Dynamika tekutin popisuje kinematiku (pohyb částice v času a prostoru) a silové působení v tekutině.

Podobné dokumenty
Václav Uruba home.zcu.cz/~uruba ZČU FSt, KKE Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i., ČVUT v Praze, FS, UK MFF

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

Mechanika kontinua. Mechanika elastických těles Mechanika kapalin

Potenciální proudění

i j antisymetrický tenzor místní rotace částice jako tuhého tělesa. Každý pohyb částice lze rozložit na translaci, deformaci a rotaci.

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

2. Kinematika bodu a tělesa

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

Pokud proudění splňuje všechny výše vypsané atributy, lze o něm prohlásit, že je turbulentní (atributy je třeba znát).

Hydromechanické procesy Obtékání těles

Skalární a vektorový popis silového pole

Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

Výsledný tvar obecné B rce je ve žlutém rámečku

Teoretické otázky z hydromechaniky

6. Mechanika kapalin a plynů

1141 HYA (Hydraulika)

Práce, energie a další mechanické veličiny

7 Gaussova věta 7 GAUSSOVA VĚTA. Použitím Gaussovy věty odvod te velikost vektorů elektrické indukce a elektrické intenzity pro

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

7. Gravitační pole a pohyb těles v něm

Mechanika tekutin. Hydrostatika Hydrodynamika

geometrická (trigonometrická, nebo goniometrická) metoda (podstata, vhodnost)

Rychlostní a objemové snímače průtoku tekutin

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2017) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Stacionární magnetické pole. Kolem trvalého magnetu existuje magnetické pole.

Zavedeme-li souřadnicový systém {0, x, y, z}, pak můžeme křivku definovat pomocí vektorové funkce.

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Mechanika kapalin a plynů

Mechanika tekutin je nauka o rovnováze a makroskopickém pohybu tekutin a o jejich působení na tělesa do ní ponořená či jí obtékaná.

Vybrané kapitoly z matematiky

3. Obecný rovinný pohyb tělesa

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Turbulence

Matematika pro chemické inženýry

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov. Modelování termohydraulických jevů 3.hodina. Hydraulika. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

Příklady z teoretické mechaniky pro domácí počítání

12. VISKOZITA A POVRCHOVÉ NAPĚTÍ

Fyzika kapalin. Hydrostatický tlak. ρ. (6.1) Kapaliny zachovávají stálý objem, nemají stálý tvar, jsou velmi málo stlačitelné.

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

Kinematika tuhého tělesa. Pohyb tělesa v rovině a v prostoru, posuvný a rotační pohyb

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2016) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Kinematická geometrie

PŘÍMKA A JEJÍ VYJÁDŘENÍ V ANALYTICKÉ GEOMETRII

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

ČÁST V F Y Z I K Á L N Í P O L E. 18. Gravitační pole 19. Elektrostatické pole 20. Elektrický proud 21. Magnetické pole 22. Elektromagnetické pole

4. Napjatost v bodě tělesa

NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

3.1. Newtonovy zákony jsou základní zákony klasické (Newtonovy) mechaniky

Ing. Oldřich Šámal. Technická mechanika. kinematika

3.1 Magnetické pole ve vakuu a v látkovén prostředí

DERIVACE. ln 7. Urči, kdy funkce roste a klesá a dále kdy je konkávní a

Transformujte diferenciální výraz x f x + y f do polárních souřadnic r a ϕ, které jsou definovány vztahy x = r cos ϕ a y = r sin ϕ.

VEKTOROVÁ POLE Otázky

Rychlost, zrychlení, tíhové zrychlení

Základní vlastnosti křivek

Dynamika vázaných soustav těles

STACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

2 Tokové chování polymerních tavenin reologické modely

Václav Uruba home.zcu.cz/~uruba ZČU FSt, KKE Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i., ČVUT v Praze, FS, UK MFF

Kinetická teorie ideálního plynu

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

4. Práce, výkon, energie a vrhy

LDA měření nestacionárního proudění v dvourozměrném poli

Obsah. 2 Moment síly Dvojice sil Rozklad sil 4. 6 Rovnováha 5. 7 Kinetická energie tuhého tělesa 6. 8 Jednoduché stroje 8

MECHANIKA HORNIN A ZEMIN

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková. Mechanika. Mechanický pohyb. Fyzika 2. ročník, učební obory. Bez příloh. Identifikační údaje školy

