Z. Kosma - Podstawy Mechaniki Płynów.pdf
(
4554 KB
)
Pobierz
375789150 UNPDF
POLITECHNIKA RADOMSKA
im.
Kazimierza
Pułaskiego
Z b i g n i e w K o s m a
PODSTAWY
MECHANIKI PÿYNíW
Radom 2002
Recenzenci:
prof. dr hab. in
Ň
. Michał Ciałkowski, Politechnika Pozna
ı
ska
prof. dr hab. in
Ň
. Maria Ewa Klonowska-Prosnak, Instytut Oceanologii PAN
Prof. dr hab. in
Ň
. Z b i g n i e w K o s ma , kierownik Zakładu Komputerowych Metod
In
Ň
ynierskich, dyrektor Instytutu Mechaniki Stosowanej. Absolwent Wydziału Me-
chanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej w 1974 r., stopie
ı
doktora nauk technicznych uzyskał na tym samym Wydziale w 1980 r., stopie
ı
dok-
tora habilitowanego w 1987 r. na Wydziale Budowy Maszyn Politechniki Gda
ı
skiej,
a tytuł naukowy profesora w 2001 r. W latach 1983 - 96 pracował dodatkowo w
Samodzielnej Pracowni Numerycznej Mechaniki Płynów Instytutu Maszyn Przepły-
wowych PAN w Gda
ı
sku. Zajmuje si
ħ
zagadnieniami numerycznej mechaniki pły-
nów, a główne elementy jego dorobku stanowi
Ģ
rezultaty bada
ı
osi
Ģ
gni
ħ
te w za-
kresie opracowania algorytmów rozwi
Ģ
zywania pełnych równa
ı
Naviera i Stokesa
(Direct Numerical Simulation) z wykorzystaniem funkcji sklejanych oraz algoryt-
mów transformacji obszarów opartych na metodach odwzorowania konforemnego.
Redaktor
Jolanta Nowicka
Korektor
Maria Pałys
Projekt okładki
Robert Bondarowicz
Skład i łamanie komputerowe
Zbigniew Kosma
Copyright © 2002 by Politechnika Radomska, Wydawnictwo
26-600 Radom, ul. Malczewskiego 20A, tel. (048) 361-7033, fax (048) 361-7034
e-mail
:
p r z yp i s @ p o c z t a . o n e t . p l
, h t t p : / / r e p u b l i k a . p l / p r z yp i s
ISBN 83-88001-59-0
Utwór w cało
Ļ
ci ani we fragmentach nie mo
Ň
e by
ę
powielany ani rozpowszechniany za po-
moc
Ģ
urz
Ģ
dze
ı
elektronicznych, mechanicznych, kopiuj
Ģ
cych, nagrywaj
Ģ
cych i innych bez
pisemnej zgody posiadacza praw autorskich
Wyd. III, poprawione i uzupełnione
Druk i oprawa
:
Zakład Poligraficzny Politechniki Radomskiej im. K. Pułaskiego
2
SPIS TRE
ĺ
CI
PRZEDMOWA ………………………………………………………………………...
5
WYKAZ WA
ņ
NIEJSZYCH OZNACZE
İ
……………………………………………
7
1. POJ
Ħ
CIA PODSTAWOWE MECHANIKI PŁYNÓW …………………………….
1.1. Przedmiot mechaniki płynów …………………………………………………..
1.2. Model o
Ļ
rodka ci
Ģ
głego ………………………………………………………...
1.3. Własno
Ļ
ci płynów ………………………………………………………………
1.4. Pola i ich klasyfikacja …………………………………………………………..
1.5. Przepływy laminarne i turbulentne ……………………………………………..
Ę
wiczenia ……………………………………………………………………………
9
9
10
11
17
18
19
2. WYBRANE ZAGADNIENIA STATYKI PŁYNÓW ………………………………
2.1. Ci
Ļ
nienie statyczne ……………………………………………………………..
2.2. Podstawowe równania równowagi płynu ………………………………………
2.3. Równowaga cieczy w jednorodnym polu grawitacyjnym ……………………...
2.4. Parcie cieczy na powierzchnie płaskie ………………………………………….
2.5. Parcie cieczy na powierzchnie zakrzywione ……………………………………
2.6. Prawo Archimedesa i równowaga ciał zanurzonych …………………………...
2.7. Równowaga ciał pływaj
Ģ
cych ………………………………………………….
