HYDRAULIKA

Wykład 1 07.10.05.

HYDRAULIKA-zajmuje się oddziaływaniem sił zew na ciecze.

FILTRACJA-przepływ wody przez grunty. DZIAŁY HYDRAULIKI:1)hydrostatyka-zajmuje się cieczami pozostającymi w stanie spoczynku.2)hydrodynamika-zajmuje się cieczami będącymi w ruchu. CIECZ-ciało o określonej objętości, a nie określonej postaci; przyjmuje ona kształt naczynia, w którym się znajduje. Stanowi ona jednolitą ciągłą masę, której cząsteczki oddziałują na siebie wzajemnie i są bardzo ruchliwe. PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI CIECZY:1)gęstość-stosunek masy pewnej wyodrębnionej bryły danego ciała do jego objętości.

(ciecz o największej gęstości-rtęć; ciecz o najmniejszej obj.-eter)-woda

2)ciężar objętościowy-stosunek ciężaru danego ciała do jego całkowitej objętości.

3)ściśliwość-zdolność cieczy do zmiany swojej objętości pod wpływem zmian ciśnienia przy niezmienionej temperaturze.

∆V-zmiana objętości cieczy pod wpływem zmiany ciśnienia, V-obj. początkowa cieczy, ∆p-przyrost ciśnienia. Ściśliwość cieczy bardzo mała.4)lepkość-właściwość cieczy polegająca na stawianiu oporu przy wzajemnym przesuwaniu się cząstek względem siebie. Właściwość tę posiadają jedynie ciecze będące w ruchu. Lepkość zależy od temp. cieczy i maleje wraz z temp.

D-kinematyczny współczynnik lepkości, μ-dynematyczny współ. lepkości, ....-gęstość cieczy

5)napięcie powierzchniowe-właściwość ta objawia się tworzeniem różnego rodzaju menisków w cienkich rurkach

Menisk wypukły (rtęć) -

Menisk wklęsły (woda) -

6)rozszerzalność cieplna-zdolność cieczy do zmiany swej objętości pod wpływem zmian temp.(Woda od 0⁰C-4⁰C zmniejsza swoją obj., dopiero powyżej 4⁰C wraz ze wzrostem temp.zmniejsza swą obj.).

∆V-przyrost obj.,V₀-obj.początkowa, ∆t-przyrost temp.

SIŁY DZIAŁAJĄCE NA CIECZ W STANIE SPOCZYNKU: Jeżeli ciecz pozostaje w stanie spoczynku to mówimy, że jest ona w stanie równowagi, a więc żadna cząstka tej cieczy nie zmienia swego położenia względem ścian zbiornika, w którym się znajduje. Warunkiem równowagi dowolnego ciała jest aby suma wszystkich sił działających na to ciało była równa zeru. Na ciało pozostające w spoczynku działają2 rodzaje sił: -siły powierzchniowe, -siły masowe. Siły powierzchniowe-siły powstałe w wyniku działania np. ciśnienia atmosferycznego na swobodne zwierciadło cieczy lub siły pochodzące od tłoka sprężającego ciecz w cylindrze. Siły powierzchniowe są zawsze proporcjonalne do ,powierzchni cieczy, są do tej powierzchni prostopadłe i działają do wnętrza cieczy. Siły masowe-zwane też siłami objętościowymi. Są proporcjonalne do masy cieczy a w przypadku cieczy jednorodnych do jej objętości. Przykładem siły masowej jest np. siła ciężkości lub odśrodkowa.

PARCIE I CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE Siłę z jaką ciecz oddziaływuje na otaczające środowisko nazywamy parciem. Jeżeli siła ta pochodzi od cieczy pozostającej w spoczynku mówimy o parciu hydrostatycznym. Jest ono siłą powierzchniową, a więc jest proporcjonalne do powierzchni cieczy, prostopadłe do powierzchni cieczy i skierowane do środka cieczy. Jednostką parcia jest 1N. W hydraulice parcie oznaczamy P. CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE jest to wielkość parcia przypadająca na jednostkę powierzchni
gdzie „p”-ciśnienie średnie, „A”-pole powierzchni
Pa

Ciśnienie w cieczy na którą działa wyłącznie siła ciężkości

Jeżeli ponad swobodnym

jeśli

nadciśnienie
podciśnienie jeśli

Powierzchnie ekwipencjonalne (Jeżeli nie ma siły odśrodkowej powierzchnie ekwip.są prostopadłe do dna naczynia)
wysokość ciśnienia

dla wody 0,1Mpa=10,2 m H₂o, dla rtęci 0,1 Mpa=0,75 m cieczy.

PARCIE HYDROSTATYCZNE CIECZY NA POWIERZCHNIE PŁASKIE

Parcie cieczy na poziome dno naczynia zależy od powierzchni dna, wysokości słupa cieczy i ciężaru objętościowego cieczy. Nie zależy natomiast od: kształtu naczynia i ilości zawartej w nim cieczy.

WYPÓR I RÓWNOWAGA CIAŁ ZANURZONYCH W CIECZY Parcie pionowe działające na ciało zanurzone w cieczy jest równe iloczynowi objętości zanurzonej części tego ciała oraz ciężaru objętościowego cieczy.
- objętość zanurz. cieczy

Punkt zaczepienia parcia pionowego pokrywa się ze środkiem geometr.zanurzonej części ciała. W odniesieniu do ciał zanurzonych parcie pionowe nazywa się wyporem-W.

PRAWO ARCHIDEMESA ciało zanurzone w cieczy traci tyle na wadze ile waży cieczy wyparta przez to ciało.1)G<W Jeżeli ciężar ciała zanurzonego będzie mniejszy od siły wyporu ciało będzie podnosić się do góry tak, aby wypór zrównał się z ciężarem. Wówczas nastąpi stan równowagi 2)G=W Jeżeli ciężar jest równy sile wyporu to ciężar będzie utrzymywał się na tej samej głębokości 3)G>W Ciężar będzie się zniżał aż osiądzie na dnie. 3stany ciała zanurzonego: trwała, obojętna i .......

r. trwała występuje wówczas, gdy punkt zaczepienia siły wyporu znajduje się powyżej środka ciężkości ciała. Znaczy to, że jeśli wytrącimy ciało z pola równowagi wróci ono niezwłocznie do stanu poprzedniego. R. obojętna jeśli środek wyporu pokrywa się ze środkiem ciężkości zachodzi równowaga obojętna. Oznacz to, że jeśli wytrącimy ciało z tego położenia to zatrzyma się ono w innym dowolnym miejscu.3) Jeżeli środek ciężkości położony jest powyżej środka wyporu, ale na jednej osi zwanej osią pływania to jeżeli wychylimy ciało z tego położenia to ciało przekręci się o 180⁰C, przyjmie równowagę stałą.

Wykład 3 z 4.11.05.

HYDRODYNAMIKA CIECZY DOSKONAŁEJ(ciecz będąca w ruchu). Właściwości cieczy doskonałej:1)jest całkowicie pozbawiona lepkości dlatego też przy jej ruchu nie występują żadne opory wywołane tarciem o ściany przewodu i tarciem cząsteczek o siebie 2) jest całkowicie nie ściśliwa tzn.nawet przy działaniu największych sił zewnętrznych nie zmienia swej objętości 3) jest całkowicie odporna na rozciąganie 4) jest pozbawiona rozszerzalności cieplnej 5) ma stały ciężar objętościowy. Najważniejszy jest BRAK LEPKOŚCI. Elementy ruchu cieczy: Wyróżnia się:1)ciśnienie panujące w poszczególnych punktach cieczy 2) prędkości poszczególnych cząsteczek cieczy 3)zmiany prędkości w czasie czyli przyspieszenie cząstek.

Mówimy, że ruch cieczy jest opisany jeśli potrafimy określić wszystkie 3elementy ruchu cieczy. Do opisu ruchu cieczy używamy nast.pojęć: 1)prędkość cieczy jest to iloraz drogi cząst.cieczy do czasu w jakim ta droga została przebyta, -prędkość średnia cieczy

Q-ilość wody przepływająca przez rozpatrywany przekrój A w jednostce czasu Q[m³/s], A-pole pow.przekroju poprzecznego[m²] Q=V_śr*A [m³/s] Q-natężenie przepływu-wydatek (ilość wody przepł.) 2)tor cząstki cieczy jest to linia jaką wyznacza poruszająca cząstka cieczy ew przestrzeni wypełnionej tą cieczą 3)pole prędkości jest to pole w którym każdemu punktowi cieczy odpowiada pewnw prędkość. W każdym punkcie tego pola jest zaczepiony wektor prędkości. Pole prędkości może być: niezmienne lub zmienne w czasie. Jeżeli jest niezmienne w czasie to mówimy o ruchu ustalonym-trwałym. Jeżeli jest zmienne to mówimy o ruchu nie ustalonym nie trwałym. 4) struga jest to zbiór płynących cząstek cieczy o nieskończenie małym przekroju∆A, przyjmuje się że w całym tym przekroju ∆A, panuje jednakowe ciśnienie i jednakowa prędkość 5) strumień jest to zbiór wszxystkich strug jakie przepływają przez przekrój o wymiarach skończonych.

Wykład 4 z 18.11.05.

RODZAJE Ruch cieczy nazywamy ustalonym jeżeli wszystkie elementy ruchu cieczy-czyli ciśnienie, prędkość cząstek i przyspieszenie cząstek, zależą wyłącznie od położenia cząstki i nie ulegają w czasie żadnym zmianom. Jeżeli przynajmniej1element ruchu cieczy ulega zmianom w czasie to ruch taki nazywamy nie ustalonym. Ruch ustalony:-jednostajny, -niejednostajny.

Ruch jednostajny to taki ruch, w którym wszystkie przekroje poprzeczne strumienia cieczy są takie same i w odpowiednich punktach tych przekrojów panują jednakowe prędkości. Ruch niejednostajny to taki ruch, w którym przekroje poprzeczne są nie jednorodne, a więc i prędkości ulegają zmianie. RÓWNANIE CIĄGŁOŚCI RUCHU CIECZY Jeżeli w czasie ruchu cieczy w dowolnie wybranym obszarze nie powstają przestrzenie wolne od tej cieczy to ruch taki nazywamy ciągłym. Przy stałej gęstości w dowolnym obszarze cieczy, dopływ i odpływ są sobie równe.

W ruchu ciągłym iloczyn prędkości średnich i pola powierzchni przekroju poprzecznego przewodu jest wielkością stałą równą natężeniu przepływu.
RÓWNANIE BERNONLLEGO(założenia) 1)ciecz jest doskonała 2) ruch cieczy jest ustalony i ciągły 3) rozpatruje się strugę cieczy 4) na rozpatrywaną strugę działa jedynie siła ciężkości.
parcie w przekrojach:

;praca w przekrojach

ponieważ
, praca całkowita
energia potencjalna

Jest to równanie bilansu energii strugi cieczy doskonałej

wysokość położenia

wysokość prędkości cieczy (en. kinetyczna)

wysokość ciśnienia (en. potencjalna)

RÓWNANIE B

const.

W dwóch dowolnych przekrojach strugi cieczy doskonałej, suma energii potencjalnej i kinetycznej jest wielkością stałą. Do strumienia cieczy doskonałej
const

- współczynnik Saint-Venonta lub Corialisa

Dla cieczy rzeczywistej

∑h_str straty(opory ruchu przy przepływie na długości i przy przepływie przez przeszkody, łuk, zwiększenie, zmniejszenie średnicy przewodu).

Całkowita wysokość energii strumienia cieczy rzeczywistej dla dwóch dowolnych przekrojów różnią się między sobą o straty jakie powstały przy przepływie z jednego przekroju do drugiego.

Wykład 4 z 09.12.05. INTERPRETACJA GRAFICZNA RÓWNANIA BERLINNIEGO

Przebieg zmian energii potencjalnej strugi cieczy lub strumienia cieczy. Natomiast linia energii obrazuje przebieg energii całkowitej i w przypadku cieczy doskonałej przebiega zawsze poziomo.

Interpretacja graficzna dla strugi cieczy rzeczywistej.

OBLICZANIE STRAT Straty liniowe są spowodowane tarciem poszczególnych warstw cieczy o siebie i o ścianki przewodu. Są one proporcjonalne do długości przewodu i do kwadratu prędkości średniej w przewodzie. Obliczanie strat liniowych miarą strat liniowych jest spadek hydrauliczny-oznaczamy I. I=h_str/L; h_str-wielkość strat przy przepływie cieczy, I-spadek hyd.% lub.........., L-długość przewodu; h_str=I*L; Straty liniowe-wzór Darcy-Weisbacha h_str=λ*l/d*V²/2g; λ-współczynnik oporów liniowych (zależy od chropowatości przewodu) STRATY MIEJSCOWE powstają one w pewnych ściśle określonych miejscach przewodu i wywołane są różnego rodzaju lokalnymi przeszkodami powodującymi zaburzenia ruchu cieczy.(łuk, kolano). Są one proporcjonalne do kwadratu prędkości średniej w przewodzie. Straty lokalne (miejscowe)

HYDROLOGIA

Wykład 1 z 21.10.05.

CYKL HYDROLOGICZNY C.H. jest to ciągły proces, w którym woda jest transportowana z oceanów do atmosfery a następnie do lądów i z powrotem do oceanów.-siłą napędową w C.H.jest energia słoneczna, -C.H.jest bardzo dynamiczny. Średni globalny roczny opad i parowanie wynoszą ok.100cm tj,510800km³, globalna średnia zawartość wody w atmosferze 12900km³ czyli 40razy w roku jest wymieniana woda w atmosferze, a więc średnio co 9dni.

