Úvod. K141 HYAR Úvod 0

Podobné dokumenty
1141 HYA (Hydraulika)

VLASTNOSTI KAPALIN. Část 2. Literatura : Otakar Maštovský; HYDROMECHANIKA Jaromír Noskijevič; MECHANIKA TEKUTIN František Šob; HYDROMECHANIKA

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

1141 HYA (Hydraulika)

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

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

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

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

5. Stavy hmoty Kapaliny a kapalné krystaly

Vlastnosti kapalin. Povrchová vrstva kapaliny

4. Kolmou tlakovou sílu působící v kapalině na libovolně orientovanou plochu S vyjádříme jako

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

Hydromechanické procesy Fyzikální vlastnosti tekutin

Základy fyziky + opakovaná výuka Fyziky I

LOGO. Struktura a vlastnosti kapalin

Teoretické otázky z hydromechaniky

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

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

Fyzikální vlastnosti tekutin. M. Jahoda

Mechanika tekutin. Hydrostatika Hydrodynamika

6. Mechanika kapalin a plynů

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

PROCESY V TECHNICE BUDOV 2

Mechanika kapalin a plynů

Fyzika - Sexta, 2. ročník

12. VISKOZITA A POVRCHOVÉ NAPĚTÍ

34_Mechanické vlastnosti kapalin... 2 Pascalův zákon _Tlak - příklady _Hydraulické stroje _PL: Hydraulické stroje - řešení...

Připravil: Roman Pavlačka, Markéta Sekaninová Hydrostatika

VISKOZITA A POVRCHOVÉ NAPĚTÍ

Příloha-výpočet motoru

Vodohospodářské stavby BS001 Hydraulika 1/3

, Brno Připravil: Tomáš Vítěz Petr Trávníček. Úvod do předmětu

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

Tlak v kapalinách a plynech Vztlaková síla Prodění kapalin a plynů

4 STANOVENÍ KINEMATICKÉ A DYNAMICKÉ VISKOZITY OVOCNÉHO DŽUSU

Číslo materiálu Předmět ročník Téma hodiny Ověřený materiál Program

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

Vybrané technologie povrchových úprav. Základy vakuové techniky Doc. Ing. Karel Daďourek 2006

Transportní jevy v plynech Reálné plyny Fázové přechody Kapaliny

5b MĚŘENÍ VISKOZITY KAPALIN POMOCÍ PADAJÍCÍ KULIČKY

Hydrodynamika. ustálené proudění. rychlost tekutiny se v žádném místě nemění. je statické vektorové pole

Měření povrchového napětí

Mechanika kontinua. Mechanika elastických těles Mechanika kapalin

Příklady z hydrostatiky

Základy vakuové techniky

Fyzika. 6. ročník. měřené veličiny. značky a jednotky fyzikálních veličin

PROCESY V TECHNICE BUDOV cvičení 3, 4

2 Jevy na rozhraní Kapilární tlak Kapilární jevy Objemová roztažnost kapalin 7

Mol. fyz. a termodynamika

Mezi krystalické látky nepatří: a) asfalt b) křemík c) pryskyřice d) polvinylchlorid

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

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

STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN

Struktura a vlastnosti kapalin

PŘÍKLADY Z HYDRODYNAMIKY Poznámka: Za gravitační zrychlení je ve všech příkladech dosazována přibližná hodnota 10 m.s -2.

Síla, vzájemné silové působení těles

7. MECHANIKA TEKUTIN - statika

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

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

Hydromechanické procesy Hydrostatika

DUM č. 12 v sadě. 10. Fy-1 Učební materiály do fyziky pro 2. ročník gymnázia

Konstrukce optického mikroviskozimetru

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

Dynamická viskozita oleje (Pa.s) Souřadný systém (proč)?

JEVY NA ROZHRANÍ PEVNÉHO TĚLESA A KAPALINY

Otázky pro Státní závěrečné zkoušky

Krevní oběh. Helena Uhrová

Obr. 9.1 Kontakt pohyblivé části s povrchem. Tomuto meznímu stavu za klidu odpovídá maximální síla, která se nezývá adhezní síla,. , = (9.

12. Struktura a vlastnosti pevných látek

CVIČENÍ č. 3 STATIKA TEKUTIN

Proudění Sborník článků z on-line pokračujícího zdroje Transformační technologie.

Přehled základních fyzikálních veličin užívaných ve výpočtech v termomechanice. Autor Ing. Jan BRANDA Jazyk Čeština

Třecí ztráty při proudění v potrubí

Termomechanika cvičení

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

Základní škola, Ostrava Poruba, Bulharská 1532, příspěvková organizace

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. ! t 2 :! Stacionární děj, bez vnitřního zdroje, se zanedbatelnou viskózní disipací

FYZIKA 6. ročník 1_Látka a těleso _Vlastnosti látek _Vzájemné působení těles _Gravitační síla... 4 Gravitační pole...

