TERMOMECHANIKA 11. Termodynamika proudění

Podobné dokumenty
TERMOMECHANIKA 4. První zákon termodynamiky

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují. s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje

Termomechanika 6. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Hydrostatika F S. p konst F S. Tlak. ideální kapalina je nestlačitelná l = konst. Tlak v kapalině uzavřené v nádobě se šíří ve všech směrech stejně

Hydrostatika a hydrodynamika

Cvičení z termomechaniky Cvičení 5.

Numerické výpočty proudění v kanále stálého průřezu při ucpání kanálu válcovou sondou

Plynové turbíny. Nevýhody plynových turbín: - menší mezní výkony ve srovnání s parní turbínou - vyšší nároky na palivo - kvalitnější materiály

Termodynamika pro +EE1 a PEE

TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

tečné napětí (τ), které je podle Newtona úměrné gradientu rychlosti, tj. poměrnému

Aproximativní analytické řešení jednorozměrného proudění newtonské kapaliny

VUT, FAST, Brno ústav Technických zařízení budov

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 16. Vizualizace proudění

Fyzikální chemie. 1.2 Termodynamika

Vzorové příklady - 4.cvičení

Cvičení z termomechaniky Cvičení 8.

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ

HYDROMECHANIKA 3. HYDRODYNAMIKA

Proudění reálné tekutiny

1141 HYA (Hydraulika)

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

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

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

6. Mechanika kapalin a plynů

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

Dynamika proudících plynů

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

KRUHOVÝ DĚJ S IDEÁLNÍM PLYNEM. Studijní text pro řešitele FO a ostatní zájemce o fyziku. Přemysl Šedivý. 1 Základní pojmy 2

Výpočet stlačitelného proudění metodou konečných objemů

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

1141 HYA (Hydraulika)

Termodynamika ideálního plynu

K141 HY3V (VM) Neustálené proudění v potrubích

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

silový účinek proudu, hydraulický ráz Proudění v potrubí

Hydrodynamika. Archimédův zákon Proudění tekutin Obtékání těles

HYDROPNEUMATICKÝ VAKOVÝ AKUMULÁTOR

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

ADC (ADS) AIR DATA COMPUTER ( AIR DATA SYSTEM ) Aerometrický počítač, Aerometrický systém. V současné době se používá DADC Digital Air data computer

PRŮTOK PLYNU OTVOREM

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

DOPLŇKOVÉ TEXTY BB01 PAVEL SCHAUER INTERNÍ MATERIÁL FAST VUT V BRNĚ HYDRODYNAMIKA

Výsledný tvar obecné B rce je ve žlutém rámečku

Otázky pro Státní závěrečné zkoušky

1.8.9 Bernoulliho rovnice

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 6. Měření rychlostí proudění

1141 HYA (Hydraulika)

Termomechanika 8. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Pokud světlo prochází prostředím, pak v důsledku elektromagnetické interakce s částicemi obsaženými

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

KATEDRA VOZIDEL A MOTORŮ. Skutečné oběhy PSM #6/14. Karel Páv

Výpo ty Výpo et hmotnostní koncentrace zne ující látky ,

V následující tabulce jsou uvedeny jednotky pro objemový a hmotnostní průtok.

VUT, FAST, Brno ústav Technických zařízení budov

Teoretické otázky z hydromechaniky

Nelineární model pneumatického pohonu

Výpočet stability (odolnosti koryta)

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

TERMOMECHANIKA 1. Základní pojmy

V p-v diagramu je tento proces znázorněn hyperbolou spojující body obou stavů plynu, je to tzv. izoterma :

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

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

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

CVIČENÍ č. 7 BERNOULLIHO ROVNICE

PROCESY V TECHNICE BUDOV cvičení 1, 2

Pokud uvažujeme v dynamice tekutin nestlačitelné proudění, lze si vystačit pouze s rovnicí kontinuity a hybnostními rovnicemi. Pokud je ale uvažováno

TERMIKA VIII. Joule uv a Thompson uv pokus pro reálné plyny

Mechanika tekutin. Hydrostatika Hydrodynamika

Výpočet stability (odolnosti koryta)

VY_32_INOVACE_G 21 11

Obrázek1:Nevratnáexpanzeplynupřesporéznípřepážkudooblastisnižšímtlakem p 2 < p 1

Proudění ideální kapaliny

Mechanika kontinua. Mechanika elastických těles Mechanika kapalin

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

1 Neoklasický model chování spotřebitele

Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Energetický ústav Odbor fluidního inženýrství Victora Kaplana

4 Ztráty tlaku v trubce s výplní

Rostislav Jedlička Tepelný a pevnostní výpočet výměníku VUT Brno, FSI-ÚE

Cvičení z termodynamiky a statistické fyziky

Úloha č.1: Stanovení Jouleova-Thomsonova koeficientu reálného plynu - statistické zpracování dat

III. Základy termodynamiky

Povrchová vs. hloubková filtrace. Princip filtrace. Povrchová (koláčová) filtrace. Typy filtrů. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob

VLHKÝ VZDUCH STAVOVÉ VELIČINY

Oddělení technické elektrochemie, A037. LABORATORNÍ PRÁCE č.9 CYKLICKÁ VOLTAMETRIE

Termomechanika 11. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Mechanika kapalin a plynů

VLHKÝ VZDUCH. - Stavová rovnice suchého vzduchu p v.v = m v.r v.t (5.4). Plynová konstanta suchého vzduchu r v 287 J.kg -1.K -1.

PZP (2011/2012) 3/1 Stanislav Beroun

Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob

Výsledky úloh. Obsah KRUHOVÝ DĚJ S IDEÁLNÍM PLYNEM. Studijní text pro řešitele FO a ostatní zájemce o fyziku

Princip filtrace. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Tekutiny Doprava tekutin.

Hydraulické odpory třecí odpory místní odpory třecí odpory laminární proudění turbulentní proudění

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 5. Měření vlhkosti vzduchu

Potenciální proudění

7. Měření dutých objemů pomocí komprese plynu a určení Poissonovy konstanty vzduchu Úkol 1: Určete objem skleněné láhve s kohoutem kompresí plynu.

II. MOLEKULOVÁ FYZIKA 1. Základy termodynamiky IV

TERMOMECHANIKA 12. Cykly tepelných motorů

Gibbsova a Helmholtzova energie. Def. Gibbsovy energie G. Def. Helmholtzovy energie A

(režimy proudění, průběh hladin) Proudění s volnou hladinou II

Transkript:

FSI VUT Brně, Energetický ústa Odbor termomechaniky a techniky rostředí rof. Ing. Milan Paelek, CSc. TERMOMECHANIKA. Termodynamika roudění OSNOVA. KAPITOLY -rozměrné adiabatické roudění Ronice kontinuity Ronice ohyboá Dynamické rychlostní sondy Ronice energetická Celkoé arametry roudu Zužující se dýza Rychlost zuku Výočet zužující se dýzy Laaloa dýza Měření roudění Výočet Laaloy dýzy Choání Laaloy dýzy Vli rotitlaku na roudění dýzami Vizualizace roudění

-ROZMĚRNÉ ADIABATICKÉ PROUDĚNÍ Proudění lynů a ar otrubích e zužujících se dýzách Laaloých dýzách yskytujících se loatkoých strojích aod. lze oažoat za jednorozměrné. Pak nás zajímají jen střední rychlosti roudění růtokoých růřezech. Zdroj: Badcock Glasgo V této kaitole se zaměříme na roudění bez řenosu tela, které řešíme jako adiabatickou exanzi. Potrubí zduchotechniky Řešení ychází ze tří ronic: Ronice kontinuity Ronice ohyboé Ronice energetické

ROVNICE KONTINUITY Rozlišujeme roudění Laminární Turbulentní Rychlostní rofily kanále Dynamická mezní rsta Zdroj: Badcock Glasgo Laminární Turbulentní Laminární Přechodná Turbulentní Laminární odrsta x O laminárním či turbulentním roudění rozhoduje Reynoldsoo číslo. Ronice kontinuity A m [kg.s - ] hmotnostní tok ro stlačitelné m konst [m.s - ] střední rychlost tekutiny A [m ] růřez 3

ROVNICE POHYBOVÁ z A x dx A + da Ronice ohyboá ro D roudění +d +d Výsledná síla zůsobí zrychlení d/d = f (x,) Po dosazení bude: x Síly doraa jsou kladné, dolea záorné Výsledná síla je dána součtem šech sil: Síly na element Síly na álcoý orch A d A da d/ da dda AAdAdA dda da Výsledná síla je: Ad d d Ad dm ρadx stacionární dτ dτ d d dx dτ x τ dτ x τ d Ad Adx dx d d Bernoulliho ronice ro stlačitelné tekutiny 4

DYNAMICKÉ RYCHLOSTNÍ SONDY - Bernoulliho ronici ro stlačitelné tekutiny integrujeme za konstantního objemu d d ρ ST Ř Bernoulliho ronice ro nestlačitelné tekutiny ρ ρ ST Ř ST Ř s d Pitotoa trubice c h M Zdroj: Uniersum Tlak statický + tlak dynamický = tlak celkoý d ρ M g h Prandtloa trubice Rychlostní sondy <,3 rychlosti zuku d c s ρ / d ST Ř ρ d ST Ř 5

DYNAMICKÉ RYCHLOSTNÍ SONDY - 6 Bernoulliho ronici lze integroat i s uážením adiabatické změny, kdy e stau C ři celkoém tlaku c je c =, a daném rostředí o statickém tlaku s je měřená rychlost s. Pro roudění lynu bude: c s c c c - s c c c - s s s c s c d d t d da Zdroj: Airflo Pro uedený ztah je třeba znát: Statický tlak s Dynamický tlak d ro ýočet celkoého tlaku c = s + d Telotu T c ro ýočet měrného objemu c = r. T c / c

7 DYNAMICKÉ RYCHLOSTNÍ SONDY - 3 Poronání určení rychlosti roudění zduchu (telota C, tlak 98 kpa) = rychlost zuku =,3 * rychlost zuku s = s / rt s = konst c = c / rt c = konst = / konst nebo = ( c + c )/

DYNAMICKÉ RYCHLOSTNÍ SONDY - 4 Poronání termodynamických dějů, které je třeba zažoat ři určoání rychlosti roudění tekutin z měřeného dynamického tlaku. kr n s T * s c = a t c c s c = s = T kr n c s s = T x= x= stř x= x= = / s Pozn.: Při dosažení rychlosti zuku e zduchu je s / c =,58, iz odození kritického tlakoého oměru dalším textu. 8

ROVNICE ENERGETICKÁ V termodynamice je energetickou ronicí I. zákon termodynamiky. Pro roudění je hodná jeho. forma dq dh dat dh d Proudění oažujeme za adiabatickou exanzi, ro kterou latí dh dat dh d Ronice energetická ro roudění má tudíž tar Řešení roudění yžaduje často sojení ronic ohyboé d = d ( /) energetické d = dh Zdroj: ČEZ Loatky turbíny toří Laaloy dýzy da t dh d dh dh d 9

T h CELKOVÉ PARAMETRY PROUDU T h Klidoý tlak, měrný objem a hustotu ideálního lynu yočteme ze ztahů: Celkoé arametry (klidoé) jsou arametry stojící tekutiny (adiabaticky zabrzděné). Označují se obykle indexem Sojená ohyboá a energetická ronice má tar Po integraci bude Pro klidoou entalii latí: Pro klidoou telotu ideálního lynu latí: T T - dh d h h h h T T ρ c

ZUŽUJÍCÍ SE DÝZA - Rychlost dosadíme do ronice kontinuity a dostaneme m T h A A T h A T h A - Sojená ohyboá a energetická ronice h h kde ro měrný objem latí: da t dh d Po integraci od růřezu A do růřezu A bude h h Pro = a adiabatický děj ideálního lynu je h- h at -

ZUŽUJÍCÍ SE DÝZA - * Proedeme-li. deriaci funkce dle / a oložíme ji ronu nule, dostaneme kritický tlakoý oměr, ři kterém je dosažena kritická rychlost * Ronici kontinuity můžeme nyní sát e taru Ψ A - A m kde je ýtokoá funkce, ro kterou latí Ψ, f Ψ / */ K K */ =,4 =,3,58

* - * kde * Kritickou rychlost dostaneme ro kritický tlakoý oměr RYCHLOST ZVUKU - Lze dokázat, že kritická rychlost * je rychlost zuku a. - - - * - * a Dále řeedeme arametry na ** místě * * * * * * kde * * * * * * * * 3 * *

RYCHLOST ZVUKU - Pro = ( / = ) = Pro * < < (Oblast I) */ < / <, roste Pro = *, (Bod K) / = */, = * II K I Výtokoá funkce Pro < *, (Oblast II) / < */, = * čárkoaná čára diagramu = f ( / ) V oblasti I je roudění odkritické V oblasti II je roudění kritické (tekutina roudí na ýstuu z dýzy rychlostí zuku, signály se šíří též rychlostí zuku, a t je ztrátoá ráce) */ / I I K * a t II II Ideální lyn I II 4

RYCHLOST ZVUKU - 3 Při relatiním ohybu tělesa ůči tekutině nadzukoou rychlostí znikají rázoé lny. RÁZOVÉ VLNY Čelo rázoé lny se šíří e olném rostoru rychlostí zuku a Zdroj: Mechanical and aerosace engineering deartment, Princeton Uniersity a Zdroj: Řezníček 97 LETÍCÍ STŘELA MACHOVO ČÍSLO Ma a MACHŮV ÚHEL a sin α Zdroj: Uniersum rof. Dr. ERNST MACH 8.. 838 Brno-Chrlice Česká reublika 9.. 96 Harr Německo 5

RYCHLOST ZVUKU - 4 Rychlost zuku záisí na stau rostředí a na izoentroickém exonentu a Zdroj: Polesný 99. Skrita VUT Brně U ideálních lynů je konstantní =,67 ro -atomoé lyny =,4 ro -atomoé lyny =,3 ro 3-atomoé lyny U reálných lynů je složitou funkcí stau látky, což má li na rychlost šíření rozruchů ři jejich exanzi či komresi Křiky konstantního izoentroického exonentu áry H O t-s diagramu Pro řibližné ýočty exanze či komrese ar H O lze olit =,3 6

VÝPOČET ZUŽUJÍCÍ SE DÝZY Stanoení režimu roudění: Pro / > */ (Oblast I) je odkritické roudění Pro / */ (Oblast II) je kritické roudění Výočet : Pro ideální lyn Pro áru Oblast I Oblast II * Z diagramu / tab. * Výočet : Pro ideální lyn Pro áru Oblast I odkritické roudění Oblast II kritické roudění Výočet m : - - m A ( ) * ( ) h h Z diagramu / tab. h h* 7

LAVALOVA DÝZA Laalou dýzu oužíáme k yužití celého oměru tlaků / na rychlost (ro dosažení ětší ýstuní rychlosti), a to oblasti II, kde / < */ II K I Tar Laaloy dýzy je dán ronicí kontinuity m A Ψ A Ψ konst V oblasti I roste a zmenšuje se A V oblasti II klesá a zětšuje se A (resektuje se zde funkce ) / */ * / Nárh dýzy sočíá: Ve ýočtu růřezů A* a A Ve ýočtu délky L rozšiřující se části dýzy ro úhel až A,, h A*, (D*) *, *,h* L A, (D ),, h 8

VÝPOČET LAVALOVY DÝZY Kontrola nutnosti Laaloy dýzy: Rychlosti: Plyn Pára Objemy: Plyn * ( ) * * - ( ) - * h h*, h h * * Pára Z diagramu / tabulek m A* * * A Průřezy: A,, h h Délka: * A*, (D*) *, *, h* K * * L h h* h x= A, (D ),, h I II D D * L tg β D D * s 9

CHOVÁNÍ LAVALOVY DÝZY - Vli různých stuních odmínek - různých stuních rychlostí MATEMATICKÁ PODPORA: Ronice kontinuity A da d d konst A d d konst d d d d d Ronice adiabaty Ronice ohyboá Po dosazení do ronice kontinuity da A d Záěr ro fyzikální úahy da A d a Ma Ma d d Ma Ma d d d

CHOVÁNÍ LAVALOVY DÝZY - Záěr ro fyzikální úahy da Ma A Ma d d d Tabulka choání dýzy a d a d d a d a) < a d < a d b) < a d = a d Ma < < a Ma > > a da < da > d < d > d > d > d < d < d < d > a d a d c) > a d > a d d) > a d = a d

VLIV PROTITLAKU NA PROUDĚNÍ DÝZAMI - * * A B C C B A d a d D D G G E E n m e F H H F e m LAVALOVA DÝZA ři různém rotitlaku n A) = n m B) > n > m C) n = m D) m > n > e m m m MAX m m MAX Odtržení nejužším místě m MAX Odtržení za nejužším místem E) n = e m m MAX Odtržení na konci dýzy F) e > n > Komrese za dýzou G) n = m m MAX Výočtoý sta H) n < m Exanze za dýzou m m MAX m MAX

VLIV PROTITLAKU NA PROUDĚNÍ DÝZAMI - A B C n * ZUŽUJÍCÍ SE DÝZA ři různém rotitlaku n A) = n m B) > n > * m C) n = * m m MAX D) * > n m m MAX m MAX Vyronáání tlaků za dýzou ( > * ) D > * C B A D * Zdroj: Dejč 967 3

VIZUALIZACE PROUDĚNÍ - Interferometrie Interferometrie Rázoá lna Laaloě dýze Řezníček 97 Podkritické roudění z dýzy Stínoá metoda Interferometrie Proudění loatkoé mříži Řezníček 97 Kritické roudění z dýzy Dejč 967 4

VIZUALIZACE PROUDĚNÍ - Kritické roudění z otoru Zařízení ro stínoou metodu na EÚ FSI Zařízení ro ytáření kouřoých láken ke sledoání roudnic na LÚ FSI 5

VIZUALIZACE PROUDĚNÍ - 3 Odsáání Laaloě dýze Schlichting 965 Proudění do řekážky Interferometrie Proudění řes řekážku Fotografie Interferometrie 6

VIZUALIZACE PROUDĚNÍ - 4 Proudnice okolí křídla Proudění z konektoru Kouř Kouřoá lákna Obtékání álce Schlichting 965 Proudění z yústky PIV Částice na hladině 7

VIZUALIZACE PROUDĚNÍ - 5 D PIV systém Kamera 3 Hz Míchání Částice 5 m olyamid Vířič,5 Hz Zdroj.dantecmt.com Vektoroá maa Maa ířiosti x y ω x y 8

VIZUALIZACE PROUDĚNÍ - 6 Běžné odsáání kouře Zesílené odsáání kouře Částečný hydraulický zkrat Úlný hydraulický zkrat 9

VIZUALIZACE PROUDĚNÍ - 7 Příklad numerické izualizace roudění okolí zesílených sacích nástaců ro lokální odsáání škodliin nař. ři sařoání. Numerické modeloání je lacinější, než exerimenty a umožní otimalizoat konstrukce sacích nástaců či stanoit hodné režimy jejich roozu. Praconí stůl a) Rychlostní ole u nástace b) Odsáání ři sařoání Modely zesílených odsáacích nástaců REEXS (REinforced EXhaust System) 3

VIZUALIZACE PROUDĚNÍ - 8 Vizualizace roudění omocí kouře u sklářské linky na ýrobu iních lahí Cílem je narhnout ětrání ro snížení teelné zátěže raconíků, aniž dojde k narušení ýroby Přirozené roudění Dolní zduchoá srcha Horní zduchoá srcha 3

VIZUALIZACE PROUDĚNÍ - 9 Vizualizační exerimenty jsou zracoáány a yhodnocoány omocí softare Interfer-Visual. Softare yhodnocuje automaticky: Hranice kouře Průběhy interferenčních roužků Rozložení roužků řezech aj. Softare racuje s obrazy a také s ideosekencemi. Zdroj: ÚT AV ČR Automaticky yhodnocená data lze interaktině editoat a uložit ro možnost zracoání jiném rogramu 3

VÝSTUP 33 VIZUALIZACE PROUDĚNÍ - Příklad yhodnocoání hranic roudu místech s malou intenzitou kouře - omocí funkce skládání dou obrazů a funkce interferogram..5 m + TRANSFORMACE = OBRAZOVÉ INTENZITY VSTUP