Bài giảng Thủy lực và máy thủy lực

Chia sẻ: 5A4F5AFSDG 5A4F5AFSDG | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:113

Thêm vào BST

Báo xấu

279
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ bản về một số loại máy thuỷ lực thông dụng. Nội dung trình bày trong bài gồm: Một số tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng, lực tác dụng và ứng suất, áp suất và áp lực thủy tĩnh, phương trình vi phân cân bằng ơle, cân bằng trong trường trọng lực, áp lực chất lỏng lên thành phẳng,... Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thủy lực và máy thủy lực

PHẦN I: THỦY LỰC CHƯƠNG 1. MỞ ðẦU 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC Thủy lực và máy thuỷ lực là môn khoa học ứng dụng, nghiên cứu các quy luật cân bằng, chuyển ñộng của chất lỏng và ứng dụng các quy luật ñó giải quyết các bài toán tính toán thiết kế các công trình liên quan. ðồng thời trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ bản về một số loại máy thuỷ lực thông dụng. Cơ sở lý luận của thủy lực học là vật lý, cơ học lý thuyết, cơ học chất lỏng lý thuyết.. Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm. Thủy lực và Máy thủy lực 5
CHƯƠNG 1. MỞ ðẦU 1.2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG 1. Tính liên tục 2. Tính có khối lượng và trọng lượng. Khối lượng riêng: ∆M ρtb = ∆V Trọng lượng riêng: γ = ρ. ρg ðối với nước ở nhiệt ñộ 40C và áp suất 1 atm: ρ = 1000 kg/m3. γ = 9810 N/m3. Tỷ trọng, tỷ khối: δ = ρ/ρΝ = γ/γΝ Thủy lực và Máy thủy lực 6
3. Tính thay ñổi thể tích do thay ñổi nhiệt ñộ hay áp suất. a) Do thay ñổi áp suất: 1 ∆V βp = − V ∆p βp - hệ số co thể tích do thay ñổi áp suất Khi p = 1÷ 500 at và t = 4 ÷ 200C thì: βp = 5.10-5 (cm2/KG) b) Do thay ñổi nhiệt ñộ: 1 ∆V βt = V ∆t Với ñiều kiện áp suất bình thường, ñối với nước: t = 4÷100C: βt = 14.10-5(1/t0) t =10÷200C: βt = 15.10-5(1/t0). Tùy theo β chất lỏng ñược chia thành chất lỏng chịu nén và không chịu nén: β = 0 (ρ = const): chất lỏng không chịu nén. β ≠ 0 (ρ ≠ const): chất lỏng chịu nén. Thủy lực và Máy thủy lực 7
4. Tính nhớt của chất lỏng Thể hiện sức dính phần tử giữa các phần tử chất lỏng hay giữa chất lỏng với chất rắn. du τ = ±µ dn µ: Hệ số nhớt (ñộ nhớt) N.s/m2 hoặc Poazơ (P), 1P = 0.1Ns/m2 Ngoài hệ số nhớt ñộng lực còn dùng hệ số nhớt ñộng học ν = µ/ρ (m2/s, Stốc St) 1St=1cm2/s µ ≠0: Chất lòng thực µ = 0 và ρ =const: Chất lỏng lý tưởng Thủy lực và Máy thủy lực 8
1.3. LỰC TÁC DỤNG VÀ ỨNG SUẤT Lực khối: Là lọai lực thể tích tác ñộng lên tất cả các phần tử chất lỏng nằm trong khối chất lỏng mà ta xét. Lực mặt: Là ngoại lực tác dụng lên bề mặt của thể tích chất lỏng ta xét hoặc tác dụng lên bề mặt nằm trong khối chất lỏng ta xét. Ứng suất: dưới tác ñộng của lực tác dụng tạo ra ứng suất tại các ñiểm trong chất lỏng gồm ứng suất pháp và ứng suất tiếp ñược thể hiện bằng tenxo ứng suất: σx τxy τxz τyx σy τyz τzx τzy σz Thủy lực và Máy thủy lực 9
CHƯƠNG II. THỦY TĨNH HỌC 2.1. ÁP SUẤT VÀ ÁP LỰC THỦY TĨNH ur ur P p = lim ω →0 ω P - áp lực p - áp suất thủy tĩnh 2 Tính chất của áp suất thủy tĩnh Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực và hướng vào diện tích ấy. Áp suất thủy tĩnh tại mọi ñiểm bất kì trong chất lỏng bằng nhau theo mọi phương. Thủy lực và Máy thủy lực 10
2.2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CÂN BẰNG ƠLE z dz p dx M pdx p- p+ x2 x2 dy dx x y Thủy lực và Máy thủy lực 11
