CÂU HỎI ÔN TẬP LÝ THUYẾT
HỌC PHẦN: KỸ THUẬT THỦY KHÍ
(Người biên soạn: TS. Nguyễn Tiến Cường) 1. Câu hỏi LT 1:
Tính nhớt của chất lỏng/chất khí là gì? Nêu ví dụ minh họa. Độ nhớt được xác
định bằng cách nào? Độ nhớt có phụ thuộc vào nhiệt độ không? TRẢ LỜI:
- Tính nhớt của chất lỏng/chất khí là tính chất đại diện cho sự cản trở chuyển
động bên trong của một chất lỏng/chất khí.
- Ví dụ: Con cá đang bơi ngược dòng nước chảy, con chim bơi ngược chiều gió ....
- Để xác định độ nhớt, chúng ta hãy xem xét một lớp chất lỏng giữa hai tấm
phẳng song song cách nhau một khoảng cách l. - Độ nhớt có phụ thuộc vào nhiệt độ. 2. Câu hỏi LT 2:
Áp suất là gì? Nêu các đơn vị thường dùng của áp suất. Viết phương trình cơ
bản của thủy tĩnh học và giải thích các đại lượng, kèm đơn vị của chúng.
- Áp suất là lực pháp tuyến tác dụng bởi chất lỏng trên một đơn vị diện tích.
- Các đơn vị thường dùng của áp suất là : N2/m, pa, bar, atm,.... p z+ =const ρg
Trong đó: z là chiều cao hình học của điểm đang xét với mặt chuẩn(m)
p là áp suất(Pa) ρ mật độ ( kg/m3) g là gia tốc(m/s2) 3. Câu hỏi LT 3:
Có người cho rằng, trong lòng một chất lỏng có mật độ là hằng số thì áp suất
tuyệt đối sẽ tăng gấp đôi khi độ sâu tăng gấp đôi. Bạn có đồng ý với ý kiến này
không? Giải thích/chứng minh tại sao? 4. Câu hỏi LT 4:
Áp suất là gì? Nêu các đơn vị thường dùng của áp suất. Có những loại áp suất nào?
- Áp suất là lực pháp tuyến tác dụng bởi chất lỏng trên một đơn vị diện tích.
- Các đơn vị thường dùng của áp suất là : N2/m, pa, bar, atm,.... - Các loại áp suất là:
• Áp suất tuyệt đối Pabs: Áp suất so với áp suất trong bình chân không tuyệt đối (Pabs=0)
• +Áp suất dư Pdư (Pgage): Áp suất so với áp suất khí quyển tại chỗ
Pdư=Pabs-Patm. Áp suất dư của khí quyển là bằng 0.
• +Áp suất chân không Pck (Pvac): Áp suất dưới áp suất khí quyển. Pck=Patm-Pabs 5. Câu hỏi LT 5:
Hiện tượng xâm thực xuất hiện khi nào? Nêu ví dụ trường hợp xâm thực có
hại và trường hợp có lợi.
- Hiện tượng xâm thực sảy ra khi ác bong bóng hơi còn gọi là bọt xâm thực
(cavitationbubble) vì chúng tạo thành "lỗ hổng" (cavity) trong chất lỏng và
sẽ biến mất khi chúng được cuốn trôi khỏi khu vực áp suất thấp và sự biến
mất của chúng sẽ tạo ra sóng áp suất có sức phá hoại cao. - Ví dụ :
Trường hợp xâm thực có lợi:
Trường hợp xâm thực có hại: xâm thực ở máy bơm làm xói mòn bề mặt
bánh công tác và nếu xâm thực mạnh ở đầu vào của bánh công tác, hiệu suất
bơm giảm, có thể dẫn đến hỏng bơm. 6. Câu hỏi LT 6:
Có những loại chuyển động bó cứng nào? Tại sao phương trình cơ bản của
thủy tĩnh học lại đúng đối với các trường hợp chuyển động bó cứng. 7. Câu hỏi LT 7:
Thể tích khống chế (control volume) là gì? Có những loại thể tích khống chế nào?
