1. Wymienić i krótko zdefiniować podstawowe właściwości fizyczne cieczy.
Gęstość cieczy- stosunek masy do jej objętości. Masa przypadająca na jednostkę objętości.
,
Ciężar objętościowy- stosunek ciężaru pewnej wyodrębnionej bryły cieczy do objętości tej bryły. Zależy od temperatury i ciśnienia.
Między ciężarem objętościowym, a gęstością cieczy zachodzi związek
gdzie g to jest przyśpieszenie ziemskie.
Ściśliwość- zdolność cieczy do zmiany objętości pod wpływem ciśnienia. Ściśliwość charakteryzują:
1) współczynnik ściśliwości bp.
2) współczynnik sprężystości K.
gdzie DV- zmiana objętośći,
V- objętość początkowa
Dp- zmiana ciśnienia.
Współczynnik ściśliwości odpowiada względnemu zmniejszeniu objętości, przypadającej na jednostkową zmianę ciśnienia w stałej temperaturze.
Lepkość- określana jest przez dynamiczyny współczynnik lepkości, inaczej zwany współczynnikiem proporcjonalności.
.
Napięcie powierzchniowe- czyli kohezja i adhezja.
2. Definicja lepkości. Ciecze newtonowskie i nienewtonowskie +przykłady.
Ciecze newtonowskie- ciecze w których naprężenia styczne są zgodne ze wzorem:
Ciecze nienewtonowskie- są to ciecze nie spełniające powyższego warunku. Np.: płynny beton, masa papierowa, mieszaniny wodno-gruntowe, itp.
3. Siły działające na ciecz w stanie spoczynku.
1) siły powierzchniowe (działają na zewnętrzną powierzchnię rozpatrywanego elementu i są proporcjonalne do masy cieczy). Np.: siły wynikające z ciśnienia atmosferycznego lub ciśnienia pary.
2) siły masowe (są proporcjonalne do masy cieczy). Np.: siła ciężkości (przyśpieszenie ziemskiege), siła bezwładności.
4. Ciśnienie. Jego własności.
1) Ciśnienie występuje gdy w cieczy występują naprężenia normalne (ściskające). Jest to granica stosunków normalnej siły ściskającej DP działającej na element powierzchniowy DA.
-ciśnienie średnie działające na powierzchnię DA.
2) Ciśnienie występujące w cieczy znajdującej się w stanie spoczynku nazywa się ciśnieniem hydrostatycznym.
Własności:
- w danym punkcie jest prostopadłe do elementu, przez który przechodzi i jest skierowany do cieczy,
- wartość ciśnienia w punkcie nie zależy od orientacji elementu powierzchniowego przechodzącego przez punkty, zależy jednak od głębokości położenia punktu, od rodzaju cieczy, od sił działających na ciecz.
5. Napór hydrostatyczny. Sposób wyznaczania dla powierzchni prosto- i krzywoliniowych.
Napór hydrostatyczny jest to siła, jaką wywiera ciecz w stanie spoczynku na dowolnie zorientowaną powierzchnię w przestrzeni (najczęściej dno lub ścianki naczynia).
- powierzchnia prostoliniowa
Napór hydrostatyczny= iloczyn pola ściany (A) i ciśnienia panującego w środku ciężkości tego pola (ps).
- powierzchnia krzywoliniowa
6. Na prostym przykładzie przedstawić prawo Archimedesa.
Prawo Archimedesa: na ciało pływające lub całkowicie zanurzone w cieczy działa pionowo w górę siła W, zwana wyporem, równa ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało.
Przykład:
Siła W jest zaczepiona w geometrycznym środku ciężkości ciała, zaś siła G zaczepiona jest w środku ciężkości masy ciała.
7. Definicja prędkości, prędkości średniej oraz natężenia przepływu. Odnieść je do linii prądu, strugi i strumienia.
Prędkość:
· Linia prądu
Wektory prędkości są styczne do linii prądu. Oznacza to, że nie mogą się one przecinać.
· Struga cieczy
gdzie Q to natężenie przepływu. Wektory prędkości są styczne do osi strugi.
· Strumień cieczy
Wektory są poziome.
Prędkość średnia i natężenie Q:
· Struga cieczy (+strumień- bo stumień składa się ze strug!)
Strumień:
Struga:
Oznacza to, że przez każdy przekrój strugi lub strumienia przepływa stała objętość cieczy. W tym przypadku niech w strudze i strumieniu bo są jako jednowymiarowe, odbywają się wzdłuż strugi i strumienia. Różne prędkości występujące w przekoju poprzecznym zastępowane są przez prędkość średnią.