1. Thiết lập phương trình Gọi p - áp suất thủy tĩnh. F(Fx,Fy,Fz) - lực khối ñơn vị. Cân bằng lực tác dụng lên khối chất lỏng theo các phương ta ñược phương trình vi phân cân bằng Ơle tĩnh:  1 ∂p  Fx − ρ ∂ x = 0   1 ∂p  Fy − =0 ( 2 − 1)  ρ ∂y  1 ∂p  Fz − =0  ρ ∂z Thủy lực và Máy thủy lực 12
2. ðiều kiện cân bằng: Nhân những phương trình trong hệ (2-1) riêng biệt với dx, dy, dz rồi cộng vế với vế ta có: 1  ∂p ∂p ∂p  (Fx dx + Fy dy + Fz dz) −  dx + dy + dz  = 0 ρ  ∂x ∂y ∂z   ∂p ∂p ∂p   dx + dy + dz  = dp  ∂x ∂y ∂z  dp Hay : (Fx dx + Fy dy + Fz dz) − = 0 (2 − 2) ρ Nhận xét: Vế phải của phương trình (2-2) là vi phân toàn phần của hàm p. Như vậy, phương trình chỉ có nghĩa nếu vế trái của nó cũng phải là vi phân toàn phần của hàm số nào ñó. Thủy lực và Máy thủy lực 13
Vay (Fx dx + Fy dy + Fz dz) = d(− U) (2 − 3) Lực khối thỏa mãn phương trình (2-3) gọi là lực khối có thế. Khi ñó: dp dU + =0 (2 − 4) ρ 3. Mặt ñẳng áp, mặt ñẳng thế: Mặt ñẳng áp là mặt mà mọi ñiểm trên ñó có áp suất giữ giá trị không ñổi (p=const). Mặt ñẳng thế là mặt mà mọi ñiểm trên ñó hàm thế giữ giá trị không ñổi (U=const). Như vậy từ phương trình (2-4) có thể nhận thấy khi chất lỏng ở trạng thái cân bằng thì mặt ñẳng áp ñồng thời cũng là mặt ñẳng thế. Thủy lực và Máy thủy lực 14
2.3. CÂN BẰNG TRONG TRƯỜNG TRỌNG LỰC. 1. Phương trình cơ bản thủy tĩnh. z po zo h z M g x y Xét lực khối là trọng lực tác ñộng lên khối chất lỏng khi ñó: Fx = Fy = 0, Fz = -g Thay các lực khối ñơn vị vào phương trình Ơle tĩnh trên ta có: Thủy lực và Máy thủy lực 15
p z+ =C (3 − 1) γ (3-1) gọi là phương trình cơ bản thủy tĩnh dạng 1 hay quy luật phân bố ASTT. Thay z = zo, p = po vào (3-1), sau khi biến ñổi ta ñược: p = po + γ(zo - z) = po + γh (3-2) (3-2) gọi là phương trình cơ bản thủy tĩnh dạng 2 là phương trình ñi tính áp suất tại một ñiểm. trong ñó p0: áp suất tại mặt phân chia chất lỏng. h: ñộ sâu từ mặt phân chia chất lỏng ñến ñiểm cần tính áp suất. Thủy lực và Máy thủy lực 16
2. Mặt ñẳng áp: Thay p = const vào (3-1), ta ñược: z = C1 (3-3) (3-3) là phương trình mặt ñẳng áp. 3. Phân loại áp suất Áp suất tuyệt ñối: ptñ = p0 + γh Áp suất dư: Khi ptñ > pa thì: pd = ptñ - pa > 0 (pa = 1atm là áp suất khí trời ở ñiều kiện bình thường) Khi p0 = pa thì pd = γh Áp suất chân không: Khi ptñ < pa thì pck = pa - ptñ > 0 Áp suất tại một ñiểm có thể ño bằng chiều cao cột chất lỏng kể từ ñiểm ñang xét ñến mặt thoáng của cột chất lỏng ñó: h = p/γ Thủy lực và Máy thủy lực 17
4. Ý nghĩa: Về mặt hình học z: cao ñộ vị trí p/γ : ðộ cao áp suất Kết luận: Tổng cao ñộ vị trí và ñộ cao áp suất là không thay ñổi Về mặt năng lượng z: Vị năng ñơn vị p/γ: Áp năng ñơn vị Kết luận: Tổng vị năng ñơn vị và áp năng ñơn vị là không thay ñổi. Thủy lực và Máy thủy lực 18
5. BIỂU ðỒ ÁP SUẤT - ðỒ ÁP LỰC Từ công thức (3-2) biểu diễn sự thay ñổi áp suất trên một diện tích ta sẽ ñược biểu ñồ phân bố áp suất. Nếu biểu diễn ñộ cao áp suất thì ta ñược biều ñồ phân bố áp lực. Biểu ñồ phân bố áp suất. Biều ñồ phân bố áp lực. Thủy lực và Máy thủy lực 19
6. ðịnh luật Pascal. p1 = p0 + γh p2 = (p0 +p') + γh Hay p2 - p1 = p' Áp suất do ngoại lực tác ñộng trên bề mặt chất lỏng ñược truyền ñi nguyên vẹn tới mọi ñiểm trong chất lỏng. P1 P2 po po + p' Thủy lực và Máy thủy lực 20
P1 P2 Kích thủy lực P1 P2 = p' S2 = S2 > P1 S1 S2 Hay P2 = η.P1 S1 η - Hiệu suất máy, η < 1. Thủy lực và Máy thủy lực 21
Thủy lực và Máy thủy lực 22
Thủy lực và Máy thủy lực 23
2.4. ÁP LỰC CHẤT LỎNG LÊN THÀNH PHẲNG Áp lực lên thành phẳng là tổng hợp của các lực song song và cùng chiều. Gọi áp lực tổng hợp là. Ta cần xác ñịnh ñộ lớn và ñiểm ñặt của P. Thủy lực và Máy thủy lực 24