Vodohospodářské stavby BS001 Hydraulika 1/3

Transkript

1 CZ..07/..00/5.046 Posílení kvality bakalářskéo studijnío proramu Stavební Inženýrství Vodoospodářské stavby BS00 Hydraulika /3 Fyzikální vlastnosti kapalin, Hydrostatika a plování těles, Hydrodynamika

2 Harmonoram přednášek. Úvod a základní informace o předmětu, úvod do vodnío ospodářství ČR. Vodní nádrže, přerady a využití vodní enerie 3. Jezy, odběry vody z vodníc toků, vodní cesty a plavba 4. Vodní toky a jejic úprava, razení bystřin 5. Základní pojmy a vztay ydrauliky 6. Základní pojmy a vztay ydrauliky 7. Základní pojmy a vztay ydrauliky 8. Hydroloie, kolobě vody v přírodě, ydroloie nádrží 9. Rybníky a účelové nádrže, ocrana před velkými vodami, ocranné ráze 0. Závlay, odvodnění, ocrana a oranizace povodí. Inženýrské sítě. Zásobování pitnou vodou, úprava a doprava vody, balneotecnika 3. Stokování a čištění odpadníc vod

3 Hydraulika Teoretická mecanika Mecanika kapalin Hydromecanika fyzikálně-matematický přístup Hydraulika empirie, měření in situ, měření na modelec Hydor = voda; aulos = potrubí, žlab Věda o zákonitostec rovnováy poybu tekutin a vzájemném působení tekutiny a tuýc těles Hydrostatika kapalina je vzledem k tělesu v klidu Hydrodynamika kapalina v poybu vzledem k tuým tělesům Tekutina kapaliny + plyny

4 . Fyzikální vlastnosti kapalin Hustota; Měrná tía; Viskozita; Stlačitelnost; Ideální kapalina. Hustota vody ρ = m V [k/m 3 ]; ρ = f(t, p) T = 0 C; p vo = 0,35 kpa; ρ = 999,7 k/m 3 ρ = 000k/m 3. Měrná tía vody γ = ρ [N/m 3 ] Tía kapaliny vztažená na jednotku objemu γ = 9800 N/m 3

5 . Fyzikální vlastnosti kapalin Hustota; Měrná tía; Viskozita; Stlačitelnost; Ideální kapalina.3 Viskozita kapaliny (dynamická, kinematická) Mezi jednotlivými vrstvami proudící kapaliny vzniká tanenciální napětí t τ = μ du dy [N/m ] m součinitel dynamické viskozity n součinitel kinematické viskozity υ = μ ρ [m /s] ν = f(t) Voda T = 0 C; ν =, m /s x T = 60 C; ν = 0, m /s Newtonské x nenewtonské kapaliny voda x med / kečup / barva / pasta / kal / beton / mazadlo

6 . Hydrostatika. Tlaková síla kapaliny na vodorovnou plocu K čemu mně to je? Síla na dno nádrže nebo její část (poklop) p v p = ρ + p vo [Pa] F s F = ps = ρ + p vo S [N] S F v p v 0 m v. sl. = atm = 9800 Pa = = 0,98 bar 736 torr Síla je rovna tíze sloupce kapaliny, jejíž základnou je ploca dna a výškou je jeo loubka pod ladinou. Hydrostatické paradoxon F = f f(v) S S S S S

7 . Hydrostatika. Tlaková síla kapaliny na rovinné plocy K čemu mně to je? Síla na stěny nádrží, jezy, přerady, základy budov (podzemní voda), vše co je zaplavené při povodníc. C T F 0,0 F = ρ T + p vo S [N] df C T S x y yc yt ds C T e xt xc x y Síla je rovna součinu velikosti tlačené plocy S a ydrostatickéo tlaku v jejím těžišti T. Síla F působí na plocu kolmo a v působišti C. Použitelné pro všecny rovinné plocy: S S S S

8 . Hydrostatika.3 a) Horizontální a vertikální složka tlakové síly na rovinné plocy K čemu mně to je? Přelednější vyjádření působící síly F Zatěžovací obrazec: a) b) 7 F 6 A* 5 4 F v A** b 3 myšlená ladina b A** F v F A* F F = ρba F v = ρba [N] [N] F = F + F v [N] Vodorovná a svislá složka ydrostatické síly se určí pomocí plocy zatěžovacío obrazce A* a A**. Síly procázejí těžišti zatěžovacíc obrazců! Použitelné pro zatíženou plocu s konstantní šířkou a s vodorovnými stranami:

9 . Hydrostatika.3 b) Konstrukce zatěžovacío obrazce K čemu mně to je? Určím velikost, směr a působiště síly F a jejic složek

10 . Hydrostatika.4 Plování těles K čemu mně to je? Zakládání staveb pod ladinou podzemní vody, bezpečnost staveb proti vyplavání, stabilita plavidel ds ds F d tl df v = ρds = ρdo F do df v O F F v = ρo ds df vz Těleso ponořené do kapaliny je nadlečováno vztlakovou silou, jejíž velikost se rovná tíze kapaliny o objemu ponořené části tělesa. vz M M T C r t tn W V C T F M vz C G = ρ t V t F vz = ρ W W G = F vz Těleso klesá ke dnu G > F vz Těleso se vznáší G = F vz Těleso plave G < F vz b G

11 3. Hydrodynamika 3. Průřezové carakteristiky průřez, ryclost, průtok proudnice bodová ryclost u průtočný profil průtočný průřez F F S S Objemový průtok Q = S uds = vs [m 3 /s; m 3 /, l/s] Hmotnostní průtok Q m = S ρuds = ρvs [k/s; t/s] Průřezová ryclost v = S uds S = Q S [m/s] Proudění ustálené průtok Q je konstantní Proudění neustálené průřezové carakteristiky jsou funkcí času a poloy Proudění ustálené rovnoměrné průřezové carakteristiky Q, v, S se nemění Proudění ustálené nerovnoměrné průtok Q je konstantní, S a v se mění

12 3. Rovnice kontinuity 3. Hydrodynamika Objemový tvar rovnice kontinuity S /v S /v Q = S v = S v = konst. 3.3 Bernoullio rovnice pro skutečnou kapalinu Hmotnostní tvar rovnice kontinuity Q m = ρ S v = ρ S v = konst. K čemu mně to je? Návr a provoz vodovodů, kanalizací, plynovodů, produktovodů, topení, klimatizací, čerpadel = eneretická bilance mezi poloovou enerií, tlakovou enerií a ryclostní enerií (kinetickou)

13 3. Hydrodynamika 3.3 Bernoullio rovnice pro ideální a skutečnou kapalinu Ideální kapalina Coriolisovo číslo (od u k v) Skutečná kapalina Geodetická výška + tlaková výška p/r = E p Ryclostní výška v / = E k Celková enerie E c = E p +E k + z z - Ztráta mecanické enerie třením a deformacemi ryclostnío pole u p u p = r r z = v p v p r r S v S u S 3 3 d =