8. Różnice między linią prądu, strugą i strumieniem.
· Linia prądu- to linia poprowadzona w wektorowym polu prędkości, w ten sposób, że wektory prędkości cząstek cieczy, na nich położonych są w danej chwili do tych linii styczne.
· Struga- to zbiór linii prądu, przechodzących prostopadle do pola dA
· Strumień- zbiór strug, przechodzących przez pole A o krańcowym wymiarze. Przekrojem poprzecznym A, nazywamy powierzchnię poprowadzoną prostopadle do wszystkich linii prądu, z jakich składa się strumień.
9. Zasada ciągłości przepływu i jej znaczenie w dynamice płynów.
· Struga
· Strumień
Oznacza to, że przez każdy przekrój strugi lub strumienia przepływa stała objętość cieczy. W tym przypadku niech w strudze i w strumieniu traktuje się jako jednowymiarowe przepływy odbywające się wzdłuż osi strugi i strumienia. Różne prędkości występujące w przekroju poprzecznym strumienia są zastępowane przez prędkość średnią.
10. Zasada zachowania energii w odniesieniu do cieczy doskonałej i rzeczywistej.
· Dla strugi cieczy idealnej
· Dla strugi cieczy rzeczywistej
w dwóch dowolnych przekrojach
· Dla strumienia cieczy rzeczywistej
a- współczynnik energii kinetycznej.
11. Graficzna interpretacja równania Bernoulliego dla strugi cieczy idealnej i strumienia cieczy rzeczywistej.
Geometryczna interpretacja równania Bernoulliego dla strugi cieczy idealnej.
Geometryczna interpretacja równania Bernoulliego dla strumienia cieczy rzeczywistej.
12. Współczynnik poprawkowy energii kinetycznej, definicja, znaczenie, zastosowanie.
Współczynnik a wyraża stosunek rzeczywistej energii kinetycznej strumienia do energii obliczonej za pomocą prędkości średniej. Współczynnik ten, nazywany współczynnikiem energii kinetycznej lub współczynnikiem Cariolisa, pozwala na skorygowanie błędu, jaki popełnimy przy obliczaniu energii kinetycznej i wyrazu v2/2g (który jest proporcjonalny do energii kinetycznej) za pomocą prędkości średniej. W obliczeniach praktycznych dla przepływów w przewodach zamkniętych przyjmuje się dla rzek i kanałów .
13. Zasada zachowania pędu.
Zastosowanie ma do ruchów szybkozmiennych
Przyrost pędu na jednostkę czasu jest równy sumie sił działających na ciało
Zapis ogólny
14. Współczynnik poprawkowy ilości ruchu, definicja, znaczenie, zastosowanie.
Współczynnik pędu b, nazywamy współczynnikiem Boussinesqa, za jego pomocą poprawia się błąd popełniany w obliczaniu pędów w przekrojach 1-1 i 2-2 za pomocą prędkości średnich v1 i v2.
Wzór stanowi definicję współczynnika b.
15. Doświadczenie Reynolds’a i jego znaczenie.
Podczas regulowania natężenia przepływu zmianie ulega prędkość przepływu cieczy, wtedy zabarwiama ciecz płynęła cienką strugą, nie mieszając się z pozostałą masą wody. Przy dużych prędkościach barwnik ulegał rozproszeniu na cały przekrój strumienia.
Reynolds zauważył, że istnieje pewna prędkość graniczna, zależna od stosunku siły bezwładności do siły lepkości, która oddziela te dwa ruchy.
Reynolds powiązał siłę bezwładności i siłę lepkości w jeden bezwymiarowy parametr, który póżniej nazwano liczbą Reynoldsa i oznaczono symbolem Re.
n- kinematyczny współczynnik lepkości, m2/s,
d- średnica przewodu, m,
v- średnia prędkość przepływu, m2/s.
Liczba Reynoldsa jest liczbą bezwymiarową. Na podstawie licznych badań ustalono, że krytyczna wartość liczby Re wynosi 2320. Oznacza to, że gdy Re=<2320, wówczas występuje ruch lawinarny, natomiast gdy Re>2320, wówczas występuje ruch burzliwy.
16. Wymienić i krótko scharakteryzować własności ruchu lawinarnego.
Przy małych prędkościach cieczy przeważają siły lepkości i wówczas ruch jest ruchem warstwowym, to jest lawinarnym.
Gdy Re=<2320 występuje ruch lawinarny.
W ruchu lawinarnym straty proporcjonalne są do prędkości w pierwszej potędze.
