1. Jakie właściwości materiałowe charakteryzują płyn, omówić

Lepkość, ściśliwość, gęstość

2. Podać parametry kinematyczne płynu

Temperatura T, ciśnienie p, prędkość v

3. Jakimi obszarami wiedzy zajmuje się mechanika płynów, podać 5 przykładów

hydraulika, hydrodynamika, aerostatyka, hydrostatyka, aerodynamika

4. Co to jest ośrodek ciągły

Ciało, w którym pominięto budowę cząsteczkową w celu stosowania analizy matematycznej do opisu zjawisk wewnętrznych co znacznie upraszcza tok rozumowania i ilość obliczeń.

5. Kiedy można opisywać płyn jako ośrodek ciągły

Opisuje to liczba Knudsena (Kn). Dla Kn<0,1 płyny można traktować jako ośrodki ciągłe, jeżeli jednak niespełnione jest to kryterium to należy stosować zasady mechaniki statystycznej.

6. Co to jest lepkość, podać wartości przykładowe dla płynów rzeczywistych

Lepkość jest to zdolność płynów do przenoszenia naprężeń stycznych przy wzajemnym przemieszczaniu elementów poruszających się z różnymi prędkościami. Rozróżniamy lepkość dynamiczną i kinematyczną.

v=µ/⍴ smoła µ=10⁷Pa*s krew µ=10⁻³Pa*s

v-kinematyczny współczynnik lepkości [m²/s] µ- dynamiczny współczynniki lepkości [Pa*s] ⍴- gęstość kg/m³

7. co to jest ściśliwość

Miara względnej zmiany objętości cieczy lub ciała stałego w odpowiedzi na zmianę ciśnienia (lub naprężenia)

$$= \frac{\Delta V}{V}\ \frac{1}{\Delta p}$$

8. Omówić dynamiczny współczynnik lepkości, podać wartość dla wody lub

powierza oraz jednostki.

Wyraża stosunek naprężeń ścinających do szybkości ścinania

powietrze µ=18*10^-6 Pa*s woda µ= 0,00179 Pa*s

9. Omówić kinematyczny współczynnik lepkości, podać wartość dla wody lub

powierza oraz jednostki.

Wyraża stosunek dynamicznego współczynnika lepkości do gęstości płynu

powietrze v=15*10^-6 m²/s woda v=10^-6 m²/s

10. Zasada zachowania masy dla płynów ściśliwych i nieściśliwych

ściśliwe $\frac{d}{\text{dt}} + \nabla v = 0$

nieściśliwe =const div v=0

11.Podać postać inżynierską zasady zachowania masy dla płynów ściśliwych

⍴₁V₁A₁=⍴₂V₂A₂ ∑Q_m=0

12. Podać postać inżynierską zasady zachowania masy dla płynów nieściśliwych

A₁V₁=A₂V₂ ∑Q_m=0

13. Omówić zasadę zachowania pędu

Jeżeli na jakichś układ ciał nie działają siły zewnętrzne, wtedy układ ten ma stały pęd, czyli jeśli F=0, to p=const. Inaczej mówiąc zmienić pęd układu może tylko siła działająca z zewnątrz układu.

14. Równanie Naviera-Stokes'a dla zasady zachowania pędu:

gdzie:

 - gęstość płynu

 - Operator Stokesa zwany też pochodną substancjalną,

V - wektor prędkości,

f - wektor przyspieszenia płynu (sił masowych),

P - tensor naprężeń wewnętrznych w elemencie płynu.

∇ - operator Hamiltona

15. Co to są siły powierzchniowe

Są to siły proporcjonalne do powierzchni i działają tylko na powierzchni wydzielonej masy cieczy. Siłę powierzchniową ΔF można podzielić na dwie składowe: normalną ΔP i styczną ΔT (siły oporu – tylko w przypadku ruchu płynów rzeczywistych) do danej powierzchni. F_pow = ∫_A πdA

16. Co to są siły masowe

Siły działające na wszystkie cząstki objętości płynu. Działają tylko gdy płyn znajduje się w polu sił (grawitacyjnych, bezwładności). Wartość siły masowej jest proporcjonalna do masy cieczy. F_mas = ∫_v fdv

17. Co to jest cyrkulacja i jakiej wielkości jest miarą?

Dla przepływającego płynu z prędkością v wzdłuż zamkniętej krzywej AB cyrkulacja określona jest wzorem:

ᴦ = ∫_A^Bv ds ,gdzie ds oznacza wektor styczny do krzywej całkowania.

Niezerowa wartość cyrkulacji oznacza, że w analizowanym obszarze występuje zawirowanie cieczy

18. Co to jest wydatek i czego jest miarą?

Wydatek jest miarą ilości płynu przepływającego przez wyodrębnioną przestrzeń, obszar lub poprzeczny przekrój w jednostce czasu. Rozróżniamy wydatek:

-objętościowy $Q_{v} = \frac{\dot{v}}{t}$ [$\frac{m^{3}}{s}\rbrack$ $\dot{v} - objetosc\ t - czas$

-masowy $Q_{m} = \frac{m}{t}$ [$\frac{\text{kg}}{s}\rbrack$

- molowy $Q_{\text{mol}} = \frac{\text{mol}}{t}$

19. Co to jest tensor naprężeń i co charakteryzuje.

Tensor naprężenia σ opisuje naprężenie w oderwaniu od kierunku powierzchni przekroju. Reprezentowany jest przez macierz zawierającą składowe naprężenia, której elementy przekształcają się wraz z przyjętym układem współrzędnych.

20. Podać postać tensora naprężeń dla płynów nielepkich

21. Co to są równania konstytutywne

Równania konstytutywne są związkami materiałowymi, definiujące materiał. W procesach mechanicznych takimi związkami są zależności pomiędzy tensorem naprężeń a miarami odkształcenia. Prawo Hooke`a jest w szczególności związkiem konstytutywnym ciał liniowo sprężystych.

22 takie samo jak 18

23. Omówić działanie sondy Pitota, co nią mierzymy

To najprostszy przyrząd do pomiaru prędkości miejscowej. Pierwotnie używano jej do pomiaru prędkości wody w rzekach. To sztywna rurka zagięta pod kątem 90 ^o (sonda). Sonda umieszczona jest w osi przewodu przeciwnie do kierunku przepływu i jest połączona giętkim przewodem z manometrem różnicowym. Ciśnienie jakie zostanie zmierzone to ciśnienie całkowite (p_c).

24. Omówić dzialanie sondy Prandtla, co nią mierzymy

Jest to przyrząd pomiarowy umożliwiający bezpośredni pomiar różnicy ciśnienia całkowitego i statycznego (Pd=Pc-Ps). Otwory boczne w sondzie mierzą ciśnienie statyczne (p_s), a otwór z przodu ciśnienie całkowite (p_c). Aby pomiar rurką Prandtla był dokładny, to głowicę rurki należy ustawić równolegle do kierunku przepływu.

25. Omówić dzialanie zwężki Venturii’ego, oraz kryza ISA

Zwężka Venturiego - przyrząd służący do pomiaru prędkości przepływu płynu na podstawie zjawiska spadku ciśnienia w cieczy wraz ze wzrostem jej prędkości. Zasada jej działania oparta jest na równaniu Bernoulliego.

Kryzę ISA stosujemy do pomiaru objętości i masy płynów. To element zabudowany w rurociągu powodujący zmniejszenie jego przekroju poprzecznego, wzrost prędkości przepływu i energii kinetycznej kosztem spadku ciśnienia statycznego.

26. Co to jest wirowość, jak ja definiujemy

Wirowość jest zdefiniowana jako rotacja pola prędkości płynu. Można również traktować ją jako cyrkulację na jednostkę pola w pewnym punkcie przepływu płynu. Jest to wielkość wektorowa, której kierunek jest zgodny z osią obrotu płynu. Dla przepływu dwuwymiarowego wektor wirowości jest prostopadły do płaszczyzny. Miarą wirowości jest cyrkulacja

27. Liczba Reynoldsa

,

gdzie:

l- rozmiar przekroju poprzecznego,

ni-dynamiczny współczynnik lepkości,

ro- gęstość płynu,

v - prędkość płynu

Liczba ta pozwala określić rodzaj przepływu.

28. Liczba Macha

Określa stosunek prędkości V do lokalnej prędkości dźwięku ‘a’ . Liczba Macha odnosi się zarówno do obiektów poruszających się z dużą szybkością w płynie, jak i płynów płynących z dużą szybkością w kanałach (tunelach). Liczba ta jest szczególnie istotna w przypadkach, kiedy prędkość przepływu jest bardzo duża : Ma=V/a gdzie:

V-prędkość przepływu lub obiektu[m/s],

a-prędkość dźwięku w płynie w danym miejscu [m/s].

Rodzaje:

nieściśliwy:Ma<<1; poddźwiękowy:Ma<1; dźwiękowy:Ma=1; okołodźwiękowy:0,8<Ma<1,2; naddźwiękowy: Ma>1;

hiperdźwiękowy:Ma>>1

29. Przy jakich założeniach obowiązuje Równanie Bernouliego

Równanie Bernouliego obowiązuje gdy przepływ jest nielepki, nieściśliwy, jednowymiarowy, ustalony, bezwirowy.

30. Podać równanie Bernoulliego dla pl. rzeczywistych, omówić

$\frac{\text{ρv}_{1}^{2}}{2} + \text{ρgh}_{1} + p_{1\ } = \frac{\text{ρv}_{2}^{2}}{2} + \rho gh_{2} + p_{2} + h_{\text{str}}$ << wspł. strat wzdłuż linii prądu

E_k E_pot ρ − gestosc g − sila grawitacji v − predkosc p − cisnienie  

31. Co oznacza ciśnienie stracone w równaniu Bernoullego, omówić

$h_{\text{str}} = \lambda\frac{l}{d}\frac{\text{ρv}_{1}^{2}}{2} + \xi\frac{\text{ρv}_{2}^{2}}{2}$ λ − straty liniowe ξ − straty lokalne l − dl. rury  d − srednica

32. Co to jest ciśnienie statyczne, dynamiczne i całkowite.

Ciśnienie całkowite - ciśnienie wywierane przez płyn na przeszkodę ustawioną prostopadle do strumienia w punkcie całkowitego zatrzymania. P_c = P_s + P_d. Do pomiaru służy rurka Pitota.

Ciśnienie statyczne – ciśnienie równe wartości siły działającej na jednostkę powierzchni, z jaką działają na siebie dwa stykające się elementy płynu.

Ciśnienie dynamiczne to jednostkowa siła powierzchniowa, jaką przepływający płyn wywiera na ciało w nim się znajdujące. Do pomiaru ciśnienia dynamicznego służy rurka Prandtla.

33. Co nam określa wykres piezometryczny.

Określa zależność ciśnienia statycznego wzdłuż rozpatrywanego przewodu.

34. Co wpływa na wartość współczynnika siły oporu

Fx = Cx S ($\frac{\rho v^{2}}{2}$)

cx- współczynnik zależny od kształtu, kątowej orientacji poruszającego się ciała, liczby Reynoldsa (Re) i liczby Macha (Ma).

35. Co wpływa na wartość współczynnika siły nośnej

Fy = Cy S ($\frac{\rho v^{2}}{2}$)

cy - współczynnik zależny od kształtu ciała, kąta natarcia, liczby Reynoldsa i liczby Macha charakteryzującej przepływ,

36. Kiedy powstaje siła nośna?

Powstaje gdy mamy różnicę ciśnień między dołem a górą

37. Co to jest siła nośna

Składowa siły prostopadła do kierunku ruchu ciała. Wyraża się wzorem:

Pz=cy S $\ \frac{\rho v^{2}}{2}$,

gdzie:

S - pole powierzchni ciała,

cy – współczynnik siły nośnej,

v - prędkość ciała względem ośrodka,

ρ - gęstość ośrodka

38. Co to jest siła oporu

Siłę oporu jest skierowana przeciwnie do prędkości ciała względem płynu, w dowolnym przypadku oblicza się z zależności:

Px=cx S $\ \frac{\rho v^{2}}{2}$,

gdzie:

Cx – współczynnik siły oporu;

S – powierzchnia rzutu ciała na płaszczyznę prostopadłą do kierunku ruchu względnego płynu;

v– prędkość ciała względem płynu

ρ – gęstość płynu.

39. Co to jest krytyczna liczba Reynoldsa

Wyróżniamy dolną i górną:

-dolna to taka poniżej której nie obserwuje się przepływu turbulentnego

Re_kr1=2300

-górna to taka powyżej której nie występuje przepływ laminarny

Re_kr2=50000

40. Co charakteryzuje przepływy turbulentne

Powyżej dolnej liczby krytycznej na skutek rosnącej roli sił bezwładności przepływ taki traci stateczność i pojawiają się w nim zaburzenia charakteryzujące się stochastycznymi fluktuacjami prędkości. Przy dalszym wzroście liczby Reynoldsa powyżej górnej wartości krytycznej zaburzenia obejmują cały przepływ.

41. Co charakteryzuje przepływy laminarne

Przy niskich wartościach liczby Reynoldsa czyli przy relatywnie dużych siłach lepkości, przepływ ma charakter uporządkowany –elementy płynu poruszają się po torach równoległych i nie dochodzi do ich wzajemnego mieszania się.

42. Co to jest współczynnik turbulencji

Jest miarą intensywności turbulencji

$= \frac{\sqrt{\frac{1}{3}(U_{x}^{2} + U_{y}^{2} + U_{z}^{2})}}{a\ sr}$ U_x ,  U_y U_z  - składowe prędkości pulsacji a śr - prędkość średnia

43. Co to jest lepkość turbulentna

Jest miarą poziomu turbulencji; wyraża intensywność transportu pędu w przepływie turbulentnym w wyniku wirowego mieszania płynu.

44. Wymienić dwie hipotezy wyznaczania lepkości turbulentnej,

1. Matematycznym opisem turbulentnego ruchu płynu są równania Reynolds'a. Reynolds założył, że w przepływie turbulentnym prędkość i ciśnienie płynu mogą być przedstawione w postaci sum ich wartości średnich oraz fluktuacji turbulentnych

2. Boussinesq założył, że naprężenia turbulentne Reynoldsa mogą być powiązane z tensorem średnich prędkości deformacji. Różnica polega na tym, że w przypadku naprężeń turbulentnych współczynnikiem proporcjonalności jest dynamiczny współczynnik lepkości turbulentnej.

45. Co to jest tensor naprężeń turbulentnych

Jest to rozkład naprężeń stycznych w 3 kierunkach, Najpopularniejszy jest model turbulencji przepływu płynu nieściśliwego, o niewielkich prędkościach. Jego składowymi są m. in. energia kinetyczna turbulencji, dyspacja energii kinetycznej turbulencji.

46. Jaki wpływ na obliczenia maja różne modele turbulencji

1. Model zerorównaniowy

-łatwy do zastosowania

-daje dobre wyniki dla cienkich warstw ścinających, wypływów z otworów i śladów za opływanymi obiektami

-nie uwzględnia "historii" przepływu

-nie bierze pod uwagę energii kinetycznej turbulencji

-zawodzi w przypadku przepływów z oderwaniem i recyrkulacją

2. Model jednowymiarowy

-zależy od energii kinetycznej turbulencji

-potrzeba zastosowania dodatkowego równania

-pozwala uwzględnić historie zmian kinetycznej turbulencji w przepływie

3. Model dwuwymiarowy

-daje dobre wyniki dla wielu realistycznych przepływów o znaczeniu technicznym

-kosztowny matematycznie

4. Metoda LES

5. Metoda DNS

47. Co to sa tunele aerodynamiczne

Urządzenie badawcze aerodynamiki doświadczalnej, wykorzystywane do badania opływu płynów wokół obiektu. W urządzeniu tym wykorzystuje się jednorodny strumień powietrza, który opływa badany przedmiot.

48. Co to jest przestrzeń pomiarowa w tunelu aerodynamicznym

Przestrzeń pomiędzy konfuzorem a dyfuzorem. Może być otwarta lub zamknięta.

49. Jakie wielkości charakteryzuja tunele aerodynamiczne,

1. Współczynnik równomierności prędkości V_jV w obszarze pomiarowym przestrzeni pomiarowej

2. Współczynnik turbulencji strumienia powietrza I [%] w pomiarowym obszarze przekroju poprzecznego przestrzeni pomiarowej

V'_x, V'_y, V'_z - składowe pulsacji prędkości na kierunkach x, y, z

3. Maksymalny kąt odchylenia wektora prędkości strumienia powietrza Δα[stopnie] w obszarze przekroju poprzecznego

4. Liczba tunelu jest wskaźnikiem jakości tunelu aerodynamicznego

FPP – powierzchnia poprzecznego przekroju przestrzeni pomiarowej

Nn – moc nominalna silnika wentylatora tunelu aerodynamicznego

50. Co to jest waga aerodynamiczna i do czego służy

Przyrząd służący do pomiaru sił oraz momentów, które działają na dany obiekt, który jest umieszczony w strumieniu powietrza tunelu aerodynamicznego. Obiekt jest połączony z elementami wagi w taki sposób, że umożliwia to zmianę jego położenia. Do pomiaru wykorzystuje się czujniki m.in. mechaniczne, tensometryczne, hydrauliczne oraz pneumatyczne.

51. Co to jest warstwa przyscienna?

W przepływie potencjalnym lepkiej cieczy cienka warstwa płynu wokół opływanego przedmiotu, w której prędkość zmienia się od zera (bezpośrednio przy opływanym ciele) do wartości 99% prędkości opływu dla płynu nielepkiego.
Grubość warstwy przyściennej zależy od liczby Reynoldsa.

52. Czym charakteryzuje się warstwa przyścienna?

- grubość warstwy jest znacznie mniejsza od grubości ścianki

- liczba Re jest duża

- prędkość normalna jest znacznie mniejsza od prędkości wzdłużnej

- nieliniowy rozkład prędkości

-duży wpływ lepkości

53. Jakie czynniki wpływają na oderwanie warstwy przyściennej

Wystąpienie dodatniego gradientu ciśnienia wzdłuż warstwy przyściennej ( czyli wzrostu ciśnienia w kierunku przepływu) . Element płynu przy samej ściance jest hamowane siłami lepkości i siłami ciśnienia, co powoduje jego zatrzymanie, a następnie ruch w kierunku przeciwnym do przepływu.

54. Co to są ciała opływowe

Zaliczamy do nich przede wszystkim ciała kształtu, w których główną część całkowitego oporu aerodynamicznego stanowi opór tarcia. Oderwanie warstwy przyściennej następuje po bardzo dużym okresie czasowym.

55. Co to jest grubość warstwy przyściennej

Odległość mierzona w kierunku prostopadłym do ścianki do punktu, w którym prędkość wynosi 0,99 prędkości niezaburzonej

56. Narysować rozkład prędkości w warstwie przyściennej

57. Co powoduje oderwanie warstwy przyściennej.

To co 53