- Thể tích khống chế là một hệ thống mở. - 8. Câu hỏi LT 8:
Năng lượng cơ học gồm những thành phần nào? Viết công thức tính năng
lượng cơ học của một đơn vị khối lượng lưu chất. Giải thích các đại lượng và đơn vị của chúng/
- Năng lượng cơ học gồm 3 thành phần:
• Năng lượng có được do áp suất
• Năng lượng có đươc do chuyển động( động năng)
• Năng lượng có được do vị trí(thế năng) Năng lượng cơ học
không bao gồm nhiệt năng -
Công thức năng lượng cơ học: 2
• emech =P +V +gz ρ 2 - Trong đó:
emech : là năng lượng cơ học(J) p: là áp suất (Pa) ρ: là mật độ (kg/m3) v: vận tốc (m/s) g: gia tốc (m/s2)
z: vị trí so với góc thế năng(m) 9. Câu hỏi LT 9:
Nêu các điều kiện sử dụng phương trình Bernoulli. Viết công thức và giải
thích các đại lượng kèm đơn vị của chúng.
- Phương trình bernoulii được sử dụng khi thỏa mãn 3 điều kiện sau: • Dòng chảy ổn định
• Chất lỏng khôgn nén được
• Bỏ qua các tổn thất - Công thức:
p1 v21 p2 v22 ρ + 2 +gz1= ρ + 2 +gz2 Trong đó: p1 , p2: là áp suất (Pa) ρ: là mật độ (kg/m3 ) v1 , v2: vận tốc (m/s) g: gia tốc (m/s2 )
z1 ,z2: vị trí so với góc thế năng(m) 10. Câu hỏi LT 10:
Viết phương trình năng lượng tổng quát. Giải thích các đại lượng và đơn vị của chúng.
- Phương trình năng lượng tổng quát: p1 v21 p2 v22
ρ1g +2g +z1+hpum= ρ2g+2g+z2+htur+hL - Trong đó: p1 , p2: là áp suất (Pa)
ρ1 , ρ2 : là mật độ (kg/m3) v1 , v2: vận tốc (m/s) g: gia tốc (m/s2)
z1 ,z2: vị trí so với góc thế năng(m)
hL : chiều cao cột áp tổn thất(m)
hpum : chiều cao cột áp của bơm htur : chiều cao cột áp của turbin 11. Câu hỏi LT 11:
Phát biểu nguyên lý động lượng. Viết phương trình nguyên lý động lượng, giải
thích các đại lượng và đơn vị của chúng.
- Nguyên lý động lượng là tổng các lực tác dụng lên một thể tích không chế
bằng chênh lệch giữa động lượng ra và động lượng vào của thể tích không chế đó.
- Phương trình nguyên lý động lượng:
∑⃗F=∑ β m˙ v⃗−∑βm˙ v⃗ out - Trong đó: F: là lực(N)
m : lưu lượng khối lượng v : vân tốc(m/s)
β : hệ số điều chỉnh động lượng 12. Câu hỏi LT 12:
Viết công thức tính tổn thất cột áp dọc đường ống, giải thích các đại lượng và
đơn vị của chúng. Hệ số tổn thất dọc đường ống được xác định như thế nào?
- Công thức tổn thức cột áp dọc đường ống:
hL=f ⋅ L ⋅ v2 D 2g - Trong đó :
hL: chiều cao cột áp tổn thất (m)
L: chiều dài đường ống (m)
D: đường kính thủy lực của ống v : vận tốc (m/s) g ; gia tốc (m/s2)
f : hệ số tổn thất dọc đường ống
- Hệ số tổn thất dọc đường ống được xác định như sau: Dòng chảy tầng:f=
Dòng dối: được xác định bằng thực nghiệm ( sử dụng biểu đồ moody hoặc
công thức thực nghiệm). 13. Câu hỏi LT 13:
Tổn thất cục bộ thường xuất hiện ở đâu? Viết công thức tính chiều cao cột áp
của tổn thất cục bộ, giải thích các đại lượng và đơn vị của chúng.