RUCH LAWINARNY W PRZEWODACH POD CIŚNIENIEM P PRZEKROJU KOŁOWYM O ŚREDNICY D=2R
-rozkład prędkości
-natężenie przepływu
17. Wymienić i krótko scharakteryzować własności ruchu burzliwego.
Ruch burzliwy charakteryzuje się tym, że cząsteczki cieczy, w przeciwieństwie do ruchu lawinarnego, przemieszczają się z jednej warstwy do drugiej, powodując zmianę pędu między warstwami.
-naprężenia styczne
-współczynnik
18. Podać co jest najistotniejsze w definicji ruchu jednostajnego.
W ruchu jednostajnym siły działające na wyodrębnioną dwoma przekrojami część strumienia równoważą się i suma ich rzutów na dowolną oś równa się zeru.
Zależność między naprężeniem, a stratami energii.
19. Podać jakie jest podstawowe zastosowanie wzoru Darcy-Weistacha.
Jest to uniwersalny wzór na obliczenie strat na długości, to jest strat powstających w wyniku tarcia płynącej cieczy o ścianki przewodu w ruchu jednostajnym. Uniwersalność wzoru polega na tym, że przez zmienność współćzynnika oporu hydraulicznego obejmuje on zarówno ruch lawinarny, jak i ruch burzliwy, a ponadto, po wprowadzeniu promienia hydraulicznego na miejsce średnicy, opisuje on ruch w przewodach o dowolnych przekrojach.
20. Bezwymiarowy współczynnik oporów hydraulicznych, definicja sposób wyznaczania.
Re- liczba Reynoldsa
k- chropowatość bezwzględna, mm,
D- średnica wewnętrzna przewou
W praktyce do wyznaczenia l posługujemy się wykresem;
21. Na czym polega doniosłość doświadczenia Nikuradse’go.
Przeprowadził szczegółowe badania ruchu burzliwego. Nikuradse przeprowadził badania dla rur okrągłych o znacznie zróżnicowanej chropowatości. Aby stopień chropowatości stał się wymierny Nikuadse posypywał powleczone lepikiem wewnętrzne powierzchnie rur ziarnami piasku o różnych średnicach.
chropowatość względna
k- średnica ziarna,
d- średnica przewodu.
Badania sprowadzały się do pomiarów współczynnika oporów liniowych l dla różnych chropowatości i różnych średnic d w dużym zakresie liczb Re. Otrzymane przez Nikuradse’go zależności:
A- strefa przepływów gładkich:
B- strefa przejściowa:
C- strefa przepływów chropowatych;
Badania Nikuradse’go wykazały, że punkty pomiarowe dotyczące jednej wartości e układają się wzdłuż jednej krzywej, co pozwoliło stwierdzić, żee jest funkcją dwóch zmiennych- liczby Reynoldsa i chropowatości względnej.
Prace Nikuradse’go stanowiły podstawę badań wielu późniejszych badaczy (np. Colebrocka i White’a).
22. Wyjaśnić pojęcie w równaniu Bernoulliego dla strumienia cieczy rzeczywistej.
jest to człon w równaniu Bernoulliego dla cieczy rzeczywistej, który reprezentuje tę część energii mechanicznej, która na drodze między kolejnymi przekrojami w kierunku przepływu, bezzwrotnie ulega przemianie na inne rodzaje energii (głównie na ciepło).
Straty te są wywołane przez naprężenia styczne wynikające z lepkości cieczy (straty na długości) oraz zmiany wymiarów i kształtu przekroju (straty miejscow).
23. Podać jaka jest podstawowa przyczyna występowania strat lokalnych podczas przepływu ciśnieniowego wody w przewodzie.
Przyczyną są zaburzenia w normalnym rozkładzie prędkości na skutek zmiany kierunku przepływu albo zmiany wymiarów lub kształtu przekroju poprzecznego, które wywołują straty.
Powstawanie wirów:
Straty są także wywoływane przez urządzenia eksploatacyjne montowane w przewodach, np. zawory, kolanka, trójniki itp.
24. Podać kroki postępowania przy projektowaniu przewodów pracujących pod ciśnieniem.
1) założyć prędkości przepływu w zakresie 1-1,5m/s
2) przekształcić równanie ciągłości ruchu do postaci:
A-pole przekroju poprzecznego przewodu,
Q-natężenie przepływu
V-prędkość średnia przepływu
3) na podstawie wyliczonego A obliczyć średnicę D (dobrać średnicę rur produkowanych na rynku) ze wzoru;
...
aga123331