Sciąga - Płyny.doc

(683 KB) Pobierz

Mechanika Płynów – Wykład 1

Wykład 1                                               21.02.01

 

Mechanika płynów zajmuje się :

-          równowagą płynów,

-          ruchem płynów,

-          mechanicznymi oddziaływaniami płynów na ciała w nich zanurzone i ściany ograniczające jego objętość.

 

Działy mechaniki :

-          hydrostatyka,

-          hydrokinematka,

-          hydrodynamika.

 

Płyny ulegają odkształceniom postaciowym, gazy ulegają odkształceniom objętościowym, ciecze nie ulegają odkształceniom objętościowym.

 

Ciała stałe, ciecze, gazy wykazują budowę molekularną.

 

Płyn jako ośrodek ciągły :

-          płyn rzeczywisty zastępuję model teoretyczny,

-          w modelu teoretycznym zakłada się że płyn jest ośrodkiem ciągłym, pomija się budowę molekularną i chaotyczne ruchy cząsteczek,

-          podstawową objętość płynu stanowi elementarna objętość płynu dV=dxdydz.

 

Siły działające w płynie :

                                                                                    Siły





                                                        wewnętrzne                            zewnętrzne





                                                        powierzchniowe                             masowe





                                                           siły masowe czynne                               siły bezwładności (d’Alemberta)

 

siły wewnętrzne – wywołane wzajemnym oddziaływaniem bezpośrednio sąsiadujących elementów mas leżących wewnątrz obszaru,

siły zewnętrzne – wynik działania mas nie należących do wydzielonego obszaru na poszczególne masy tego obszaru.

 

Pole sił powierzchniowych :

siły powierzchniowe zewnętrzne :

-         

przyłożone na powierzchni płynnej

-          jednostkowa siła powierzchniowa (naprężenie) :                                                                                                             

 

DP – wektor główny sił działających na element o powierzchni DA



 

Pole sił masowych :



             

                                    - siła masowa działająca na element płynu o masie Dm w objętości DV,



                                    - wektor jednostkowy siły masowej,

 

        X,Y,Z    - współrzędne siły jednostkowej,



Wymiar jednostkowej siły masowej :

 

 

 

 

 

 

Podstawowe własności płynów :



1. Gęstość :



-              wg definicji makroskopowej dla cieczy niejednorodnych :



              -              interpretacja na poziomie mikroskopowym :                               

m – masa molekuły [kg], n – liczba molekuł [1/m3].



2. Gęstość właściwa :                                                            [m3/kg]

 

3. Ciężar właściwy :                      g              [N/m3]



             

- dla płynów niejednorodnych :                                                   G – ciężar płynu [N],    V obj. [m3]

 

 

 

                                                                                                                              Dla gazów doskonałych

 

 

 

4. Ściśliwość płynów :

-          zdolność



do zmniejszenia objętości pod wpływem sił zewnętrznych

wielkość charakterystyczna – współczynnik ściśliwości : bp  [m2/N],

odwrotność współczynnika ściśliwości - moduł sprężystości  k=1/bp,



 

 

 



                                          jeżeli :

 

 



                                          to :

 

 

                                          więc :



 

 

 

ciecze rzeczywiste są nieściśliwe

 

 

5. Rozszerzalność cieplna :

              - zdolność do zwiększania objętości pod wpływem temperatury,

              - wielkość charakteryzująca współczynnik rozszerzalności cieplnej    bT [1/K],



 

 

 

 

6. Napięcie powierzchniowe :     s [N/m]

                                                      s=P/l              P – siła na granicy faz,   l – długość przekroju na który działa siła P

 

 

 

 

 

 

 

7. Lepkość :

              - własność płynu dzięki której pojawiają się siły ścinające – uwidacznia się w ruchu płynu,

              - miara : dynamiczny współczynnik lepkości :               n= m2/s

                                  kinematyczny współczynnik lepkości :   m=nr              [Ns/m2],

              - prawa Newtona dla ruchu uwarstwionego :

 

 

 

 

 

 

 

 

 





 

 

 

                                                        t - naprężenie styczne;        dv/dn – gradient prędkości

 

W zależności od kształtowania się naprężeń stycznych w płynie w przepływie warstwowym płyny dzielimy na :

-          newtonowskie,

-          nienewtonowskie.

Przepływ warstwowy to taki gdzie elementy płynu nie przemieszczają się prostopadle do głównego wektora prędkości.

 

 

 

 

 

Wykład 2                                                28.02.01

 

 

Podstawowe prawo równowagi płynu :

 

Siły masowe :

X,Y,Z – składowe jednostkowej siły masowej,





Siły powierzchniowe działające od ciśnienia są skierowane od płynu do powierzchni.



Siły na ścianę o powierzchni dydz :

 



Suma sił w kierunku osi X :

 

Analogicznie dla pozostałych kierunków.

 

Warunek równowagi płynu d’Alemberta :

              Suma sił działających w kierunku każdej osi kartezjańskiego układu współrzędnych jest równa 0.

 



Dla osi X :

 

 

 

 

 

 

Analogicznie dla pozostałych osi.



Sumujemy :

 

elementarna zmiana ciśnienia w płynie jest równa elementarnej zmianie sił masowych.

Równowagą cieczy w jednorodnym polu grawitacyjnym :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 

Szukamy C : dla warunków brzegowych na powierzchni cieczy :

 



Stąd ciśnienie w dowolnym punkcie :



gh – ciśnienie hydrostatyczne

gdzie :

h = z – z0

h – zagłębienie punktu M pod zwierciadłem

...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin