1. Co to jest gęstość i ciężar właściwy płynu (wzory)?
$$\rho = \frac{m}{V}\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\ \gamma = g\rho\left\lbrack \frac{N}{m^{3}} \right\rbrack$$
2. Który przepływ nazywamy nieściśliwym?
ρ = const
3. Który przepływ nazywamy barotropowym (paroklinowym)?
Płyn, którego gęstość jest stała lub zależna tylko od ciśnienia; ρ = f(p)
4. Który przepływ nazywamy bezwirowym lub potencjalnym?
Przepływ bezwirowy nazywamy przepływ, którego pole prędkości jest
równe zero; $\text{rot}\overrightarrow{v} = 0$
5. Który płyn (gaz, ciecz) nazywamy doskonałym (idealnym)?
Ciecz doskonała – pomija się: lepkość (μ = 0), ściśliwość (ρ = const),
rozszerzalność cieplną (βt = 0), napięcie powierzchniowe (σ = 0)
Gaz doskonały – pomija się: objętość molekuł, siły spójności oraz
lepkości; gaz spełnia równanie Clapeyrona pV=nRT
6. Równanie stanu gazu doskonałego.
pV=nRT,
7. Równanie ciągłości. Objętościowe i masowe natężenie przepływu.
Podać wzór dla rury o przekroju kołowym.
Równanie ciągłości:
V * A = const
V1A1 = V2A2
Objętościowe natężenie przepływu:
$$\dot{V} = \upsilon sr*A = \upsilon sr*\frac{\text{πD}}{4}$$
Masowe natężenie przepływu:
$$\dot{m} = \rho*\dot{V =}\rho*\upsilon sr*A = \rho*\upsilon sr*\frac{\text{πD}}{4}$$
1. Siły masowe, przykład sił należących do nich.
Siły masowe działają na każdy element płynu znajdującego się w polu
tych sił. Siły są to proporcjonalne do całej masy ciała
- siła grawitacji
- siła bezwładności
- siły odśrodkowe
- siły o naturze elektromagnetycznej
2. Siły powierzchniowe, przykład sił należących do nich.
Siły powierzchniowe działają na powierzchni wydzielonej masy płynu
i są proporcjonalne do tej powierzchni
- siła ciśnieniowa
- siła tarcia wewnętrznego
- siła tarcia płynu o ściany sztywne
- siła parcia hydrostatycznego
- napięcie powierzchniowe
3. Ciśnienie statyczne, hydrostatyczne, dynamiczne i całkowite (wzory).
Ciśnienie statyczne – ciśnienie równe wartości siły działającej na jednostkę
powierzchni, z jaką działają na siebie dwa stykające się elementy
przepływającego lub będącego w spoczynku płynu, które znajdują się w
danej chwili w rozpatrywanym punkcie przestrzeni.
Ciśnienie dynamiczne to jednostkowa siła powierzchniowa, jaką przepływający
płyn wywiera na ciało w nim się znajdujące. Do pomiaru ciśnienia
dynamicznego służy rurka Pitota lub rurka Prandtla. Ciśnienie dynamiczne
to różnica między ciśnieniem całkowitym i ciśnieniem statycznym.
$$\frac{V^{2}}{2} + \frac{p}{\rho} + gh = const$$
Ciśnienie hydrostatyczne – ciśnienie wynikające z ciężaru cieczy znajdującej
się w polu grawitacyjnym. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości
i kształtu zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości.
p = ρgh
Ciśnienie całkowite - ciśnienie wywierane przez płyn na przeszkodę ustawioną
prostopadle do strumienia w punkcie całkowitego zatrzymania.
1. Równanie Bernuolliego dla przepływu nieściśliwego w rurce poziomej
(w rurce pionowej) w polu sił grawitacyjnych.
Rurka pozioma:
h=const
$$p + \frac{\rho V^{2}}{2} = const$$
Rurka pionowa:
$$\frac{V^{2}}{2} + \frac{p}{\rho} + gh = const$$
2. Co mierzymy za pomocą rurki Pitota-Prandtla (wzór)?
Rurka Prandtla – przyrząd do pomiaru prędkości przepływu płynu poprzez
pomiar ciśnienia w przepływającym płynie.
$$\upsilon = \sqrt{\frac{2(p1 - p2)}{\rho}}$$
3. Co mierzymy za pomocą zwężki Venturiego (wzór)?
Przyrząd służący do pomiaru prędkości przepływu płynu. Zasada jej działania
jest ilustracją prawa Bernoulliego
$$\upsilon = \sqrt{\frac{2(p1 - p2)}{\rho\left\lbrack \left( \frac{D}{d} \right)^{4} - 1 \right\rbrack}}$$
4. Wypływ cieczy ze zbiornika przez mały otwór (wzór).
$$\upsilon = \sqrt{\frac{2(p1 - pa)}{\rho} + 2gh}$$
5. Współczynnik lepkości dynamicznej i kinematycznej (wzory).
Płyny newtonowskie.
Lepkością nazywa się zdolność płynu do przenoszenia naprężeń stycznych przy
wzajemnym przemieszczaniu jego elementów z różnymi prędkościami.
dynamiczny:
μ[Pa * s]
kinematyczny:
$$\nu = \frac{\mu}{\rho}\left\lbrack \frac{m}{s^{2}} \right\rbrack$$
Płyn newtonowski (doskonale lepki), model lepkości płynu wprowadzony przez
Isaaca Newtona wykazujący liniową zależność naprężenia ścinające go od
- naprężenie, - szybkość ścinania,
- lepkość dynamiczna, dla płynu newtonowskiego jest to wartość stała,
- prędkość warstwy płynu, - prędkość przesuwanej płytki ścinającej płyn,
- element grubości warstwy płynu.
1. Podać wzór liczby Reynoldsa. Co charakteryzuje krytyczna liczba Re?
$$Re = \frac{\text{ρυD}}{\mu} = \frac{\text{υD}}{\nu}$$
Rekr=2000 ÷ 2300
2. Przepływ laminarny, przejściowy i turbulentny.
Przepływ laminarny jest to przepływ uwarstwiony, w którym płyn przepływa
w równoległych warstwach, bez zakłóceń między warstwami.
Re < 2100
Przepływ przejściowy
2100 < Re < 3000
Przepływ turbulentny, burzliwy - bardzo skomplikowany, nielaminarny
ruch płynów. Ogólniej termin ten oznacza złożone zachowanie dowolnego
układu fizycznego, czasem zachowanie chaotyczne. Ruch turbulentny płynu
przejawia się w występowaniu wirów i innych struktur koherentnych, zjawisku
oderwania strugi, zjawisku mieszania.
Re>3000
3. Straty ciśnienia w rurociągach, prędkość średnia (wzór).
Formuła Darcy-Weisbacha:
$$\Delta p = \frac{\text{λρ}\upsilon^{2}L}{2d}$$
1. Straty liniowy, współczynnik oporów liniowych (wzory).
$$\frac{\Delta p}{L} = \frac{\text{λρ}\upsilon^{2}}{2d}$$
współczynnik oporów liniowych
λ = f(ε, Re)
$$\varepsilon = \frac{k}{d}$$
2. Straty miejscowe, współczynnik oporów miejscowych(wzór).
$$\Delta p = \frac{\text{ζρ}\upsilon^{2}}{2}$$
współczynnik oporów miejscowych
3. Prędkość dźwięku w gazie, liczba Macha (wzory). Dysza de Lavala
prędkość dzwięku:
$$a = \sqrt{\frac{\text{kp}}{\rho}} = \sqrt{kR'T}$$
powietrze 340 m/s
hel 965 m/s
liczba Macha:
$$Ma = \frac{\upsilon}{a}$$
Ze względu na liczbę Macha można podzielić rodzaje przepływu na:
•nieściśliwy: Ma << 1
•poddźwiękowy: Ma < 1
•dźwiękowy: Ma = 1
•okołodźwiękowy: 0.8 < Ma < 1.2
•naddźwiękowy: Ma > 1
•hiperdźwiękowy: Ma >> 1
Dysza de Lavala – kanał aerodynamiczny dzięki któremu można
uzyskać przepływ naddźwiękowy wykorzystywany w niektórych
typach turbin parowych, w silnikach odrzutowych i rakietowych.
Przekrój dyszy Lavala w początkowym odcinku ulega zwężeniu, następnie
rozszerza się. W części zwężającej się następuje przyspieszenie gazu od
prędkości początkowej do prędkości dźwięku. W końcowej części następuje
dalsze przyspieszanie powyżej prędkości dźwięku, chociaż przyspieszenie
stopniowo maleje. Na całej długości dyszy gaz rozpręża się i ma miejsce
wzrost jego prędkości. Podczas pracy naddźwiękowej przekrój najwęższy
jest przekrojem krytycznym, a parametry gazu w nim występujące
1. Porowatość ośrodka, prędkość filtracji. Prawo Darcy’ego (wzór).
Porowatość ośrodka porowatego definiuje się jako stosunek objętości
przestrzeni porowej do objętości całego ośrodka porwatego :
Prędkość filtracji - wartość prędkości poruszania się płynu w ośrodku
porowatym, związany bezpośrednio z natężeniem przepływu.
$\upsilon = \frac{Q}{A}$ prawo Darcyego υ = kI $I = \frac{\text{dh}}{\text{dL}}$
k – współczynnik filtracji
I – spadek hydrauliczny
L – droga filtracji