Powierzchnia kontrolna i płynna. Analityczne metody badania ruchu

Kierunek/Specjalność:
Mechanika i Budowa Maszyn
Tytuł przedmiotu:
Mechanika płynów TM-1
Semestr, wymiar godz. (W, C, L), pkt.:
V - W1, C1 (2 pkt.); VI – L 2 (4 pkt.)
E
Semestr V
WYKŁADY: Powierzchnia kontrolna i płynna. Analityczne metody badania ruchu płynu. Tor elementu
płynu i linia prądu. Objętościowe natężenie przepływu. Równanie ciągłości. Siły działające na płyn. Stan
naprężenia w płynie lepkim. Ciśnienie hydrostatyczne. Twierdzenie Eulera. Pojęcia podstawowe.
Różniczkowanie równania ruchu płynu lepkiego i doskonałego. Równania równowagi płynu. Ruch
potencjalny płynu (1). Zastosowanie funkcji analitycznych zmiennej zespolonej do badania płaskich
przepływów potencjalnych. Stan odkształcenia w płynie. Całka Bernoulliego. Równanie Bernoulliego i
jego interpretacja. Zasada pędu i krętu w mechanice płynów. Ruch laminarny i turbulentny. Równania
konstytutywne. Równania Naviera-Stokesa. Przepływ laminarny cieczy w przewodzie o przekroju
kołowym - prawo Hagena-Poiseuille’a. Równanie Bernoulliego dla strumienia cieczy rzeczywistej. Straty
ciśnienia wywołane tarciem wewnętrznym. Wzór Darcy-Weisbacha. Wykres Nikuradse. Straty lokalne.
ĆWICZENIA: Równowaga względna i bezwzględna w potencjalnym polu sił masowych. Napór cieczy na
powierzchnie zakrzywione. Wypór hydrostatyczny - prawo Archimedesa. Jednowymiarowe przepływy
płynu doskonałego - zastosowania równania Bernoulliego. Wypływ cieczy ze zbiorników. Reakcja
strumienia zamkniętego i swobodnego płynu. Analityczne rozwiązywanie równań Naviera-Stokesa.
Przepływ przez przewody. Straty ciśnienia wywołane tarciem wewnętrznym. Straty lokalne.
Semestr VI
LABORATORIUM: Wypływ cieczy przez małe otwory. Wzorcowanie rotametrów. Opływ ciała stałego
płynem rzeczywistym. Straty ciśnienia wywołane lepkością cieczy w zakresie laminarnym i turbulentnym.
Równowaga względna cieczy. Reometria rotacyjna. Pomiar strat miejscowych. Badanie zjawisk kawitacji
przepływowej. Badanie charakterystyk pompy wirowej. Uderzenie strugi cieczy. Klasyczne
doświadczenie Reynoldsa. Pomiar lepkości cieczy. Pomiar prędkości lokalnej i średniej.
Osoba odpowiedzialna za przedmiot: Dr hab. inż. Zbigniew Matras, prof. PK
Jednostka organizacyjna:
Instytut Aparatury Przemysłowej i Energetyki (M-5)
Kierunek/Specjalność:
Mechanika i Budowa Maszyn
Tytuł przedmiotu:
Termodynamika TM-2
Semestr, wymiar godz. (W, C, L), pkt.:
VI - W2, C1 (4 pkt.); VII – W1, L 3 (5 pkt.)
E
Semestr VI
WYKŁADY: Pojęcia podstawowe: układ, parametry i funkcje stanu, jednostki miary. Zerowa zasada
termodynamiki. Równanie stanu układu, gaz doskonały, pojęcie przemiany termodynamicznej, I zasada
termodynamiki. Postacie energii w termodynamice, energia wewnętrzna, entalpia. Praca w
termodynamice, układ pracy Carnota. Ciepło w termodynamice, średnia i rzeczywista pojemność cieplna
przemiany. Równania różniczkowe I zasady termodynamiki. Pojęcie entropii, II zasada termodynamiki.
Wprowadzenie ogólnej postaci równań kalorycznych. Redukcja równań ogólnych do postaci dla gazu
półdoskonałego i doskonałego. Roztwory gazu doskonałego, prawa Leduca i Daltona. Parametry i
funkcje stanu roztworu. Przemiany charakterystyczne gazu (izoterma, izobara, izochora, izentropa,
politropa). Przemiany fazowe substancji. Wykresy p-t, p-v, T-s, i-s dla H2O. Parametry i funkcja stanu.
Gaz wilgotny – parametry i funkcja stanu, wykres Moliera i-X. Gaz rzeczywisty. Równanie van der
Waalsa. Prawo stanów odpowiednich, równania empiryczne. Wirialne równania stanu. Obieg
termodynamiczny – pojęcia podstawowe. II zasada termodynamiki dla obiegów. Obiegi silnika, ziębiarki,
pompy ciepła. Obieg Carnota. Charakterystyczne obiegi termodynamiczne: obiegi gazowe Diesla, Otta,
Joule’a. Obiegi z przemianą fazową: Clausiusa-Rankine’a, Lindego. Podstawowe sposoby
przekazywania ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie, podstawy fizyczne tych zjawisk.
ĆWICZENIA: Parametry stanu: ciśnienie, temperatura, przepływ, równanie Clapeyrona. Praca i ciepło w
termodynamice. Bilans energii. Przemiany termodynamiczne. Przemiany fazowe H2O. Gaz wilgotny.
Obiegi.
Semestr VII
WYKŁADY: Wyprowadzenie równania przewodzenia ciepła Fouriera-Kirchhoffa. Własności materiałów
przewodzących ciepło, warunki brzegowe. Przenikanie ciepła przez ściankę prostą i cylindryczną
(wyprowadzenie, przykład obliczeniowy). Przepływ ciepła w prętach: wyprowadzenie równań, przykłady
obliczeniowe. Podstawy teorii podobieństwa. Wyprowadzenie liczb kryterialnych, analiza wymiarowa.
Konwekcja wymuszona – podstawowe zależności, przykłady obliczeniowe. Konwekcja swobodna –
podstawowe zależności, przykłady obliczeniowe. Podstawy promieniowania: prawo Plancka, prawo
Stefana-Boltzmanna.
LABORATORIUM: Część I. Pomiary termodynamicznych parametrów stanu. Pomiar temperatury
(rodzaje termometrów, wzorzec temperatury, wzorcowanie termometrów oporowych i termopar,
pirometria). Pomiar ciśnienia wolnozmiennego (rodzaje manometrów, wzorcowanie manometrów, pomiar
małych różnic ciśnienia). Pomiar ciśnień szybkozmiennych (rodzaje przetworników ciśnienia,
wzorcowanie statyczne i dynamiczne, indykacja maszyn wyporowych, elektroniczne tory pomiarowe).
Pomiar stopnia suchości pary (kociołek Pappena – doświadczalne wyznaczanie krzywej nasycenia,
obliczanie stopnia suchości pary dla różnych danych). Pomiar wilgotności powietrza (rodzaje przyrządów
do pomiaru wilgotności powietrza, pomiar higrometrem i psychrometrem, elektroniczne mierniki wilgotności, obliczenia wilgotności). Pomiar ilości substancji (sposoby pomiaru ilości substancji: płyny,
substancje sypkie, przepływomierze, zwężka, zawory pomiarowe, przyrządy magnetyczne i
ultradźwiękowe, wyznaczanie charakterystyki zaworu pomiarowego).
Część II. Podstawowe analizy termodynamiki chemicznej. Badanie paliwa stałego (bomba
kalorymetryczna, pomiar ciepła spalania i wartości opałowej). Badanie paliwa płynnego (kalorymetr
Junkersa, wyznaczenie wartości opałowej i ciepła spalania). Analiza gazów (metody analizy spalin,
przyrządy do analizy CO2, CO i innych, pomiar aparatem Orsata).
Część III. Badanie maszyn cieplnych. Badanie kotła grzewczego kondensacyjnego (Buderus) - pomiar
sprawności metodą bezpośrednią i metodą pośrednią z analizą spalin. Badanie wymiennika płytowego
ciepła (CETETHERM). Badanie silnika Diesla (DEUTZ), wyznaczanie sprawności silnika, bilans cieplny.
Badanie pomp wirowych (GRUNDFOSS, WILO). Wyznaczenie charakterystyki pojedynczej pompy,
badanie współpracy pomp w układach szeregowym i równoległym, zastosowanie regulacji obrotów.
Badanie wentylatora. Wyznaczanie charakterystyki wentylatora do różnych obrotów. Badanie sprężarki
wyporowej śrubowej lub tłokowej na czynniku doskonałym lub rzeczywistym, bilans maszyny.
Osoba odpowiedzialna za przedmiot: Prof. dr hab. inż. Jan Taler
Jednostka organizacyjna:
Instytut Aparatury Przemysłowej i Energetyki (M-5)