P_L-opad na lądy, P_o-opad na oceany, E_L-parowanie z lądów, E_o-parowanie z oceanów, O_n odpływ rzeczny z lądów

40-80km³roczny opad wód do morza w Polsce

Wykład 2 z 04.11.05.

Cykl hydrologiczny jest procesem ciągłym. Światowy rozkład zasobów wodnych. Lokalizacja -procent globalnej ilości wody: wody powierzchniowe: jeziora słodkowodne0,009; jeziora słone0,008; rzeki0,001; (woda czysta: 0,009; 0,0001; 0,31;0,31;0,005;2,15-SUMA2,7841%=2,8%)gruntowe do1/2mili pod pow.gruntu0,31; gruntowe powyżej1/2mili pod pow. gruntu 0,31; wilgotność gruntu0,005; policyny śnieżne i lodowe2,15; atmosfera na poziomie morza0,001; ocany97,2; SUMA100% co odpowiada1359,7*10⁶km³ wody

Bilans wodny obszaru

Ilość wody dopływająca do bilansowanego obszaru w okresie ∆t: P+O_n1+D₁+R₁; Ilość wody odpływająca z bilansowanego obszaru w okresie ∆t: E+O_n2+D₂+R₂; Równanie bilansowe dla dowolnego obszaru P+On1+D₁+R₁=E+O_n2+D₂+R₂(obszar hydrolog. otwarty) . Równanie bilansowe wyraża równowagę między ilością wody dopływającej i odpływ. w granicach obszaru w okresie ∆t. Obszar bilansowy dobiera się w taki sposób, aby: D₁=0 D₂=0 O_n1=0 stąd P+R₁=E+O_n2+R₂ (obszar hydrolog. zamknięty[zlewnia, dorzecze])

Wykład 3 z 18.11.05.

RETENCJA-TRUDNO MIERZALNY SKŁADNIK; retencja powierzchniowa-R_p; retencja gruntowa-R_g; koryt rzecznych-R_k; jezior-R_j; roślin-R_r; R_s. W równaniu bilansowym następuje zmiana retencji: ∆R=R₂-R₁ P-E-O_n-∆R=0 okres bilansowania dobiera się tak, aby ∆R≈0. najkrótszym okresem spełniającym ten warunek jest rok hydrologiczny (1.11-31.10), gdyż ∆R_r=0 zima 1.11-30.04; ∆R_ś=0 lato

1.05-31.10 POMIAR OPADÓW

Wykład 4 z 25.11.05.Wodowskaz do pomiaru stanu wody-wys.zwierciadła wody powyżej 0⁰C

Stan alarmowy jest to stan powyżej którego jest zagrożenie powodzi. Powódź jest to takie ....... że występują straty. Każdy wodowskaz ma określony stan alarmowy. Stan ostrzegawczy-stan powyżej którego uruchomione są pogot.d. 650 stan alarmowy w Warszawie. Limigraf-do pomiaru stanu wody. Natężenie przepływu-Q wyraża się w m³/s (objętość wody w danym przekroju w czasie s) POMIAR PRZEPŁYWU(NAPRĘŻENIA)[M³/S]metody bezpośrednie i pośrednie A)metoda chemiczna

2)metoda bezpośrednia , np. naczynie 5l lejemy, objętość przez czas napełnienia i mamy przepływ)-przelew mierniczy-przepływ Q=

Każda zapora ma prostokątne przelewy. 3)metody pośrednie-przez pomiar wielkości od których zależy przepływ.

szerokość koryta

Wykład 5 z 09.12.05.-

metoda Horlachena

-metoda Chemona

Q= (H,I,F,n, ), gdzie Q-naprężenie przepływu, H-stan wody, I-spadek zwierciadła wody, F-powierzchnia przekroju poprzecznego, n-współ.szerokości koryta, z- , z-wektor pozostałych czynników.

Rozdziela się spójną grupę punktów i aproksymujemy je krzywą

Wykład 6 z 16.12.05.

Krzywa przepływu w różnych fazach(miesiącach) rozwoju roślinności w okresie lata.

Krzywa przepływu w okresie występowania zjawisk lodowych. Krzywą przepływu wyznacza się:

Obszar między H_max(Q) a H_max(abs)

Obszar między H^Q_max a H^abs_max nie może być większy niż 20%

(Gdy nie jest spełniony warunek dolicza się punkt przepływ doliczony) Q=V(prędkość)*A(pole przekroju) aproksymacja przybliżanie
,
(na podstawie pomiarów punktów określamy parametry a i b)

( Warunkiem koniecznym pochodne dążą do 0 )

---