2.3 Tlak v kapalině vyvolaný tíhovou silou Tlak ve vzduchu vyvolaný tíhovou silou... 5

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

TERMOMECHANIKA 1. Základní pojmy

Termomechanika 9. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Výsledný tvar obecné B rce je ve žlutém rámečku

3.3 Částicová stavba látky

Maturitní témata fyzika

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Proudění vody v potrubí. Martin Šimek

LEE: Stanovení viskozity glycerolu pomocí dvou metod v kosmetickém produktu

Senzory průtoku tekutin

MOLEKULOVÁ FYZIKA KAPALIN

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

Skalární a vektorový popis silového pole

2 Tokové chování polymerních tavenin reologické modely

Adhezní síly. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

1 Vlastnosti kapalin a plynů

p gh Hladinové (rovňové) plochy Tlak v kapalině, na niž působí pouze gravitační síla země

MaK 8/2011. Materiál a konstrukce, syllaby FSv ČVUT Praha 2011, Prof. Ing. J.Krňanský, CSc.

Transkript:

Úvod K141 HYAR Úvod 0

FYZIKA MECHANIKA MECH. TEKUTIN HYDRAULIKA HYDROSTATIKA HYDRODYNAMIKA Mechanika tekutin zabývá se mechanickými vlastnostmi tekutin (tj. silami v tekutinách a prouděním tekutin) poskytuje teoretické základy hydraulice Hydraulika se zabývá využitím mechanických vlastností tekutin pro technické (inženýrské) účely K141 HYAR Úvod 1

FYZIKA MECHANIKA MECH. TEKUTIN HYDRAULIKA HYDROSTATIKA HYDRODYNAMIKA Stavebnictví a vodohospodářské aplikace - tekutinou především VODA Hydrostatika se zabývá kapalinou v klidu (tlak v kapalině, silový účinek sloupce kapaliny na pevná tělesa) Hydrodynamika řeší pohyb kapaliny, tj. za jakých vnějších podmínek, s jakými ztrátami (odpory), při jakém průtoku, při jaké hladině a tlaku, jakou formou, s jakým silovým účinkem proteče voda potrubím, trubní soustavou, korytem toku, objektem, vodním dílem nebo zemním prostředím. K141 HYAR Úvod 2

TEKUTINA téměř nevzdoruje tečným (smykovým) napětím TEKUTINY KAPALINY VZDUŠINY (PLYNY, PÁRY) KAPALINA vyplňuje spojitě otevřenou nádobu, nemění samovolně svůj objem, na rozdíl od vzdušin: mění jen nepatrně svůj objem se změnami tlaku a teploty, vytváří volnou hladinu, ohraničené paprsky, blány a kapky K141 HYAR Úvod 3

Vlastnosti kapalin K141 HYAR Vlastnosti 4

tlak (Pa) FÁZOVÝ DIAGRAM VODY 1.E+07 1.E+06 kapalina (voda) 1.E+05 normální tlak 1.E+04 1.E+03 1.E+02 led trojný bod pára 1.E+01-50 0 50 100 150 200 teplota ( C) K141 HYAR Vlastnosti 5

VLASTNOSTI KAPALIN - VODY Model ideální kapaliny: Reálná kapalina: (voda) nevazká, objemově stálá, homogenní matematické řešení vazká odpory experimenty součinitele Kapaliny s příměsí (např. od rozpouštění látek): suspenze, emulze, disperze, unášení splavenin (splaveninový režim vodního toku), provzdušení vodního proudu, chemické a biologické procesy (vodní toky, ČOV), 1. Měrná hmotnost 2. Objemová roztažnost (vliv teploty) 3. Objemová stlačitelnost (vliv tlaku) 4. Povrchové napětí kapilarita 5. Vazkost 6. Tokové charakteristiky kapaliny K141 HYAR Vlastnosti 6

1. MĚRNÁ HMOTNOST (hustota) ρ Co je hmotnost? Vyjadřuje míru setrvačnosti látky (viz. předmět Fyzika). m [kg] Co je měrná hmotnost? Hmotnost jednotkového objemu látky. ρ m dm m... dv ρ V V kg 3 m Hustota vody ρ = f(p,t) [důvody: stlačitelnost a tepelná objemová roztažnost kapaliny]; směrem k extrémním teplotám (0 a 100 o C) klesá. Max. hodnota ρ voda = 999,97 kg/m 3 za p atm je dosažena při T = 3,98 o C. K141 HYAR Vlastnosti 7

(kg m -3 ) dm m 1. MĚRNÁ HMOTNOST (hustota)... m [kg m 3 ] dv V V = f (T, p) teplotní stratifikace vody v nádržích (voda u dna 4 o C) měrná hmotnost vody při tlaku p a 1000 995 990 985 980 975 970 965 960 1 000.0 999.9 999.8 999.7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 teplota ( C) K141 HYAR Vlastnosti 8

