Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów"— Zapis prezentacji:

1 Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów
Siła wiatru Obszar kontrolny Wiatr „opływa” budynek Dla uproszczenia zakładamy, że wiatr wieje poziomo! Zakładamy, że nie ma opływu w pionie, jak na rysunkach poniżej Widok z góry wiatru wiejącego wokół budynku i działającego na budynek siłą Wiatr działa siłą na budynek. Oddziaływanie to jest spowodowane naprężeniami na powierzchni budynku związanymi z siłą tarcia powietrza o ściany. Oddziaływanie z budynkiem powoduje, że powietrze traci część pędu, a więc pęd powietrza po stronie zawietrznej jest mniejszy niż po stronie nawietrznej. Tę różnicę łatwiej zmierzyć, niż siłę działającą na budynek. Z różnicy pędów można obliczyć siłę Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

2 Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów
Obszar kontrolny Siła wiatru Brzegi obszaru kontrolnego stanowią: - dwie linie prądu - dwa przekroje poprzeczne ( i ) Widok z góry wiatru wiejącego wokół budynku i działającego na budynek siłą Nie ma przepływu masy przez powierzchnie boczne, bo są to LINIE PRĄDU, a więc linie, do których prędkość jest w każdym punkcie styczna Zatem zachowanie masy wymaga: wiatr poziomy daleko od budynku ciśnienie jednorodne Siła reakcji budynku na powietrze Stan stacjonarny Uwaga: Siła nie zależy od wyboru Gdy zwiększamy , to maleje , bo , są prędkościami średnimi Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

3 Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów
Siła wiatru Oddziaływanie wiatru na dach budynku W zależności od kierunku wiatru zwrot działającej siły może być różny (podciśnienie lub nadciśnienie) Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

4 Równanie Bernoulliego
Zachowanie masy Bilans masy i pędu dla cylindra, którego oś jest linią prądu, a przekrój poprzeczny jest mały Zachowanie pędu Jeśli jest stałe na liniach prądu, to w stacjonarnym przepływie płynu nielepkiego Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

5 Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów
Przepływ w zwężce Zachowanie masy: Prawo Bernoulliego: Zwężka na końcu rury odprowadzającej ścieki do otwartego zbiornika wodnego. Zadanie: 1. Obliczyć ciśnienie wlotowe, które zapewni odpowiednią prędkość wylotową gwarantującą właściwe mieszanie ścieków z wodą w zbiorniku 2. Obliczyć siłę działającą na zwężkę, aby zaprojektować właściwe mocowanie (przepływ poziomy, więc możemy pominąć grawitację) Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

6 Ilustracje prawa Bernoulliego
Piłeczka w odwróconym lejku Rozpylacz Flettner rotator Przyciąganie płytki Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

7 Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów
Równanie stanu Gęstość każdego płynu zależy od ciśnienia i temperatury Dla wody zależność gęstości od ciśnienia (w stałej temperaturze) jest bardzo mała i można ją pominąć. Wodę uznajemy za nieściśliwą. Zmianę gęstości z temperaturą nazywamy rozszerzalnością cieplną (thermal expansion) Lokalny poziom wody w oceanie zależy od gęstości wody W tropikach jest nieco wyższy niż w obszarach chłodniejszych Z tego powodu zmienia się też sezonowo Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

8 Wahania poziomu wody w oceanie
Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

9 Rozszerzalność cieplna
Zakres temperatur z jakimi mamy do czynienia w fizyce środowiska jest na ogół na tyle mały, że zależność gęstości od temperatury jest w przybliżeniu liniowa Typowe wartości: amazon.com Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

10 Rozszerzalność cieplna
Material Fractional expansion per degree C x10^-6 Fractional expansion per degree F x10^-6 Glass, ordinary 9 5 Glass, pyrex 4 2.2 Quartz, fused 0.59 0.33 Aluminum 24 13 Brass 19 11 Copper 17 9.4 Iron 12 6.7 Steel 7.2 Platinum Tungsten 4.3 2.4 Gold 14 7.8 Silver 18 10 Współczynnik rozszerzalności cieplnej w temperaturze 20oC Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

11 Kalkulator właściwości fizycznych płynów
Tabela właściwości wody: Kalkulator wielkości fizycznych bardzo wielu substancji (1 atm, 25oC) gęstość lepkość dynamiczna lepkość kinematyczna ciepło właściwe przewodnictwo cieplne liczba Prandtla współczynnik dyfuzji cieplnej współczynnik rozszerzalności cieplnej powietrze dwutlenek węgla argon hel azot woda glikol glikol 30% glikol 50% Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

12 Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów
Zachowanie energii PRZYBLIŻENIA (zwykle prawdziwe dla przepływów spotykanych w fizyce środowiska):  pomijamy ogrzewanie płynu wynikające z zamiany energii kinetycznej ruchu na ciepło na skutek tarcia związanego z lepkością  pomijamy ogrzewanie (chłodzenie) płynu związane ze sprężaniem (rozprężaniem) w pełni usprawiedliwione dla wody, zwykle nieźle spełnione dla powietrza  przedział temperatur jest niewielki  przepływ ciepła wskutek dyfuzji molekularnej jest dużo mniejszy niż unoszenie Prawdziwe dla gazu doskonałego, dla innych płynów spełnione w przybliżeniu  W języku angielskim wielkość nazywa się czasem heat content, co na polski tłumaczyłoby się jako „zawarte ciepło”. Spotyka się też oznaczenie Tej nazwy i oznaczenia należy unikać, bo jest myląca, a z punktu widzenia termodynamiki – błędna. Wartość bierzemy z tablic lub z „Kalkulatora” Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

13 Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów
Entalpia, w ogólności, nie jest wielkością zachowaną. Zachowanie energii Jednak w typowych problemach fizyki środowiska, kiedy spełnione są założenia ,  i , jest ona w przybliżeniu zachowana. Można napisać dla niej równanie bilansu, takie jak dla masy, czy pędu Za podstawiamy (w równaniu bilansu „koncentracja” musi być na jednostkę objętości) Jeśli mało się zmienia i jest bliskie stałej wartości oraz jest niemal stałe, to Jeśli brak źródeł ciepła, to w stanie stacjonarnym: PRZYBLIŻENIE !! Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

14 Na jednostkę objętości ten stosunek wynosi ok.
Specific Heat Capacities Table Ciepło właściwe Values are at Room Temperature and Atmospheric Pressure unless otherwise stated. Substance J/kg/oC or J/kg/K cal/g/oC or cal/g/K Water (0 oC to 100 oC) 4186 1.000 Methyl Alcohol 2549 0.609 Ice (-10 oC to 0 oC) 2093 0.500 Steam (100 oC) 2009 0.480 Benzene 1750 0.418 Wood (typical) 1674 0.400 Soil (typical) 1046 0.250 Air (50 oC) Aluminum 900 0.215 Marble 858 0.205 Glass (typical) 837 0.200 Iron/Steel 452 0.108 Copper 387 0.0924 Silver 236 0.0564 Mercury 138 0.0330 Gold 130 0.0310 Lead 128 0.0305 Ciepło właściwe na jednostkę masy Na jednostkę masy woda ma ponad czterokrotnie większą pojemność cieplną niż powietrze. Na jednostkę objętości ten stosunek wynosi ok. 3 400 : 1 Woda ma znacznie większą pojemność cieplną niż, na przykład, metale !! Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

15 Chłodzenie elektrowni
(powiększ) Elektrownia używa wody wodę z pobliskiej rzeki do chłodzenia. Ilość ciepła jakiej trzeba się pozbyć w obiegu chłodzącym wynosi Przepływ wody w rzece wynosi a jej temperatura (powyżej elektrowni) wynosi Przyjmując, że woda pobierana z rzeki nie powinna być podgrzewana do temperatury wyższej niż oblicz ile wody należy pobierać z rzeki. Oblicz jaka będzie temperatura wody w rzece poniżej elektrowni, czyli o ile stopni podniesie się temperatura wody w rzece w wyniku zrzutu wody z obiegu chłodzącego. Trudności z poborem wody Lewa część pokryta silikonem – małże odpadają +0.9C Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

16 Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów
Pytania i zadania Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów

17 Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów
Pytania i zadania Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów


Pobierz ppt "Wstęp do Fizyki Środowiska - Podstawy mechaniki płynów"

Podobne prezentacje


Reklamy Google