Ę
wiczenia ……………………………………………………………………………
23
23
24
27
29
31
33
35
37
3. ELEMENTY KINEMATYKI PŁYNÓW …………………………………………..
3.1. Opis ruchu płynu ……………………………………………………………….
3.2. Graficzna reprezentacja pola pr
ħ
dko
Ļ
ci ………………………………………...
3.3. Przyspieszenie elementu płynu …………………………………………………
3.4. Ró
Ň
niczkowe równanie ci
Ģ
gło
Ļ
ci ……………………………………………….
3.5. Struktura pola pr
ħ
dko
Ļ
ci płynu …………………………………………………
3.6. Poj
ħ
cia i twierdzenia dotycz
Ģ
ce pól wirowych …………………………………
Ę
wiczenia ……………………………………………………………………………
47
47
48
49
50
53
57
59
4. PODSTAWOWE RÓWNANIA DYNAMIKI PŁYNÓW NIELEPKICH ………….
4.1. Ró
Ň
niczkowe równania ruchu Eulera …………………………………………..
4.2. Całki równania Eulera ………………………………………………………….
4.3. Ruch wirowy ……………………………………………………………………
Ę
wiczenia …………………………………………………………………………....
71
71
73
74
77
5. JEDNOWYMIAROWE PRZEPŁYWY CIECZY ………………………………….
5.1. Równanie Bernoulliego dla cieczy doskonałej …………………………………
5.2. Wypływ cieczy ze zbiorników ………………………………………………….
5.3. Przyrz
Ģ
dy pomiarowe …………………………………………………………..
5.4. Równanie Bernoulliego dla cieczy rzeczywistej ……………………………….
5.5. Reakcja wywierana przez strumie
ı
cieczy ……………………………………..
5.6. Zasada momentu p
ħ
du ………………………………………………………….
5.7. Ruch cieczy w kanale otwartym ………………………………………………..
Ę
wiczenia ……………………………………………………………………………
87
87
89
94
96
104
108
110
112
6. PŁASKIE PRZEPŁYWY CIECZY DOSKONAŁEJ ………………………………
6.1. Własno
Ļ
ci ogólne przepływów ustalonych …………………………………….
6.2. Przykłady płaskich przepływów potencjalnych ………………………………...
6.3. Superpozycja przepływów ……………………………………………………...
127
127
131
135
3
6.4. Siły działaj
Ģ
ce na profil kołowy …...……...…………………………………..
6.5. Opływ profilu lotniczego ……………………………………………………...
6.6. Fale na swobodnej powierzchni ………………………………………………
Ę
wiczenia …………………………………………………………………………..
141
143
149
152
7. JEDNOWYMIAROWE PRZEPŁYWY GAZU …………………………………..
7.1. Zale
Ň
no
Ļ
ci podstawowe ……………………………………………………….
7.2. Równanie Bernoulliego ……………………………………………………….
7.3. Prostopadła fala uderzeniowa …………………………………………………
7.4. Przepływ przewodem o zmiennym przekroju …………………………………
7.5. Przepływ izentropowy nieustalony ……………………………………………
7.6. Przepływ gazu przez przewody z uwzgl
ħ
dnieniem oporów tarcia ……………
Ę
wiczenia …………………………………………………………………………..
167
167
171
175
180
185
190
192
8. RÓWNANIA RUCHU PŁYNÓW LEPKICH …………………………………….
8.1. Zwi
Ģ
zek mi
ħ
dzy napr
ħŇ
eniami i odkształceniami …………....……………….
8.2. Równania Naviera-Stokesa ...............................................................................
8.3. Równanie zachowania energii ..........................................................................
8.4. Podstawowe zagadnienie mechaniki płynów ....................................................
8.5. Formy opisu ruchu cieczy lepkiej .....................................................................
8.6. Hydrodynamiczna teoria smarowania ...............................................................
Ę
wiczenia ................................................................................................................
209
209
214
216
220
221
225
229
9. PŁASKA LAMINARNA WARSTWA PRZY
ĺ
CIENNA .......................................