2. OBJEMOVÁ (tepelná) ROZTAŽNOST změna hustoty vody s teplotou = (T ) při konstantním tlaku změna objemu V dané hmotnosti vody s teplotou při konstantním tlaku V = V(T ) potřeba použití expanzní nádoby v uzavřených tlakových systémech 5 vývody teplovodního výměníku 6 4 2 krbová vložka 1 3 K141 HYAR Vlastnosti 9

2. OBJEMOVÁ ROZTAŽNOST - změna objemu vody s teplotou V = V(T ), - součinitel tepelné roztažnosti V T kde V 0 = počáteční objem (V 0 se vztahuje zpravidla k teplotě T 0 = 0 C = 273 K) V = V V 0 je rozdíl mezi objemem V při teplotě T a objemem počátečním 0 V 1 [K ] T = T T 0 je rozdíl mezi teplotou T a teplotou referenční T 0 konst., = (T ) fyzikální tabulky (voda 10 C = 8.10-5 K -1, 30 C 3.10-4 K -1 ) Postup výpočtu: - objem se vyčíslí V = V 0 +V = V 0 (1+ T), poznámka: T(K) = T( C), neboť K = C + 273,15 - vztah mezi objemy V 1 a V 2 při teplotách T 1 a T 2 : V 1+β T = V 1+β T 2 2 2 1 1 1 K141 HYAR Vlastnosti 10

3. OBJEMOVÁ STLAČITELNOST Vyjadřuje změnu objemu (dv, V) v důsledku změny působícího tlaku (dp, p) podle výpočtové rovnice dv V 1 K dp - V V p K [-] modul objemové pružnosti vody K2.10 9 [Pa] (voda 10x stlačitelnější než beton, 100x než stavební ocel); definice K: K ρ C C = rychlost šíření tlakového rozruchu (zvuku) pro čistou vodu (C = 1435 ms -1 ) Poznámka: běžně se voda uvažuje jako nestlačitelná, tzn. V = 0 (výjimka: hydraulický ráz stlačitelnost vody) K141 HYAR Vlastnosti 11

4. POVRCHOVÉ NAPĚTÍ hladina kapaliny či rozhraní 2 kapalin napjatost hladiny (povrchu) K141 HYAR Vlastnosti 12

4. POVRCHOVÉ NAPĚTÍ hladina kapaliny či rozhraní 2 kapalin napjatost hladiny (povrchu) kapilární tlak p k Příčina: přitažlivé síly Schéma přitažlivých sil působících na částici (molekulu nebo atom) v povrchové vrstvě kapaliny. 1. Povrchové napětí vzniká vzájemným působením přitažlivých sil mezi částicemi tekutého tělesa; tyto jsou silnější než síly mezi dvěma částicemi plynu nebo částicí kapaliny a plynu. 2. Důvodem vzniku povrchového napětí je zlom v symetrii na povrchu ve srovnání s vnitřkem kapaliny a vnitřkem plynu. 3. Povrchové napětí působí v rovině povrchu, ne kolmo k němu! K141 HYAR Vlastnosti 13

4. POVRCHOVÉ NAPĚTÍ hladina kapaliny či rozhraní 2 kapalin napjatost hladiny (povrchu) kapilární tlak p k Příčina: přitažlivé síly df 1 dl [N m ] df... elementární kohezní síla (koheze = působení přitažlivých sil mezi molekulami látky soudržnost látky), dl... element oblouku hranice kapaliny Schéma přitažlivých sil působících na částici (molekulu nebo atom) v povrchové vrstvě kapaliny. = f(druh kapaliny nebo plynu, T ) - pro vodu T = 20 C na styku se vzduchem = 0,0755 Nm -1 K141 HYAR Vlastnosti 14

4. POVRCHOVÉ NAPĚTÍ Výskyt v praxi: styk kapaliny se vzduchem (a) hladinové blány, kapky, bubliny, kulový tvar v beztížném stavu zdroj: www.klatu.com padající kapka vody zdroj: www.klatu.com kapka vody na pevné podložce zdroj: http://deserve.kek.cz K141 HYAR Vlastnosti 15

4. POVRCHOVÉ NAPĚTÍ Výskyt v praxi: styk kapaliny se vzduchem (a) hladinové blány, kapky, bubliny, kulové vzduchové bubliny čočka mastnoty na hladině pro σ 12 > σ 13 + σ 23 hladinová vrstva (např. ropná skvrna) K141 HYAR Vlastnosti 16

