The bigger picture – The three equal partner of modern aerodynamics

2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.1 Khối lượng riêng – Trọng lượng riêng – Tỷ trọng

 Khối lượng riêng ρ của một chất là mật độ khối lượng

trong một đơn vị thể tích của chất đó



∆m m

mass − M

kg

ρ = lim

= =

= 3

3

∆V → 0 ∆V

V [length − L]

m



Trọng lượng riêng γ của một chất là lực trọng trường tác

dụng lên khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó

γ =[kg/m3.m/s2]=[N/m3]

= g g=9.81m/s2 – gia tốc trọng trường

Tỷ trọng δ là tỷ số giữa trọng lượng riêng γ của một chất

với trọng lượng riêng của nước ở điều kiện tiêu chuẩn (20 oC)



γ



ρ



δ = γ / γ H 2O



Nước



Thủy ngân



Không khí



ρ [kg/m3]



1000



13600



1.228



γ [N/m3]



9.81.103



133.103



12.07



 Khối lượng riêng phụ thuộc vào trạng thái của lưu chất:

áp suất, nhiệt độ



2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.2 Tính nhớt – tính chất ma sát của lưu chất

 Tính nhớt là tính chất đặc trưng cho lực cản ma sát



chống lại chuyển động. Đây là tính chất quan trọng chỉ

thể hiện khi lưu chất chuyển động (Động học lưu

chất>
Để diễn tả tính chất này bằng một đại lượng vật lý,

nhà khoa học COUETTE đã xây dựng một thí nghiệm đo

tính nhớt



2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.2 Tính nhớt – tính chất ma sát của lưu chất

Thí nghiệm COUETTE

 Phân tích thực nghiệm cho

thấy, ứng suất (lực/một đơn vị

diện tích) tỉ lệ thuận với vận

tốc kéo U và tỉ lệ nghịch với

khoảng cách h theo một hằng

số tỉ lệ gọi là μ



F

U

τ = =µ

A

h

Khi vận tốc dịch chuyển của tấm phẳng trên đủ nhỏ, lưu chất chuyển

động mà không hòa trộn vào nhau, thành từng lớp mỏng song song với

mặt phẳng – chuyển động tầng. Lớp trên tương tác với lớp dưới qua ma

sát và truyền cho nó một vận tốc giảm dần theo khoảng cách giữa hai

tấm phẳng

 Phân bố vận tốc theo quy luật tuyến tính



2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.2 Tính nhớt – tính chất ma sát của lưu chất



F

U

τ = =µ

A

h

Định luật Newton



dU

τ

τ =µ

⇒µ=

dy

dU

dy



dU

dy



Biến thiên vận tốc theo

phương vuông góc với

chuyển động (phương y)



2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.2 Tính nhớt – tính chất ma sát của lưu chất

 Một cách tổng quát : Định luật Newton (áp dụng cho

chuyển động tầng)



dU

τ

τ =µ

⇒µ=

dy

dU

dy



dU

dy



 N / m2 



 =  N .s / m 2  = [ Pa.s ]

µ=



[ m / s / m] 



µ [ N .s / m 2 ]

=

= [m 2 / s ]

 ν =

ρ [kg / m3 ]



Biến thiên vận tốc theo

phương vuông góc với

chuyển động (phương y)

hệ số nhớt động lực học

(1poise=0.1Pa.s)



hệ số nhớt động học (1stoke=10-4m2/s)



Nước



Không khí



μ, poise



1.10-2



1.8.10-4



γ, stoke



0.01



0.15



2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.2 Tính nhớt – tính chất ma sát của lưu chất



 Phân loại lưu chất:

• Lưu chất Newton: hầu hết

lưu chất có hệ số nhớt

μ=const. Lưu chất có hệ số

nhớt không phụ thuộc biến

thiên vận tốc du/dy

• Lưu chất phi Newton: lưu

chất có hệ số nhớt phụ

thuộc vào biến thiên vận tốc

(gradient vận tốc) du/dy



2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.2 Tính nhớt – tính chất ma sát của lưu chất

 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ nhớt



2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.2 Tính nhớt – tính chất ma sát của lưu chất

 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ nhớt

• Chất khí: T tăngμ tăng;

• Chất lỏng: T tăng μ giảm;

Tại sao ảnh hưởng của nhiệt độ lên hệ số nhớt của

chất lỏng và khí ngược nhau?

• Chất khí: khi nhiệt độ tăng các phân tử khí càng chuyển

động hỗn loạn và va chạm nhau nhiều hơn lực kiên kết

giữa các phân tử tăng hệ số nhớt tăng

• Chất lỏng: khi nhiệt độ tăng các phân tử chuyển động

tách xa nhau giảm lực liên kết phân tử hệ số nhớt giảm

 Vấn đề thay đổi của hệ số nhớt theo nhiệt độ ảnh

hưởng đến việc bôi trơn máy móc. Trong các động cơ

nhiệt (ví dụ: động cơ xe máy, động cơ ô tô), nhiệt độ

thay đổi rất lớn sử dụng hỗn hợp bôi trơn gồm nhiều

loại dầu bôi trơn có hệ số nhớt khác nhau



2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.2 Tính nhớt – tính chất ma sát của lưu chất

 Không khí



 Chất lỏng



3



µ  T  2 T + So

= ÷

( Sutherland )

µo  To  T + S

µo = 1.78.10−6 poise; To = 288o K ; S = 113o K



µ (T ) = µo (0o C ) ( 1 + AT + BT 2 )



Nước: μo=0.0179poise; A=0.03368;B=0.000221

Ảnh hưởng áp suất đến độ nhớt: nhỏ không đáng kể

• Không khí: Dưới 20bars (1bar=105Pa)

• Chất lỏng: Dưới 40 bars



2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.3 Tính nén được – suất đàn hồi K

Ở áp suất P, phần tử lưu chất có thể tích là V

Khi áp suất thay đổi dP thể tích lưu chất biến thiên dV

P+dP

V



V+dV



 Sự thay đổi về thể tích tương đương với biến thiên khối

lượng riêng dρ (ρV=Mass = const)

Nước



Không khí



K = 2,06.109 Pa



1,4.105 Pa



 Suất đàn hồi liên hệ với vận tốc âm thanh



2. Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất

2.4 Áp suất hơi bão hòa

Chất lỏng có khuynh hướng hóa hơi khi nó được chứa

đựng trong bình kín có mặt thoáng tiếp xúc bầu không

khí. Hiện tượng hóa hơi xảy ra vì các phần tử lưu chất ở

bề mặt có động năng lớn có thể thắng lực liên kết phân

tử của các phần tử xung quanh để bay vào khoảng

không bên trên mặt thoáng, trong khi đó cũng có một

số phần tử quay ngược trở về và hóa lỏng.

Nếu khoảng không bên trên chất lỏng kín, số lượng

phân tử thoát ra khỏi chất lỏng biến thành hơi sẽ đạt

trạng thái cân bằng với số lượng phần tử hóa lỏng trở

lại trạng thái hơi bão hòa. Các phần tử hơi tạo ra một

áp suất trong khoảng không bên trên mặt thoáng gọi là

áp suất hơi bão hòa.