- Tổn thất cục bộ xuất hiện ở những vị trí có sự thay đổi về lòng dẫn hướng
dòng chảy ví dụ như đột thu, đột mở, van, cút chuyển hướng.
- Công thức tính chiều cao cột áp của tônt thất cục bộ: v2 hk - Trong đó:
hk: chiều cao cột áp tổn thất(m)
k: hệ số tổn thất cục bộ được xác định bằng thực nghiệm g: gia tốc(m/s2) v: vận tốc(m/s) 14. Câu hỏi LT 14:
Trong dòng chảy bao nếu bỏ lớp biên và trọng lực thì có những lực nào tác
dụng lên vật thể? Viết công thức tính lực nâng trong dòng chảy bao, giải thích
các đại lượng và đơn vị của chúng.
- Trong dòng chảy bao nếu bỏ qua lớp biên và lớp trọng trường thì chỉ có hai
lực tác dụng lên vật thể là lực cản và lực nâng hai lực này được gọi là lực khí động học.
- Công thức tính lực nâng: FL - Trong đó:
FL: lực nâng(N) ρ: mât độ không khí(kg/m3)
v: vận tốc chất lỏng hoặc chất khí(m/s)
A: diện tích thiết diện theo phương chuyển động(m2)
CL: hệ số lực nâng phụ thuộc vào cấu tạo hình học 15. Câu hỏi LT 15:
Trong dòng chảy bao nếu bỏ lớp biên và trọng lực thì có những lực nào tác
dụng lên vật thể? Viết công thức tính lực cản trong dòng chảy bao, giải thích
các đại lượng và đơn vị của chúng.
- Trong dòng chảy bao nếu bỏ qua lớp biên và lớp trọng trường thì chỉ có hai
lực tác dụng lên vật thể là lực cản và lực nâng hai lực này được gọi là lực khí động học.
- Công thức tính lực cản:FD - Trong đó:
FD: lực cản(N) ρ: mât độ không khí(kg/m3)
v: vận tốc chất lỏng hoặc chất khí(m/s)
A: diện tích thiết diện theo phương chuyển động(m2)
CD: hệ số lực cản phụ thuộc vào cấu tạo hình học 16. Câu hỏi LT 16:
Hãy phân loại chế độ dòng chảy. Hãy dựa vào số Reynolds tới hạn để nhận
biết chế độ dòng chảy của chất lỏng không nén được trong đường ống tròn.
- Có 3 loại chế độ dòng chảy: Dòng chảy tầng • Dòng chảy dối
• Dòng chảy chuyển tiếp
- Dựa vào số Re để xác định chế độ dong chảy của chất lỏng: Re< 2300=> dòng chảy tầng
2300 dòng chảy chuyển tiếp
Re>4000=> dòng chảy dối 17. Câu hỏi LT 17:
Giải thích tại sao khi lên các khu vực núi cao nhiều người thường cảm thấy
khó thở. Vận dụng kiến thức đã học giải thích vì sao một số người bị hiện
tượng chảy máu mũi khi lên những khu vực địa hình có độ cao lớn.
- Vì khí oxi nặng hơn không khí nên khí oxi sẽ tập trung ở nơi có độ cao thấp
khi lên cao lượng oxi càng giảm nên ta sẽ thấy khó thở .
- Vì khi ở địa hình có độ cao chịu khí hậu lạnh trong thời gian dài sẽ làm cho
niêm mạc mũi khô, không duy trì được độ đàn hồi và dần bị đóng vảy, nứt nẻ dẫn đến chảy máu 18. Câu hỏi LT 18:
Đường kính thủy lực được xác định như thế nào? Hãy xác định đường kính
thủy lực của một lòng dẫn chảy ngập trong ống tròn có đường kính là D.
Đường kính thủy lực được xác định bởi công thức:
Dh=4Rh=4 AP
Dh: đường kính thủy lực Rh: bán kính thủy lực A: diện tích ướt P: chu vi ướt
Đường kính thủy lực của một lòng dẫn chảy ngập trong ống tròn có đường kính là D. πD2 A 4
Dh=4Rh=4 =4 =D p πD 19. Câu hỏi LT 19:
Đường kính thủy lực được xác định như thế nào? Hãy xác định đường kính
thủy lực của một lòng dẫn chảy ngập trong ống vuông có cạnh là a. A
Đường kính thủy lực được xác định bởi công thức:Dh=4Rh=4 P
Dh: đường kính thủy lực Rh: bán kính thủy lực A: diện tích ướt P: chu vi ướt
Đường kính thủy lực của một lòng dẫn chảy ngập trong ống vuông có cạnh là a.
A 4a2 Dh=4Rh=4 = =a P 4a 20. Câu hỏi LT 20:
Đường kính thủy lực được xác định như thế nào? Hãy xác định đường kính
thủy lực của một lòng dẫn chảy ngập trong ống hình chữ nhật có các cạnh lần lượt là a và b.
Đường kính thủy lực được xác định bởi công thức: A
Dh=4Rh=4 P
Dh: đường kính thủy lực Rh: bán kính thủy lực A: diện tích ướt P: chu vi ướt
Đường kính thủy lực của một lòng dẫn chảy ngập trong ống hình chữ nhật có các
cạnh lần lượt là a và b. A 4ab 2ab
Dh=4Rh=4P=2 (a+b )=a+b 21. Câu hỏi LT 21:
Đường kính thủy lực được xác định như thế nào? Hãy xác định đường kính
thủy lực của dòng chảy trong lòng dẫn có dạng và kích thước như hình vẽ.
- Ý đầu giống như ý 1 của câu 18, 19, 20
- Ý sau phụ thuộc vào hình vẽ 22. Câu hỏi LT 22:
Đường kính thủy lực được xác định như thế nào? Hãy xác định đường kính
thủy lực của dòng chảy trong lòng dẫn có dạng và kích thước như hình vẽ.
- Ý đầu giống như ý 1 của câu 18, 19, 20
- Ý sau phụ thuộc vào hình vẽ 23. Câu hỏi LT 23:
Nêu điều kiện sử dụng phương trình Bernoulli. Thu nhận phương trình
Bernoulli từ phương trình năng lượng tổng quát. -
Phương trình bernoulii được sử dụng khi thỏa mãn 3 điều kiện sau: • Dòng chảy ổn định •
Chất lỏng khôgn nén được • Bỏ qua các tổn thất
Phương trình năng lượng tổng quát có dạng sau: p1 v21 p2 v22
ρ g+2g+z1+hpum=ρ g+2g+z2+htur+hL 1 2
vì: chất lỏng không nén được nên:ρ1=ρ2=ρ (1) bỏ qua tổn
thất: hL=0 (2) dòng chảy ổn định nên: hpum = htur=0 (3) thay
(1), (2),(3) vào phương trình năng lượng tổng quát ta được:
p1 v21 p2 v22 ρ + 2 +gz1= ρ + 2 +gz2 24. Câu hỏi LT 24:
Đối với dòng chảy trong đường ống, hệ số nhám thành ống ( ) ảnh hưởng như
ϵ thế nào đến chiều cao cột áp trong trường hợp dỏng chảy là phân tầng và
trong trường hợp dòng chảy là rối.
- Trong trường hợp dòng chảy tầng f = 64/Re nên f không phụ thuộc vaog hệ
số ε/D nên hầu như không phụ thuộc ε vào độ nhám bề mặt.
- Trong trường hợp dòng chảy rối f phụ thuộc vào tỉ số ε/D nên độ nhám
thành bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến hL. 25. Câu hỏi LT 25:
Hệ số lực cản (Cd) và hệ số lực nâng (Cl) trong dòng chảy bao đặc trưng cho
yếu tố nào? Khi vận tốc của dòng chảy bao thay đôi còn các yếu tốc khác giữ
nguyên thì hai hệ số này thay đổi như thế nào