Kapilární ELEVACE a DEPRESE v úzkých trubicích a štěrbinách: výsledek koheze (vliv soudržných molekulárních sil) a adheze (přitažlivé síly mezi povrchovými molekulami vzájemná přilnavost různých látek) Vliv sil adhezních > vliv sil kohezních kapilární elevace a vydutý meniskus (lpící kapaliny) zdroj: www.waterwise.nsw.gov.au zdroj: www.konrad-fischer-info.de význam u úzkých trubic (např. půdní kapiláry) a úzkých štěrbin (trhlinách ve zdivu nebo těsnění spár) K141 HYAR Vlastnosti 17

Kapilární ELEVACE a DEPRESE v úzkých trubicích a štěrbinách: výsledek koheze (vliv soudržných molekulárních sil) a adheze (přitažlivé síly mezi povrchovými molekulami vzájemná přilnavost různých látek) Vliv sil adhezních > vliv sil kohezních kapilární elevace a vydutý meniskus (lpící kapaliny) Vliv sil kohezních > vliv sil adhezních kapilární deprese a vypuklý meniskus (nelpící kapaliny) K141 HYAR Vlastnosti 18

Výpočet (výšky) kapilární elevace e k pro kapiláru průměru D: 2 D tíha vody v kapiláře G e 4 kapilární síla F D cos k g silová podmínka rovnováhy F = G D D cos 4 2 e k g e k 4 cos D g pro štěrbinu šířky D a délky L: tíha vody ve štěrbině G DL ek g kapilární síla F 2L cos silová podmínka rovnováhy F = G 2L cos DL ek g e k 2 cos D g K141 HYAR Vlastnosti 19

4. POVRCHOVÉ NAPĚTÍ Výskyt v praxi: styk kapaliny s pevnou stěnou Kombinace přitažlivých sil mezi molekulami kapaliny (síly kohezní vnitřní soudržnost) a přitažlivých sil mezi povrchovými molekulami kapaliny a stěny (síly adhezní vzájemná přilnavost dvou různých látek). 2 cos ek voda g B (d) sací efekt zúžující se štěrbiny (laboratorní test) [m] K141 HYAR Vlastnosti 20

5. VAZKOST (viskozita) - je schopnost kapaliny klást odpor proti pohybu svých částic - je způsobena kohezí částic a vyjadřuje míru vnitřního tření za pohybu Pokus: Působením síly F se uvede posuvná deska do pohybu rychlostí du. Smykové napětí τ=f/s je odporovým napětím, jež klade smýkaná (deformovaná) kapalina svému pohybu vyvolanému posuvnou deskou. Pohyb kapaliny je charakterizován rychlostním gradientem du/dy. Newtonův zákon viskozity F S du dy τ [Pa] Konstanta úměrnosti = součinitel dynamické viskozity = dynamická viskozita, μ Poznámka: relace mezi τ a du/dy platí jen pro laminární pohyb kapaliny. K141 HYAR Vlastnosti 21 du dy [Pa.s]

5. VAZKOST (viskozita) Interpretace pro kruhové potrubí: Lokální tečné napětí τ v proudu (viz. obr. ) F S du dy [Pa] Dynamická versus kinematická viskozita: dynamická viskozita Pa.s kinematická viskozita 2 s m 1 K141 HYAR Vlastnosti 22

[m 2 s -1 ] kinematická viskozita (m 2 s -1 ) Kinematická viskozita vody při tlaku p a 1.8E-06 1.6E-06 1.4E-06 ( T ) 1.2E-06 1.0E-06 8.0E-07 6.0E-07 4.0E-07 2.0E-07 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 teplota ( C) Kinematická viskozita při teplotě 20 C a tlaku p a : voda: 1,2410-6 m 2 s -1 benzín: 0,4310-6 m 2 s -1 nafta: 4,1410-6 m 2 s -1 motorový olej: 9410-6 m 2 s -1 ropa: (19 až 55)10-6 m 2 s -1 K141 HYAR Vlastnosti 23 T[ C]

6. TOKOVÉ CHARAKTERISTIKY KAPALINY - REOGRAMY Newtonské kapaliny du ( platí dy ) Nenewtonské kapaliny (neplatí Newtonův zákon viskozity) Ř: polymery, latexy, lepidla, barvy, H: rozpouštědla, škroby, malty, betony, s mezí toku: čokoláda, pasty (např. zubní), vrtné a odpadní kaly,... K141 HYAR Vlastnosti 24

STANDARDY V HYDRAULICE Gravitační zrychlení g 9,80665 m s -2 9,81m s -2 Měrná hmotnost vody -3 ρ 1000 kg m Kinematická viskozita vody pro T = 12 C 6 1,24 10 m 6 2-1 10 m s 2 s -1 Atmosférický tlak = tlak na volnou hladinu p p a a 1,013.10 10 5 Pa 5 Pa Pa Nm -2 kg m s 2 m 2 kg m 1 s 2 K141 HYAR Vlastnosti 25