egzamin plyny.doc

1.      Omówić lepkość płynów. +

·         zdolność płynu do przenoszenia naprężeń statycznych, przy wzajemnym przemieszczaniu jego elementów z różnymi prędkościami

·         powstające siły są statyczne do kierunku ruchu = siły styczne= siły tarcia

·         stosunek siły statycznej T do powierzchni A jest równy naprężeniu stycznemu t

·          

                              gdzie: μ – dynamiczny współczynnik lepkości [kg/cm3]

                                         υ – kinematyczny współczynnik lepkości [m2 / s]

·         - kinematyczny współczynnik lepkości

2.      Omówić napięcie powierzchniowe. +

·         efekt działania sił molekularnych (sił wzajemnego przyciągania) na granicy faz ( cieczy i gazu)

·         na powierzchni cieczy panuje taki stan napięć, jak w cienkiej nie równomiernie napiętej błonie

·         wypadkowa sił skierowana jest do wnętrza cieczy

·         rozciągnięcie błony i wprowadzenie dodatkowych cząstek wymaga użycia pewnej siły – jej miarą jest współczynnik napięcia powierzchniowego – napięcie powierzchniowe σ

·         σ = F/L

                  gdzie: F - siła napinająca

                            L -  długość przekroju błony

3.      Wyjaśnić pojęcie włoskowatości. +

·         Zjawisko to powstaje przy zetknięciu się cieczy z ciałem stałym

·         Siły kohezji FK ( w cieczy) + siły kohezji FA ( pomiędzy cząstkami cieczy a ciała stałego)

·         Siły adhezji są większe od sił kohezji – menisk wklęsły, ciecz zwilżająca, kąt graniczny V < 900

·         Siły adhezji są mniejsze od sił kohezji – menisk wypukły, ciecz niezwilżająca, kąt graniczny 900 <V < 1800

·         Zachodzi równowaga sił:

-          ciężaru słupa cieczy: G= (π*d2)/ 4* h* p*ρ

-          pionowej składowej siły napięcia powierzchniowego

-          F*cosθ =π*d*σ*cosθ 

4.      Siły działające w płynach – charakterystyka. +

·         Siły masowe :

-          wynikają z oddziaływania zewnętrznego pola sił

-          proporcjonalna do masy płynu

-          siła ciążenia, bezwładności i odśrodkowe

-          jednostkowa siła masowa [m/s2]

·         siły powierzchniowe

-          działają na powierzchnię wydzielonej masy płynu

-          proporcjonalne do powierzchni ( normalne i styczne)

-          siły tarcia, parcia i napięcia powierzchniowego

-          jednostkowa siła powierzchniowa [Pa] 

5.      Podstawowe zasady zachowania w mechanice płynów. +

·         Zasada zachowania masy- równanie ciągłości przepływu

-          dp/dt + p*div v =0 lub dp/dt + div( v*p) =0

-          dla p=const  div v=0

-          dla przewodów v*A = Δ     

·         zasada zachowania pędu i popędu (ruchu)

-          suma sił działających na element płynu: sił masowych (ciążenia) i powierzchniowych ( stycznych i normalnych) jest równa sile bezwładności

-          różniczkowe równanie ruchu dla płynu lepkiego zapisuje się w postaci równania Naviera- Stokesa:

-          dla płynu nielepkiego (v=o) – równanie Eulera

-          dla spoczynku względem układu współrzędnych (v=0)

·         zasada zachowania energii

-          zmiana energii kinetycznej i wewnętrznej równa się pracy sił masowych i powierzchniowych oraz dopływowi energii z zewnątrz układu

6.      Wyjaśnić pojęcie parcia hydrostatycznego. +

·         Na powierzchnie płaskie jest siłą działającą prostopadle do powierzchni

·         Siła parcia jest tak jak każdy wektor rozłożona na składowe

·        

rozważania dotyczą parcia działającego na płaską powierzchnię A, usytuowaną na płaskiej ścianie zbiornika, nachylonej do swobodnego zwierciadła cieczy pod kątem α

·         ponad swobodną powierzchnią cieczy panuje ciśnienie p0

·         parcie hydrostatyczne P, jako wypadkowa parć elementarnych prostopadłych do elementów powierzchni A, skierowane jest normalnie do tej płaszczyzny

7.      Wyjaśnić pojęcie ciśnienia. +

·         Jednostką ciśnienia jest Pa

·         Jeżeli na element powierzchni ΔA działa parcie ΔP, to ciśnieniem p w dowolnym punkcie tej powierzchni określa się granicę stosunku

                             P = lim   (ΔP: ΔA)=(dP:dA)

                                   ΔA-0

·         W przestrzeni wypełnionej płynem pozostającym w stanie bezwzględnego spoczynku , ciśnienie w danym punkcie jest stałe i nie zależy od orientacji tej powierzchni oraz kierunku siły wywołującej to ciśnienie

                                Pxx= Pyy= Pzz= P

8.      Prawo Pascala. +

·         W zamkniętym naczyniu z płynem zmiana ciśnienia w dowolnym punkcie o pewną wartość powoduje zmianę ciśnienia o tę samą wartość we wszystkich punktach obszaru płynu

·         Praca hydrauliczna   Δp = (p1:A1)= (p2:A2)

·         Praca przy pominięciu oporów tarcia jest jednakowa

                          A1*l1 = A2*l2   , stąd P1*l1 = P2*l2  

9.      Udowodnić, że siły parcia hydrostatycznego, działające na powierzchnię płaską, przyłożona jest poniżej środka ciężkości ściany.