Okruhy, pojmy a průvodce přípravou na semestrální zkoušku v otázkách. Mechanika

Mechanika - kinematika

Magnetické pole - stacionární

CVIČENÍ č. 7 BERNOULLIHO ROVNICE

1 Tuhé těleso a jeho pohyb

Dynamika soustav hmotných bodů

F - Mechanika tuhého tělesa

Vzájemné silové působení

Studentská tvůrčí činnost D modelování vírových struktur v rozváděcí turbínové lopatkové mříži. David Jícha

VEKTOROVÁ POLE VEKTOROVÁ POLE

FYZIKA II. Petr Praus 7. Přednáška stacionární magnetické pole náboj v magnetickém poli

Matematika I (KX001) Užití derivace v geometrii, ve fyzice 3. října f (x 0 ) (x x 0) Je-li f (x 0 ) = 0, tečna: x = 3, normála: y = 0

1. Dva dlouhé přímé rovnoběžné vodiče vzdálené od sebe 0,75 cm leží kolmo k rovine obrázku 1. Vodičem 1 protéká proud o velikosti 6,5A směrem od nás.

České vysoké učení technické v Praze Fakulta biomedicínského inženýrství

Nelineární problémy a MKP

7.KINEMATICKÁ GEOMETIE V ROVINĚ 7.1 Rovinné křivky

FLUENT přednášky. Turbulentní proudění

1.1 Shrnutí základních poznatků

Kinematika hmotného bodu

Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64, 37021

Zařízení: Rotační viskozimetr s příslušenstvím, ohřívadlo s magnetickou míchačkou, teploměr, potřebné nádoby a kapaliny (aspoň 250ml).

Elementární křivky a plochy

Hydromechanické procesy Hydrostatika

Příklady k analytické geometrii kružnice a vzájemná poloha kružnice a přímky

Dynamika systémů s proměnnou hmotností. Vojtěch Patočka Univerzita Karlova - MFF

1.1 Napište středovou rovnici kružnice, která má střed v počátku soustavy souřadnic a prochází bodem

11. Dynamika Úvod do dynamiky

Transkript:

Dynamika tekutin popisuje kinematiku (pohyb částice v času a prostoru) a silové působení v tekutině. Přehled proudění Vazkost - nevazké - vazké (newtonské, nenewtonské) Stlačitelnost - nestlačitelné (kapaliny za běžných podmínek, plyny při malých rychlostech) - stlačitelné Ustálenost - stacionární (neměnné v čase) - nestacionární (závislé na čase) Geometrie - jednorozměrné - dvourozměrné - třírozměrné

Kinematika popisuje pohyb částic tekutiny. Sleduje rychlost, zrychlení, tlak, pohyb v prostoru a čase.

Sled je čára, která spojuje částice, které v minulosti prošly jedním místem postupně v různých časových okamžicích. Je funkcí referenčního bodu, ze kterého se vypouští částice (barvivo při zviditelnění) a času. Pro stacionární proudění není fcí času.

Timeline spojuje částice vypuštěné ze sledované oblasti (např. úsečka) v určitý časový okamžik (zde t1). Tvar časové čáry je funkcí počátečního času t1 a zpoždění pozorování (t3 t1). Pro stacionární proudění není funkcí poč. času, jen zpoždění. http://www.engineeringarchives.com/les_fm_streamstreakpathtimelines.html

http://www.engineeringarchives.com/les_fm_streamstreakpathtimelines.html Sleduje dráhu jedné částice v čase.

http://wwwmdp.eng.cam.ac.uk/web/library/enginfo/aerothermal_dvd_only/aero/fpro ps/cvanalysis/node8.html Proudnice je čára, jejíž tečna udává směr rychlosti proudění v určitém bodě. Při stacionárním proudění jsou proudnice, trajektorie a sledy totožné.

Lagrange Pozorovatel se pohybuje s tekutinou, je pevně spojen s určitou částicí tekutiny. Obtékaná tělesa se okolo něj pohybují. Prvotně se určuje dráha částice, z ní se derivacemi podle času stanoví rychlost a zrychlení částice. Při aplikačních úlohách hůře použitelné, je obtížné sledovat trajektorie všech částic tekutiny.

Euler Pozorovatel je pevně spojený se souřadnicovou soustavou a sleduje kontrolní objem nepohybuje se. Má informace o všech bodech v objemu, jejich změnách rychlosti, stavových veličinách. Prvotně tedy víme rychlost (proudnice) z níž se určuje dráha a zrychlení. Známe rozložení rychlostí, tlaků, dále proudnice V dalších částech MT používáme Eulerův popis proudění.

