỷ mười chín, một người Pháp là Coulomb (1736-1806) đã chỉ đạo các
/file/d/0B7oUCI ... sp=sharing