Ze wzoru wynika, że środek parcia jest położony poniżej środka ciężkości rozpatrywanej powierzchni A.

10.  Omówić metodę konstruowania wykresów parcia. + rysunek

·         Wykresy parcia poziomego

-          Należy zrzutować powierzchnię, dla, której oblicza się parcie na pionową rzutnię

-          Ograniczony od góry pozioma linia wyprowadzoną z najwyższego punktu powierzchni

-          Ograniczony od dołu pozioma linia wyprowadzoną z najniższego punktu powierzchni

-          Z jednej strony ograniczony jest rzutnią

-          Z drugiej strony linią poprowadzoną od punktu styku zwierciadła wody i rzutni do dołu, pod kątem 450 do pionowej rzutni

·         Wykresy parcia pionowego

-          od dołu ograniczony jest powierzchnią, dla której oblicza się parcie

-          od góry jest swobodnym zwierciadłem cieczy (lub jego przedłużeniem)

-          powierzchnie boczne stanowią linie pionowe wyprowadzone z punktów skrajnych powierzchni

11.  Wyjaśnić pojęcie wysokości meta centrycznej. + rysunek +

Rozpatrzone będzie ciało, które zostało wychylone z pierwotnej pionowej pozycji (środek ciężkości leży powyżej środka wyporu). Na skutek obrotu ciała środek wyporu ulegnie przesunięciu, zajmując położenie środka geometrycznego w warunkach  wychylenia (lewa strona ciała wynurzyła się, prawa uległa zanurzeniu. Nowy wektor wyporu (równy co do wartości pierwotnej sile) skierowany pionowo w górę przecina oś pływania w punkcie zwanym metacentrum. Odległość od środka ciężkości do metacentrum nazywa się wysokością metacentryczną .   

12.  Omówić równanie Bernoulliego dla cieczy doskonałej. +

·        

Ruch jest ustalony, płyn barotropowy

·         Siły masowe mają potencjał (-U)

d (v2/2+U+P)=0

·         Całka Bernoulliego:

v2/2+gz+ƒ (dp:φ)=0

·         Równanie Bernoulliego dla płynu nieściśliwego

v2/2+gz+ (p:φ)=0

z+ (p:γ )+  v2/2g = const.

Cała praca sił ciężkości oraz sił parcia powoduje zmianę energii kinetycznej cieczy doskonałej. Inaczej mówiąc: suma wysokości położenia, ciśnienia i prędkości w każdym przekroju strugi cieczy doskonałej w ruchu ustalonym, w jednorodnym polu grawitacyjnym jest prędkością stałą. Suma ta jest zwana wysokością energii.

13.   Omówić równanie Bernoulliego dla cieczy rzeczywistej. + rysunek +

Straty ciśnienia obejmują 

z - wysokość położenia ponad poziomem porównawczym

- wysokość ciśnienia

- wysokość prędkości

W cieczy lepkiej występują opory tarcia. Praca sił tarcia powoduje że suma trzech wyrazów wysokości energii E równania nie jest stała, lecz maleje wzdłuż strumienia. Różnica ΔE miedzy dwoma przekrojami strumienia 1 i 2nazywa się wysokością strat ciśnienia hs.

Wysokość hs określona jest w metrach słupa wody w przewodzie. We wzorze występują średnie prędkości przepływu, z tego powodu zostały uwzględnione współczynniki prędkości.. Linia energii obniża się w kierunku przepływu wskutek oporów tarcia. Piezometryczna linia ciśnień opada, lecz przy spadku prędkości średniej, wywołanej wzrostem przekroju strumienia , może także wznosić się.

14.  Własności ruchu cieczy rzeczywistej.

·         Podczas przepływu płynu lepkiego pojawiają się naprężenia styczne skierowane przeciwnie do kierunku ruchu

·         W efekcie oddziaływania tych sił mamy do czynienia z oporami tarcia

·         Wypływ sił tarcia na warunki przepływu jest złożony i zależny min. od przyjęcia metody postępowania i rodzaju przepływu

15.  Co jest wynikiem doświadczenia Reynoldsa? + rysunki +

·         Przepływ stateczny- jeśli wytworzone w nim drobne zaburzenia z czasem wygasają

·         Przepływ niestateczny - jeśli wytworzone w nim drobne zaburzenia będą rosnąć

·         Pierwsze badanie stateczności przeprowadził Reynolds

·         Podział ruchu na dwa rodzaje:

-          przepływ laminarny – uwarstwiony

-          przepływ turbulentny – burzliwy

·         ruch opisywany jest bezwymiarową liczbą Reynoldsa

                        Re = (Vsr*D*ρ) / (μ)= (Vsr*D) / ν

·         przejście z ruchu laminarnego w turbulentny odbywa się dla określonej wartości liczby Re

·         dla przewodów kołowych granica zawiera się pomiędzy 2320<Re<50000

·         w praktyce inżynierskiej przyjmuje się wartość graniczną Re=2320

Przepływ wody przez rurkę szklaną z barwnikiem – przy małych natężeniach zabarwiona struga płynie wzdłuż osi rury. Przy większych prędkościach smuga zaczyna oscylować, tworząc linie falistą. Dalsze zwiększenie prędkości wywołuje intensywne mieszanie się obu cieczy. Na podstawie doświadczeń R...