Proudová trubice je myšlená plocha tvořená proudnicemi. Když si zvolíme uzavřenou křivku v prostoru, každým jejím bodem prochází jedna proudnice. Ty vytvoří plášť, kterému říkáme proudová trubice. Protože je tvořena z proudnic, které popisují směr proudění, přes plášť trubice nic neproudí. Vnitřek proudové trubice je proudové vlákno. Proudění trubicí se dá popsat rovnicí kontinuity, takže každým řezem protéká stejné množství tekutiny za jednotku času. Pokud se tekutina v trubici otáčí kolem spojnice středů každého průřezu, jedná se o vírové vlákno.

Rychlost částice je vektor, který můžeme rozepsat do složek ve všech směrech, kde x-ová složka rychlosti se obvykle značí u, y-ová se značí v a z-ová se značí w. Úplný popis změny rychlosti dostaneme při sledování pohybu ve všech směrech a v čase. Zrychlení je derivací rychlosti podle času.

Substanciální (materiálová) derivace zohledňuje změny proměnné veličiny vázané k částici tekutiny, které souvisí s místními změnami a prouděním tekutiny.

Při stacionárním proudění jsou sledy, trajektorie a proudnice totožné. Rychlosti, zrychlení, tlaky se mění pouze s polohou, ne v čase. Lokální část substanciální derivace je ve všech bodech nulová.

Helmholzův teorém říká, že obecný pohyb částice můžeme rozložit na posuvný, rotační a deformační.

Příčinou rotace částice je rozdíl rychlostí v okolí částice, který jí roztočí kolem své osy. Podmínkou je vazká tekutina. V nevazké tekutině nemohou rotující částice vzniknout.

Vířivé proudění znamená, že se částice otáčí kolem své osy. Vír vznikne, když částice tekutiny obíhají po uzavřené křivce okolo středu víru. Vír může být i potencionální částice víru nerotují kolem vlastních os. Cirkulace víru se určuje z pole rychlostí, kde zjišťujeme jaký způsobem se chovají částice ve sledované ploše. Je to vlastně míra obíhání částic po uzavřené křivce.

Rankinův vír se skládá z dvou modelů víru. Rotace jádra víru jako tuhého tělesa (vzniká např. v rotující nádobě naplněné vodou). Zde je hodnota vířivosti po poloměru konstantní (hodnota obvodové rychlosti lineárně narůstá s poloměrem). Druhý model je potencionální vír tam je rychlost nepřímo úměrná poloměru, ve středu víru je tedy singulární bod (nekonečná rychlost). Model potenciálního víru se uvažuje od určitého mezního poloměru a, má nulovou vířivost. Na tomto mezním poloměru je také maximální obvodová rychlost, která už dále nepřímo úměrně klesá se zvětšujícím se poloměrem.

V mezní vrstvě se uplatňuje vazkost tekutiny, díky ní částice tekutiny rotují, smykově se deformují a posouvají se. Vně mezní vrstvy se uplatňuje potencionální proudění, takže částice se pouze posouvají. Rotací a smykovou deformaci způsobují rozdílné rychlosti tekutiny v kolmé vzdálenosti od stěny.

Křivky tečné k vektorům vířivosti v každém bodě jsou vírové čáry (analogie k proudnicím). Vírové čáry procházející určitým průřezem v tekutině tvoří plášť, který se nazývá vírová trubice. Tekutina uvnitř trubice je vírové vlákno. Biotův-Savartův zákon je v podstatě analogický s elektromagnetickou indukcí. Říká, že element vírového vlákna ds indukuje v daném bodě prostoru zaplněného tekutinou indukovanou rychlost udanou vztahem uvedeným výše. Rychlost je kolmá k vektoru elementu vírového vlákna i k relativnímu polohovému vektoru. Pozor: její velikost je nepřímo úměrná 2. mocnině vzdálenosti!

Potenciální proudění je nerotační, nezřídlové a kinematicky je popsáno rovnicí kontinuity. Potenciální proudové pole určujeme soustavou ekvipotenciál, což jsou křivky s konstantním potenciálem. Výpočet potenciálu pochází z prvních dvou podmínek potenciálního proudění a to, že je nerotační a nezřídlové. Úpravami se dále řeší diferenciální Laplaceovou rovnicí. Proudové funkce se skládají z proudnic, které tvoří proudové trubice.