Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska

Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska

rok wydania: 2020, wydanie czwarte poprawione
ISBN: 978-83-8156-131-0
ilość stron: 470
format: B5

Opis

Skrypt jest przeznaczony przede wszystkim dla studentów wydziałów: Inżynierii Materiałowej, Chemicznego, Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Mechatroniki oraz wydziałów mechanicznych i ma służyć w przygotowaniu się do ćwiczeń laboratoryjnych z tworzyw ceramicznych. Problematyka ćwiczeń oprócz typowych zagadnień charakteryzacji proszku oraz nanoproszku, obejmuje elementy procesu wytwarzania materiałów ceramicznych, charakteryzacje mikrostruktury oraz wybranych właściwości fizycznych. Dodatkowo w celu poszerzenia tematyki ćwiczeń w skrypcie zamieszczono elementy techniki wytwarzania tworzyw ceramicznych przeznaczonych do zastosowań biomedycznych oraz badania mięknięcia szkła i oznaczanie kąta zwilżania.

Opisy ćwiczeń zawierają obszerną część teoretyczną umożliwiającą szersze spojrzenie na analizowane w ćwiczeniach zagadnienia.

Spis treści

Przedmowa / 9

Spis ważniejszych oznaczeń / 10

1. WSTĘP / 13
1.1. Przedmiot mechaniki płynów / 13
1.2. Struktura płynów / 13
1.3. Własności fizyczne płynów / 15
1.3.1. Gęstość płynu /15
1.3.2. Zjawiska przenoszenia w płynach / 17
1.3.3. Napięcie powierzchniowe i włoskowatość / 21
1.3.4. Ciśnienie wrzenia / 24
1.4. Płyny rzeczywiste i doskonałe / 25

2. PODSTAWOWE POJĘCIA I RÓWNANIA / 27
2.1. Analityczne metody opisu ruchu płynu / 27
2.2. Podstawowe pojęcia z teorii przepływów / 29
2.3. Ruch elementu płynu / 31
2.4. Siły działające w płynach / 35
2.5. Podstawowe równania mechaniki płynów / 36
2.5.1. Zasada zachowania masy / 36
2.5.2. Zasada zachowania pędu / 38
2.5.3. Zasada zachowania momentu pędu / 40
2.5.4. Zasada zachowania energii / 41
2.6. Równanie Naviera-Stokesa / 42

3. ZASADY PODOBIEŃSTWA FIZYCZNEGO / 50
3.1. Podobieństwo i analogia zjawisk fizycznych / 50
3.2. Podobieństwo zjawisk fizycznych / 51
3.3. Analiza podobieństwa ruchu cieczy / 53
3.4. Sens fizyczny liczb podobieństwa dynamicznego / 55
3.5. Możliwość jednoczesnego modelowania różnych sił / 56
3.6. Analiza wymiarowa / 57

4. STATYKA PŁYNÓW / 61
4.1. Płyn w stanie spoczynku / 61
4.2. Podstawowe równanie równowagi płynu / 62
4.3. Zastosowanie równania równowagi płynu / 64
4.4. Prawo Pascala / 67
4.5. Przyrządy cieczowe do pomiaru ciśnienia / 67
4.6. Parcie cieczy na ściany płaskie / 72
4.7. Parcie cieczy na powierzchnie krzywe / 75
4.8. Wykresy parcia / 78
4.9. Wypór i równowaga ciał zanurzonych w cieczy / 81
4.10. Równowaga statyczna w atmosferze / 86

5. KINEMATYKA PŁYNÓW / 90
5.1. Geometryczne właściwości ruchu / 90
5.2. Ruch potencjalny / 90
5.3. Ruch potencjalny płaski / 91
5.4. Zastosowanie funkcji analitycznych do badania płaskiego ruchu potencjalnego / 94
5.5. Ruch wirowy / 101

6. DYNAMIKA PŁYNÓW NIELEPKICH / 107
6.1. Równania ruchu / 107
6.2. Całki równania ruchu — równanie Bernoulliego / 108

7. PRZEPŁYW CIECZY RZECZYWISTEJ / 114
7.1. Przepływ płynu lepkiego / 114
7.2. Równanie Hagena-Poiseuille'a / 114
7.3. Doświadczenie Reynoldsa / 117
7.4. Ruch laminarny / 119
7.5. Ruch turbulentny / 120
7.5.1. Równania Reynoldsa / 122
7.5.2. Teoria Prandtla / 124
7.5.3. Hipoteza Kołmogorowa / 129
7.5.4. Analiza statystyczna przepływu turbulentnego / 130
7.5.5. Zasady budowania modeli turbulencji / 132
7.6. Elementy teorii warstwy przyściennej / 137
7.6.1. Uwagi wstępne / 137
7.6.2. Laminarna i turbulentna warstwa przyścienna / 138
7.6.3. Oderwanie warstwy przyściennej / 141
7.6.4. Wiry Benarda- Kármána / 142
7.7. Strumień swobodny / 142

8. PRZEPŁYW CIECZY W PRZEWODACH POD CIŚNIENIEM / 146
8.1. Przepływy jednowymiarowe / 146
8.2. Równanie Bernoulliego dla cieczy rzeczywistej / 149
8.3. Straty liniowe / 152
8.3.1. Współczynnik oporów liniowych / 154
8.4. Straty miejscowe / 157
8.5. Obliczanie pojedynczych przewodów krótkich / 163
8.6. Lewar / 172
8.7. Obliczanie przewodów długich / 174
8.8. Układy przewodów / 177
8.9. Trzy zbiorniki / 180
8.10. Obliczanie sieci przewodów / 182
8.10.1. Sieć rozgałęziona /182
8.10.2. Sieć pierścieniowa / 183
8.10.3. Metoda Crossa / 184
8.11. Pompa w układzie przewodów / 191
8.12. Zjawisko Venturiego / 199
8.13. Przepływ nieustalony w przewodach pod ciśnieniem / 202
8.13.1. Wahania w układzie dwóch zbiorników / 202
8.13.2. Zjawisko uderzenia hydraulicznego / 207
8.13.3. Uderzenie hydrauliczne w cieczy lepkiej / 213
8.13.4. Oddziaływanie fazy gazowej i sprężystości ścian na prędkość fali ciśnienia / 217
8.14. Kawitacja w przewodach / 220
8.14.1. Kawitacja w przewodach w warunkach ruchu ustalonego / 222
8.14.2. Kawitacja w ruchu nieustalonym / 224

9. RUCH CIECZY W PRZEWODACH BEZCIŚNIENIOWYCH / 226
9.1. Charakterystyka ruchu cieczy o swobodnym zwierciadle / 226
9.2. Równanie Saint-Venanta / 227
9.3. Ruch jednostajny w korytach otwartych / 230
9.3.1. Hydraulicznie najkorzystniejszy przekrój koryta / 240
9.3.2. Przewody kanalizacyjne / 243
9.3.3. Ruch krytyczny w korytach otwartych / 247
9.3.4. Prędkości graniczne w korytach otwartych / 253
9.4. Ustalony ruch wolnozmienny w korytach otwartych / 254
9.5. Ustalony ruch szybkozmienny w korytach otwartych / 266
9.5.1. Odskok hydrauliczny / 267
9.5.2. Przepływ przez próg / 273
9.5.3. Przepływ między filarami mostu / 274

10. PRZEPŁYW CIECZY PRZEZ OTWORY, PRZELEWY I PRZEPUSTY / 279
10.1. Klasyfikacja otworów / 279
10.2. Ustalony wypływ cieczy / 280
10.3. Wypływ nieustalony z otworów / 288
10.4. Przystawki / 293
10.5. Przelewy / 295
10.5.1. Przelewy o ostrej krawędzi / 297
10.5.2. Przelewy o kształtach praktycznych / 300
10.5.3. Przelewy o szerokiej koronie / 301
10.5.4. Przelewy boczne / 302
10.5.5. Przelewy proporcjonalne / 305
10.6. Wypływ spod zasuwy / 308
10.7. Przepusty / 312

11. DYNAMICZNE DZIAŁANIE STRUMIENIA / 315
11.1. Parcie i reakcja dynamiczna / 315
11.2. Parcie dynamiczne strumieni swobodnych / 316
11.3. Parcie strumienia w przewodzie 320
11.4. Podstawowe równanie maszyn przepływowych / 324
11.5. Parcie na ciała opływane / 326
11.6. Swobodne opadanie cząstek / 328
11.7. Sedymentacja / 330

12. WYBRANE PROBLEMY DYNAMIKI GAZÓW / 333
12.1. Równania bilansu energii / 333
12.2. Własności termodynamiczne gazów / 336
12.3. Przepływ adiabatyczny gazu / 340
12.3.1. Wypływ adiabatyczny gazu przez otwory / 340
12.3.2. Wypływ gazu przez dyszę / 345
12.3.3. Prostopadła fala uderzeniowa / 350
12.3.4. Przepływ adiabatyczny gazu / 351
12.3.5. Wypływ gazu ze zbiornika przez przewód / 355
12.4. Przepływ izotermiczny gazu / 357
12.4.1. Obliczanie gazociągów złożonych / 361
12.5. Nieizotermiczny przepływ gazu / 363
12.6. Gazociągi niskiego ciśnienia / 365
12.6.1. Pion gazowy / 366
12.7. Przepływ nieustalony gazu / 368
12.7.1. Rozprzestrzenianie się drobnych zaburzeń / 368
12.7.2. Przepływ nieustalony o skończonej amplitudzie / 371

13. PRZEPŁYWY W OŚRODKACH POROWATYCH / 375
13.1. Podstawowe cechy ośrodka porowatego / 375
13.2. Filtracja osadów / 377
13.2.1. Filtracja osadu ze stałą stratą ciśnienia / 380
13.2.2. Filtracja osadu ze stałą prędkością / 380
13.3. Równania ruchu wód gruntowych / 383
13.4. Współczynnik filtracji / 388
13.5. Dopływ wody do rowów i drenów / 391
13.6. Studnie / 395
13.6.1. Studnia zwykła / 395
13.6.2. Studnia pochłaniająca (absorbcyjna) / 396
13.6.3. Studnia artezyjska / 397
13.6.4. Studnie promieniste / 398
13.7. Współdziałanie zespołu studzien / 402
13.8. Przepływ przez zaporę ziemną / 404

14. PRZEPŁYW PŁYNU Z WYMIANĄ CIEPŁA / 410
14.1. Ruch ciepła w płynie / 410
14.2. Równanie przenoszenia ciepła w strumieniu wody / 411
14.3. Podobieństwo zjawisk wymiany ciepła / 413
14.4. Rozkład prędkości w poprzecznym przekroju przewodu / 415
14.5. Opory liniowe w instalacjach ogrzewczych / 417
14.6. Współczynniki oporów miejscowych / 418
14.7. Ciśnienie czynne w instalacjach ogrzewczych / 420

15. PRZEPŁYWY W PRZEWODACH WENTYLACYJNYCH / 422
15.1. Obliczanie przewodów wentylacyjnych / 422
15.2. Podstawy teorii odpylania powietrza w cyklonach / 425

16. ROZPRZESTRZENIANIE SIĘ ZANIECZYSZCZEŃ PASYWNYCH / 429
16.1. Dyfuzja molekularna / 429
16.2. Równanie dyfuzji z adwekcją / 430
16.3. Dyfuzja z adwekcją w ruchu turbulentnym / 433
16.4. Jednowymiarowe równania adwekcji-dyfuzji w korytach otwartych / 435
16.5. Równanie przenoszenia ciepła w korytach otwartych / 444
16.6. Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń gazowych w atmosferze / 447

17. POMIARY PRĘDKOŚCI I NATĘŻENIA PRZEPŁYWU / 450
17.1. Pomiar prędkości strugi / 450
17.2. Pomiary natężenia przepływu / 455
17.2.1. Pomiary z wykorzystaniem rurki spiętrzającej / 455
17.2.2. Pomiary natężenia przepływu w przewodzie pracującym pod ciśnieniem / 456
17.2.3. Pomiary natężenia przepływu w kanałach otwartych / 462

BIBLIOGRAFIA / 468