Jeżowieck-Kabsch, pwr, W7 wydział inżynierii środowiska, Pwr OŚ Ochrona Środowiska, Semestr 2, mechanika ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
KRYSTYNA JEŻOWIECKA-KABSCH
HENRYK SZEWCZYK
MECHANIKA PŁYNÓW
OFICYNA WYDAWNICZA POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ
WROCŁAW 2001
Wydanie podręcznika jest dotowane przez Ministra Edukacji Narodowej
Recenzenci
ALICJA JARŻA
ZDZISŁAW KABZA
Opracowanie redakcyjne
ALICJA KORDAS
Korekta
ALEKSANDRA WAWRZYNKOWSKA-DWOJAK
Projekt okładki
ZOFIA i DARIUSZ GODLEWSCY
© Copyright by Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001
ISBN 83-7085-597-0
OFICYNA WYDAWNICZA POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ
Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław
Drukarnia Oficyny Wydawniczej Politechniki Wrocławskiej. Zam. nr 896/2001.
W podręczniku przedstawiono podstawowe wiadomości z mechaniki
płynów oraz omówiono problemy ważne z punktu widzenia potrzeb za-
równo studentów, jak i inżynierów zajmujących się zagadnieniami prze-
pływów w maszynach, instalacjach, urządzeniach cieplno-przepływowych
oraz ich elementach.
Materiał zawarty w podręczniku podzielono na dwie części: część
pierwsza „Podstawy mechaniki płynów” obejmuje rozdziały 1.–5., część
druga „Przepływy płynów lepkich” obejmuje rozdziały 6.–9.; rozdział 10.
zawiera natomiast ważniejsze tabele i wykresy do obliczeń z mechaniki
płynów. Taki układ umożliwia poznanie założeń teoretycznych, równań
i metod stosowanych w mechanice płynów oraz podstawowych badań do-
świadczalnych parametrów hydrodynamicznych. Starano się wykazać, że
wszystkie zagadnienia mechaniki płynów wywodzą się z podstawowych
zasad zachowania masy, pędu i energii. Omówione zastosowania poznanej
teorii do konkretnych zagadnień wskazują, iż umożliwia ona ilościowy opis
zjawisk przepływowych zachodzących w urządzeniach, systemach i ma-
szynach stosowanych w praktyce inżynierskiej.
Książka jest przeznaczona przede wszystkim dla studentów wydziałów:
mechaniczno-energetycznych i inżynierii środowiska oraz inżynierów-
projektantów instalacji i urządzeń cieplno-przepływowych.
Wydawnictwa Politechniki Wrocławskiej
są do nabycia w następujących księgarniach:
„Politechnika”
Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław
budynek A-1 PWr., tel. (0-71) 320-25-34,
„Tech”
plac Grunwaldzki 13, 50-377 Wrocław
budynek D-1 PWr., tel. (0-71) 320-32-52
Prowadzimy sprzedaż wysyłkową
ISBN 83-7085-597-0
SPIS RZECZY
PRZEDMOWA ........................................................................................................... 9
ZESTAWIENIE WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ..................................................... 10
CZĘŚĆ PIERWSZA. PODSTAWY MECHANIKI PŁYNÓW
............................ 13
1. PODSTAWOWE POJĘCIA I ZAŁOŻENIA. PŁYNY I NIEKTÓRE ICH
WŁAŚCIWOŚCI..................................................................................................... 13
1.1. Określenie i podział mechaniki płynów ........................................................... 13
1.1.1. Przedmiot mechaniki płynów................................................................. 13
1.1.2. Określenie płynu .................................................................................... 13
1.1.3. Płyny jako ośrodek ciągły ...................................................................... 14
1.2. Właściwości płynów......................................................................................... 14
1.2.1. Gęstość, ciężar właściwy, objętość właściwa ........................................ 14
1.2.2. Ściśliwość............................................................................................... 16
1.2.3. Rozszerzalność cieplna .......................................................................... 18
1.2.4. Lepkość.................................................................................................. 18
1.2.5. Rozpuszczalność gazów w cieczach oraz parowanie cieczy.................. 21
1.3. Siły działające w płynach ................................................................................. 22
1.3.1. Siły masowe ........................................................................................... 23
1.3.2. Siły powierzchniowe .............................................................................. 24
1.3.3. Stan naprężeń w punkcie........................................................................ 25
1.3.4. Ciśnienie jako wielkość skalarowa......................................................... 27
1.3.5. Rodzaje i jednostki ciśnienia.................................................................. 29
1.4. Koncepcje podstawowe .................................................................................... 30
1.4.1. Pola fizyczne i ich klasyfikacja .............................................................. 30
1.4.2. Opis przepływu i jego klasyfikacja ........................................................ 31
1.4.3. Rodzaje przepływów .............................................................................. 32
1.4.4. Podział mechaniki płynów ..................................................................... 35
2. PODSTAWOWE POJĘCIA I TWIERDZENIA KINEMATYKI PŁYNÓW ........ 36
2.1. Metody badań ruchu płynu............................................................................... 36
4
2.1.1. Metoda Lagrange’a ................................................................................ 36
2.1.2. Metoda Eulera ........................................................................................ 38
2.2. Tor elementu płynu i linia prądu ...................................................................... 40
2.3. Strumień objętości i strumień masy ................................................................. 42
2.4. Cyrkulacja wektora prędkości. Twierdzenie Stokesa....................................... 43
2.5. Ruch lokalny płynu. Pierwsze twierdzenie Helmholtza ................................... 45
2.5.1. Ruch elementu płynu.............................................................................. 45
2.5.2. Prędkość kątowa i prędkość deformacji elementu płynu ....................... 48
2.6. Przepływ potencjalny (bezwirowy) płynu........................................................ 53
2.6.1. Przestrzenny przepływ potencjalny........................................................ 53
2.6.2. Przykłady przestrzennych pól potencjalnych ......................................... 55
2.6.3. Płaski ruch potencjalny .......................................................................... 58
2.6.4. Przykłady płaskich pól potencjalnych.................................................... 60
2.7. Ruch wirowy płynu. Drugie twierdzenie Helmholtza ...................................... 63
3. PODSTAWOWE RÓWNANIA MECHANIKI PŁYNÓW.................................... 67
3.1. Zasada zachowania masy ................................................................................. 67
3.1.1. Ogólna postać równania ciągłości.......................................................... 67
3.1.2. Równanie ciągłości ruchu jednowymiarowego...................................... 69
3.1.3. Strumień przepływu i prędkość średnia ................................................. 71
3.2. Zasada zachowania pędu .................................................................................. 72
3.2.1. Ogólna postać zasady zachowania pędu ................................................ 72
3.2.2. Równanie zachowania pędu płynu nielepkiego i nieściśliwego
(cieczy doskonałej) ................................................................................. 73
3.3. Zasada zachowania momentu pędu .................................................................. 74
3.4. Zasada zachowania energii............................................................................... 76
3.4.1. Ogólna postać zasady zachowania energii całkowitej ........................... 76
3.4.2. Równanie zachowania energii płynu nielepkiego
i nieprzewodzącego ciepła ...................................................................... 77
4. STATYKA PŁYNÓW ............................................................................................ 80
4.1. Równowaga płynu ............................................................................................ 80
4.1.1. Warunki równowagi płynów. Prawo Pascala......................................... 80
4.1.2. Równowaga w potencjalnym polu sił masowych .................................. 82
4.1.3. Równowaga cieczy w ziemskim polu grawitacyjnym ........................... 82
4.1.4. Równowaga cieczy w naczyniach połączonych..................................... 85
4.1.5. Zasada pomiaru ciśnień statycznych. Manometry cieczowe.................. 86
4.1.6. Równowaga atmosfery ziemskiej........................................................... 89
4.1.7. Równowaga względna cieczy podczas postępowego i obrotowego
ruchu naczynia ........................................................................................ 93
4.2. Napór płynów na ściany naczyń....................................................................... 98
4.2.1. Napór hydrostatyczny na ściany płaskie ................................................ 98
[ Pobierz całość w formacie PDF ]