Pieczęć jednostki

Pieczęć jednostki
Warszawa, dn. ………………
Program przedmiotu.
Wspólna część studiów I stopnia (inżynierskich)
na Wydziale Mechatroniki
Informacje ogólne
1. Blok przedmiotów
Mechanika
2. Nazwa przedmiotu
Podstawy Mechaniki Płynów
3. Nazwa angielska
Fundamentals of Fluid Mechanics
4. Jednostka
prowadząca
Instytut Automatyki i Robotyki
5. Autorzy programu
Krzysztof Cieślicki
6. Realizatorzy
Krzysztof Cieślicki, Krzysztof Gutowski
7. Osoba
odpowiedzialna
Krzysztof Cieślicki
Liczba godzin zajęć (30)
1. Forma zajęć
2.Liczba godzin
Wykład
Ćwiczenia
Laboratorium
15

15
Projektowanie*
15*
alternatywnie do laboratorium
3.Proponowany semestr
IV

IV
IV
Uwarunkowania merytoryczne
Przewidywane
efekty kształcenia
Umiejętność logicznego myślenia i fizycznych interpretacji wielu pojęć i operacji
matematycznych.
Umiejętność sformułowania i rozwiązywania prostych zagadnień płynowych, w tym
oszacowania wielkości oporu hydraulicznego w przepływie laminarnym i
turbulentnym dla płynów ściśliwych i nieściśliwych w zróżnicowanych ośrodkach
Wymagania w
zakresie znajomości
zagadnień
(przedmiotów)
Równania różniczkowe, analiza wektorów, funkcja zmiennej zespolonej, mechanika
klasyczna w zakresie podstawowych zasad dynamiki i kinematyki.
Zakres wykładu
Temat
Treść
1
Podstawowe pojęcia i prawa
mechaniki płynów
Równanie ciągłości dla płynów ściśliwych i nieściśliwych,
równanie Naviera-Stokesa, równanie energii, równania stanu,
szczególne przypadki równań dla cieczy ściśliwych i
nieściśliwych, lepkich i nielepkich; równania statyki płynów
2
Przepływy cieczy idealnych
3
Dynamika płynów lepkich
4
Podobieństwa zjawisk
przepływowych
5
Zjawisko kawitacji
L.p.
Równanie Bernoulliego i jego praktyczne wykorzystanie,
pojęcie siły nośnej, korekta równania Bernoulliego dla cieczy
rzeczywistych, wybrane przypadki przepływów potencjalnych
cieczy i gazów, dynamika przepływu gazu przez dysze
Przepływy laminarne i turbulentne. Pojęcie oporu hydraulicznego i
metody jego wyznaczania w przepływach kanałami zamkniętymi,
i otwartymi, współczynniki Chezy’ego i Manninga
Liczby kryterialne podobieństwa przepływów, współczynniki
strat lokalnych i strat tarcia w przepływach laminarnych i
turbulentnych, siły działające na ciała zanurzone w płynie;
opory przepływu
Mechanizm zjawiska i czynniki na niego wpływające, metody
zapobiegania kawitacji w instalacjach i urządzeniach
hydraulicznych, praktyczne wykorzystanie zjawiska
Liczba
godzin
4
3
4
2
2
Zakres ćwiczeń laboratoryjnych
L.p.
Temat
1
Weryfikacja prawa
Bernoulliego
2
3
4
5
Zakres ćwiczenia
Doświadczalne wyznaczenie rozkładu ciśnienia statycznego i
całkowitego wzdłuż kanału zbieżnego i rozbieżnego za pomocą
rurek piezometrycznych i rurki Pitota. Sprawdzenie zakresu
stosowalności równania Bernoulliego. Konfrontacja wyników
teoretycznych i doświadczalnych oraz oszacowanie błędów
wyników dla różnych wartości natężeń przepływu cieczy
Liczba
godzin
3
Wyznaczenie charakterystyk przepływowych zwężki w
warunkach występowania kawitacji i jej braku, wyznaczenie
wartości ciśnienia kawitacyjnego metodą ekstrapolacji
charakterystyki przepływowej oraz bezpośredniego pomiaru,
wyznaczenie kawitacyjnych strat ciśnienia
3
Badanie współczynnika
strat tarcia w przepływach
kanałami zamkniętymi
Wyznaczanie oporu hydraulicznego w rurach okrągłych o
różnych średnicach i długościach, prostych i zakrzywionych
w funkcji natężenia przepływu; określenie krytycznej wartości
liczby Reynoldsa
3
Badanie współczynnika
strat lokalnych
Wyznaczanie oporu hydraulicznego zaworów, kryz i zwężek
oraz oporów wywołanych zakrzywieniami, rozwidleniami i
zespoleniami kanałów
3
Cząsteczkowa
wizualizacja przepływów
Badanie pola prędkości w otoczeniu gwałtownych zmian
przekroju kanałów dla różnych wartości liczby Reynoldsa,
badanie zjawiska oderwania lepkiego
3
Badanie zjawiska
kawitacji w zwężce
Zakres ćwiczeń projektowych* (1 projekt do wyboru – zamiast laboratorium)
Temat
Zakres
Liczba
godzin
Komputerowa wizualizacja i
animacja pól prędkości i ciśnienia
opisanych rozwiązaniami
analitycznymi
przepływy cieczy idealnych o danym potencjale, lub
proste przepływy laminarne w kanałach zamkniętych o
różnych przekrojach i różnych rodzajach wymuszeń
15
Wizualizacja zjawisk dyfuzji i
dyspersji w przepływach cieczy
rzeczywistych
mieszanie dwóch cieczy w przepływach o małych lub
dużych wartościach liczby Reynoldsa, rozkłady
temperatury w ciałach opływanych strumieniem płynu
L.p.
1
2
3
4
Wizualizacja przepływów
w sieciach płynowych
Wizualizacja zjawisk tarcia
w płynach
obliczanie i wizualizacja rozkładu ciśnień i natężeń
przepływu w sieciach kanałów o zadanych
konfiguracjach połączeń przy przepływach cieczy
nieściśliwych bądź ściśliwych, modelowanie przepływu
w ośrodkach porowatych, filtrach itp.
rozkłady pola ciśnienia i naprężeń lepkich w różnego
typu łożyskach ślizgowych z warstwą smarną
wynikające z hydrodynamicznej teorii smarowania
Forma zaliczenia przedmiotu
Wykład
Zaliczenie testu końcowego
Laboratorium
Kolokwium wstępne i pozytywne zaliczenie sprawozdań z co najmniej 4 na 5
tematów ćwiczeń
Projektowanie*
Wykonanie i zaliczenie 1 wybranego projektu (zamiast laboratorium)
Literatura
1
R.A. Duckworth, Mechanika Płynów, WNT, Warszawa 1983
2
R. Gryboś, Podstawy Mechaniki Płynów, PWN, Warszawa 2000
3
L.D. Landau, E.M. Lifszyc, Hydrodynamika, PWN Warszawa, 1994
4
Preskrypty do ćwiczeń laboratoryjnych