9.1. Koncepcja warstwy przy
Ļ
ciennej ......................................................................
9.2. Warstwa przy
Ļ
cienna w cieczy lepkiej ..............................................................
9.3. Oderwanie warstwy przy
Ļ
ciennej .....................................................................
9.4. Metody
Ļ
cisłe rozwi
Ģ
zania równa
ı
Prandtla .....................................................
9.5. Metody przybli
Ň
one wyznaczania warstwy przy
Ļ
ciennej ..................................
9.6. Warstwa przy
Ļ
cienna w gazie lepkim ...............................................................
Ę
wiczenia ................................................................................................................
251
251
252
256
258
264
268
272
10.
RUCH TURBULENTNY CIECZY LEPKIEJ ........................................................
10.1. Stateczno
Ļę
rozwi
Ģ
za
ı
równa
ı
Naviera-Stokesa.............................................
10.2. Opis ruchu turbulentnego ...............................................................................
10.3. Modele turbulencji .........................................................................................
10.4. Płaska turbulentna warstwa przy
Ļ
cienna .........................................................
10.5. Przepływy turbulentne w przewodach ............................................................
10.6. Opór ciał poruszaj
Ģ
cych si
ħ
w cieczy lepkiej ..................................................
Ę
wiczenia ................................................................................................................
281
281
286
289
293
297
300
302
11. METODY DO
ĺ
WIADCZALNE .............................................................................
11.1. Kryteria podobie
ı
stwa przepływów ...............................................................
11.2. Analiza wymiarowa ........................................................................................
11.3. Pomiary wielko
Ļ
ci fizykalnych .......................................................................
11.4. Urz
Ģ
dzenia laboratoryjne do bada
ı
modelowych ...........................................
11.5. Ruch cieczy w o
Ļ
rodkach porowatych ............................................................
Ę
wiczenia ................................................................................................................
311
311
315
317
324
328
331
339
339
342
349
357
360
LITERATURA .............................................................................................................. 373
4
12. DODATEK ..............................................................................................................
12.1. Podstawowe działania na wektorach ...............................................................
12.2. Wybrane poj
ħ
cia i twierdzenia teorii pola ......................................................
12.3. Tensory kartezja
ı
skie drugiego rz
ħ
du ............................................................
12.4. Równania zachowania w postaci całkowej .....................................................
12.5. Współrz
ħ
dne krzywoliniowe ortogonalne .......................................................
PRZEDMOWA
Kolejne wydanie podr
ħ
cznika „Podstawy Mechaniki Płynów” zostało opracowa-
ne z my
Ļ
l
Ģ
o studentach Wydziału Mechanicznego Politechniki Radomskiej i innych
wydziałów mechanicznych politechnik oraz wydziałów technicznych uniwersytetów,
ucz
Ģ
cych si
ħ
na studiach dziennych magisterskich i in
Ň
ynierskich oraz wieczorowych
i zaocznych. Ma on za zadanie zilustrowanie i ugruntowanie wiadomo
Ļ
ci ogólnych
z mechaniki płynów, a jednocze
Ļ
nie wzmo
Ň
enie zainteresowania tym przedmiotem.
Plan studiów przewiduje w jednym semestrze trzy godziny zaj
ħę
z mechaniki
płynów tygodniowo dla kierunku mechanika i budowa maszyn oraz dwie godziny
zaj
ħę
dla kierunku in
Ň
ynierskiego; oprócz tego na obu kierunkach prowadzone jest
laboratorium w wymiarze jednej godziny tygodniowo. Przy nauczaniu tego przed-
miotu staje si
ħ
zatem wobec niełatwego zadania jak najskuteczniejszego wykorzy-
stania skróconego wymiaru czasu przewidzianego przez plan studiów - zwa
Ň
ywszy,
Ň
e chodzi o przedmiot podstawowy, obszerny i o licznych zastosowaniach. Wykłady
i
ę
wiczenia powinny da
ę
bowiem podstaw
ħ
do zrozumienia najwa
Ň
niejszych zjawisk
z dziedziny mechaniki płynów i stanowi
ę
wprowadzenie do jej współczesnych osi
Ģ
-
gni
ħę
, a nie by
ę
jedynie encyklopedycznym przegl
Ģ
dem rozmaitych formuł i ich
zastosowa
ı
.
W tej sytuacji niniejszy podr
ħ
cznik powinien znacznie usprawni
ę
proces naucza-
nia, zwi
ħ
kszaj
Ģ
c efektywny czas, b
ħ
d
Ģ
cy do dyspozycji wykładowcy - dzi
ħ
ki mo
Ň
li-
wo
Ļ
ci odwołania si
ħ
do niego przy szczegółowym wyprowadzaniu wielu równa
ı
i wzorów. Maj
Ģ
c równie
Ň
na wzgl
ħ
dzie to,
Ň
e przedmiot opiera si
ħ
nie tylko na zna-
jomo
Ļ
ci mechaniki ciała stałego i termodynamiki, ale tak
Ň
e na wyidealizowanych
modelach matematycznych o ró
Ň
nym stopniu zło
Ň
ono
Ļ
ci - dodano te
Ň
aneks zawiera-
j
Ģ
cy podstawowe poj
ħ
cia matematyczne hydrodynamiki klasycznej.
Materiał przedstawiony w podr
ħ
czniku został uło
Ň
ony zgodnie z zasad
Ģ
„od
łatwiejszego do trudniejszego” - omawiane s
Ģ
wi
ħ
c kolejno: wiadomo
Ļ
ci podstawo-
we, zagadnienia statyki i kinematyki płynów, przepływy płynów nielepkich, nast
ħ
p-
nie przepływy płynów lepkich oraz niektóre ich szczególne przypadki. Wydaje si
ħ
by
ę
uzasadnione wzgl
ħ
dami dydaktycznymi, aby przej
Ļ
cie od mechaniki ciała stałe-
go do mechaniki płynów odbywało si
ħ
kolejnymi etapami, zezwalaj
Ģ
cymi na stop-
niowe wprowadzanie do zasadniczo nowego przedmiotu. Mo
Ň
liwe jest równie
Ň
pro-
wadzenie wykładu mechaniki płynów w taki sposób,
Ň
eby najpierw omówi
ę
najogól-
niejsze prawa rz
Ģ
dz
Ģ
ce ruchem płynu lepkiego i przewodz
Ģ
cego ciepło (rozdz. 12.4),
a nast
ħ
pnie po przyj
ħ
ciu dodatkowych zało
Ň
e
ı
dotycz
Ģ
cych wła
Ļ
ciwo
Ļ
ci fizykalnych
płynu lub przebiegu zjawiska przepływowego, uzyska
ę
ró
Ň
ne modele uproszczone
płynu.
Wyboru materiału dokonano w taki sposób,
Ň
eby w ograniczonej obj
ħ
to
Ļ
ci pod-
r
ħ
cznika przedstawi
ę
mo
Ň
liwie jak najwi
ħ
ksz
Ģ
liczb
ħ
rozmaitych zagadnie
ı
mecha-
niki płynów - starano si
ħ
przy tym stosowa
ę
jak najprostszy aparat matematyczny
i zwrócono szczególn
Ģ
uwag
ħ
na interpretacj
ħ
fizyczn
Ģ
zjawisk. Po omówieniu po-
5
Plik z chomika:
M-Lato
Inne pliki z tego folderu:
Sławomir Białas - Metrologia techniczna z podstawami tolerowania wielkości geometrycznych dla mechaników, wydanie 2006 ODWRÓCONE STRONY.PDF
(185780 KB)
Ocioszyński J. - Energetyka energooszczędnych układów napędowych maszyn roboczych.PDF
(172218 KB)
Starczewski Z. - Drgania mechaniczne.pdf
(1127 KB)
J. Bajkowski - Podstawy Zapisu Konstrukcji.pdf
(89360 KB)
Hubert Izdebski, Michał Kulesza - Administracja publiczna, zagadnienia ogólne, wydanie 2004.pdf
(56016 KB)
Inne foldery tego chomika:
eTrapez
LabVIEW [Kursy przygotowawcze (wszystkie)]
Language Leader Intermediate
MathCAD_15.0
MatLAB_2011a
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin