mechanika_plynow.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

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

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

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: