ebook Mechanika płynów w inżynierii środowiska Zdzisław Orzechowski, Jerzy Prywer, Roman Zarzycki

Spis treści ebooka Mechanika płynów w inżynierii środowiska

PRZEDMOWA 13
WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 17
Część I MECHANIKA PRZEPŁYWÓW JEDNOFAZOWYCH 25
1. WIADOMOŚCI WSTĘPNE 26
1.1. PRZEDMIOT MECHANIKI PRZEPŁYWÓW JEDNOFAZOWYCH 26
1.2. PŁYN JAKO OŚRODEK CIĄGŁY 28
1.3. SIŁY DZIAŁAJĄCE W PŁYNACH 29
1.4. WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE PŁYNÓW 31
1.4.1. Temperatura 31
1.4.2. Ciśnienie 32
1.4.3. Gęstość 32
1.4.4. Zależność między podstawowymi parametrami płynu 33
1.4.5. Płyny newtonowskie i płyny nienewtonowskie 35
1.4.6. Właściwości dyssypatywne płynów 38
1.4.7. Napięcie powierzchniowe 42
1.4.8. Włoskowatość 44
1.4.9. Ciśnienie wrzenia 46
1.5. PODSTAWOWE PRAWA GAZÓW 47
1.5.1. Gazy doskonałe 47
1.5.2. Gazy rzeczywiste 50
1.6. RODZAJE METOD BADAWCZYCH 52
1.7. PRZYKŁADY 54
2. STATYKA PŁYNÓW 58
2.1. RÓWNANIE RÓWNOWAGI PŁYNU 58
2.2. RÓWNOWAGA BEZWZGLĘDNA PŁYNU 61
2.2.1. Równowaga w potencjalnym polu sił masowych 61
2.2.2. Równowaga podczas braku sił masowych 62
2.2.3. Równowaga w polu sił ciężkości 63
2.2.4. Naczynia połączone 65
2.2.5. Zasada ciągu kominowego 68
2.2.6. Równowaga atmosfery ziemskiej 70
2.3. PARCIE CIECZY NA POWIERZCHNIE ŚCIAN 72
2.3.1. Powierzchnie płaskie 72
2.3.2. Powierzchnie zakrzywione 77
2.4. PARCIE PŁYNU NA CIAŁA ZANURZONE 80
2.4.1. Wypór hydrostatyczny 80
2.4.2. Pływanie ciał 81
2.5. RÓWNOWAGA WZGLĘDNA CIECZY 83
2.5.1. Ruch postępowy 84
2.5.2. Ruch obrotowy 85
2.5.3. Kształt swobodnej powierzchni cieczy 86
2.6. PRZYKŁADY 87
3. KINEMATYKA PŁYNÓW 99
3.1. METODY ANALIZY RUCHU PŁYNÓW 99
3.1.1. Metoda Lagrange’a 99
3.1.2. Metoda Eulera 100
3.2. POCHODNA SUBSTANCJALNA 101
3.3. POLA FIZYCZNE 102
3.4. LINIE PRĄDU 105
3.5. RÓWNANIE CIĄGŁOŚCI PRZEPŁYWU 107
3.6. PRĘDKOŚCI ODKSZTAŁCENIA I PRĘDKOŚCI OBROTU ELEMENTU PŁYNU 111
3.7. PRZYKŁADY 114
4. DYNAMIKA PŁYNÓW DOSKONAŁYCH 119
4.1. RÓWNANIE RUCHU PŁYNU DOSKONAŁEGO 119
4.2. DYNAMICZNE DZIAŁANIE PŁYNU 120
4.2.1. Strumień pędu i reakcja płynu 120
4.2.2. Reakcja płynu w przepływie wewnętrznym 124
4.3. RÓWNANIE BERNOULLIEGO 125
4.3.1. Całka równania Eulera 125
4.3.2. Różne formy równania Bernoulliego 127
4.3.3. Zastosowanie równania Bernoulliego do pomiarów prędkości 129
4.4. PŁASKIE PRZEPŁYWY PŁYNÓW DOSKONAŁYCH 131
4.5. PRZYKŁADY 135
5. DYNAMIKA PŁYNÓW RZECZYWISTYCH 141
5.1. RÓWNANIE NAVIERA-STOKESA 141
5.2. RÓWNANIA RUCHU I CIĄGŁOŚCI W RÓŻNYCH UKŁADACH WSPÓŁRZĘDNYCH 143
5.3. PODOBIEŃSTWO ZJAWISK PRZEPŁYWOWYCH 145
5.4. PRZEPŁYWY LAMINARNE 151
5.4.1. Istota przepływu laminarnego 151
5.4.2. Przepływ laminarny w przewodzie płaskim 152
5.4.3. Przepływ laminarny w przewodzie o przekroju kołowym 155
5.4.4. Spływ cieczy po ściance pionowej 157
5.4.5. Krytyczna liczba Reynoldsa 159
5.5. PRZEPŁYWY TURBULENTNE 160
5.5.1. Istota przepływu turbulentnego 160
5.5.2. Rozkład prędkości 162
5.5.3. Turbulentna struga swobodna 164
5.6. WARSTWA PRZYŚCIENNA 167
5.6.1. Informacje ogólne 167
5.6.2. Laminarna i turbulentna warstwa przyścienna 170
5.6.3. Oderwanie warstwy przyściennej 174
5.7. PRZYKŁADY 178
6. RÓŻNICZKOWE RÓWNANIA BILANSOWE DLA PŁYNÓW WIELOSKŁADNIKOWYCH 185
6.1. RÓWNANIE BILANSU MASY 185
6.1.1. Sposób wyrażania składu chemicznego 185
6.1.2. Prędkości przepływu płynu wieloskładnikowego 187
6.1.3. Gęstość strumienia masowego i gęstość strumienia dyfuzji 188
6.1.4. Szybkość reakcji chemicznej 189
6.1.5. Równania bilansu ilości substancji. Równanie Naviera-Stokesa dla płynu wieloskładnikowego 190
6.2. BILANS ENERGII I GĘSTOŚCI STRUMIENIA CIEPŁA 192
6.3. PRZYKŁADY 193
7. PRZEPŁYWY W PRZEWODACH ZAMKNIĘTYCH 196
7.1. OPORY PRZEPŁYWU 196
7.1.1. Straty ciśnienia wskutek tarcia 197
7.1.2. Straty ciśnienia wskutek oporów miejscowych 202
7.2. PRZEPŁYWY W PRZEWODACH DŁUGICH 204
7.2.1. Przewód pojedynczy o stałej i zmiennej średnicy 204
7.2.2. Układy przewodów 207
7.2.3. Wybór średnicy przewodu 211
7.3. PRZEPŁYWY W PRZEWODACH WENTYLACYJNYCH 211
7.3.1. Wprowadzenie 211
7.3.2. Przewody rozdzielcze 213
7.4. NAWIEW I WYWIEW POWIETRZA 225
7.4.1. Otwory nawiewne 225
7.4.2. Otwory wywiewne (ssawne) 227
7.5. PRZEPŁYWY PRZY ZNACZNEJ ZMIANIE PRZEKROJU STRUGI 230
7.5.1. Ustalony wypływ cieczy ze zbiornika 230
7.5.2. Nieustalony wypływ cieczy ze zbiornika 233
7.5.3. Zwężki pomiarowe 237
7.5.4. Przepływ przez przewody o nagłej zmianie przekroju 240
7.5.5. Przystawki 244
7.6. PRZEWODY ZBIEŻNE I ROZBIEŻNE 246
7.7. NIEUSTALONY PRZEPŁYW WODY W PRZEWODZIE (UDERZENIE HYDRAULICZNE) 250
7.8. PRZYKŁADY 257
8. PRZEPŁYWY W KANAŁACH OTWARTYCH 266
8.1. INFORMACJE OGÓLNE 266
8.2. RUCH JEDNOSTAJNY 267
8.3. RUCH SPOKOJNY I RWĄCY 272
8.4. PRZELEWY 276
8.5. PRZYKŁADY 285
9. OPŁYW CIAŁ 292
9.1. SIŁY DZIAŁAJĄCE NA OPŁYWANE CIAŁO 292
9.2. ROTAMETRY 297
9.3. OPÓR TARCIA I OPÓR CIŚNIENIA 299
9.4. OPŁYW BUDYNKÓW 304
9.5. PRZYKŁADY 307
10. ZARYS DYNAMIKI GAZÓW ŚCIŚLIWYCH 309
10.1. PRĘDKOŚĆ DŹWIĘKU 309
10.2. PRZEPŁYW GAZU ŚCIŚLIWEGO 311
10.3. FALE ROZRZEDZENIOWE I ZGĘSZCZENIOWE 314
10.4. DYSZE POD- I NADDŹWIĘKOWE 316
10.5. PRZYKŁADY 318
11. CZAS PRZEBYWANIA PŁYNU W ZBIORNIKU 321
11.1. WPROWADZENIE 321
11.2. MODELE PRZEPŁYWU IDEALNEGO. PRZEPŁYWY RZECZYWISTE 322
11.3. FUNKCJE ROZKŁADU CZASU PRZEBYWANIA PŁYNU W ZBIORNIKU 323
11.4. METODY ZNACZNIKOWE W BADANIACH CZASU PRZEBYWANIA 325
11.5. KRZYWE ROZKŁADÓW CZASU PRZEBYWANIA DLA PRZEPŁYWÓW IDEALNYCH 327
11.6. MODELE PRZEPŁYWÓW W ZBIORNIKACH RZECZYWISTYCH 330
11.7. METODA MOMENTÓW 333
11.8. SEGREGACJA PŁYNU 334
11.9. PRZYKŁADY 335
12. WYBRANE ZAGADNIENIA MASZYN PRZEPŁYWOWYCH 340
12.1. UWAGI WSTĘPNE 340
12.2. REAKCJA PŁYNU W PRZEPŁYWIE ZEWNĘTRZNYM 341
12.2.1. Reakcja strugi swobodnej na powierzchnie płaskie i zakrzywione 341
12.2.2. Reakcja płynu wypływającego ze zbiornika 346
12.3. RÓWNANIE ZACHOWANIA KRĘTU 347
12.3.1. Podstawowe równanie maszyn przepływowych 347
12.3.2. Równanie wiru swobodnego 349
12.4. WARUNKI DZIAŁANIA POMP WIRNIKOWYCH 350
12.4.1. Współdziałanie pompy z przewodem 350
12.4.2. Wysokość ssania pompy. Kawitacja 351
12.4.3. Moc pompy 354
12.5. STRUMIENICE 355
12.5.1. Zagadnienia ogólne 355
12.5.2. Istota działania strumienicy 356
12.5.3. Obliczenia strumienicy 359
12.6. PRZYKŁADY 362
13. PRZEPŁYWY Z WYMIANĄ CIEPŁA 369
13.1. WIADOMOŚCI OGÓLNE 369
13.2. SWOBODNA KONWEKCJA CIEPŁA 373
13.3. WYMUSZONA KONWEKCJA CIEPŁA 378
13.4. WYMIANA CIEPŁA PODCZAS POPRZECZNEGO OPŁYWU WALCA 381
13.5. WYMIENNIKI CIEPŁA 382
13.6. WNIKANIE CIEPŁA I MASY 385
13.7. PRZYKŁADY 386
Część II MECHANIKA PRZEPŁYWÓW DWUFAZOWYCH 391
14. PODSTAWOWE PROBLEMY PRZEPŁYWÓW DWUFAZOWYCH 392
14.1. ISTOTA PRZEPŁYWÓW DWUFAZOWYCH 392
14.2. ZNACZENIE PRZEPŁYWÓW DWUFAZOWYCH W INŻYNIERII I OCHRONIE ŚRODOWISKA 393
14.3. PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI FAZY ROZPROSZONEJ 395
14.3.1. Różne formy występowania fazy rozproszonej 395
14.3.2. Kształt cząstek 397
14.3.3. Rozmiary elementów fazy rozproszonej 399
14.3.4. Powierzchnia międzyfazowa 405
14.3.5. Udziały fazy rozproszonej i ciągłej 407
14.3.6. Gęstość 409
14.3.7. Lepkość 409
14.4. STRUKTURA PRZEPŁYWÓW DWUFAZOWYCH 411
14.4.1. Istota struktury przepływu 411
14.4.2. Przewód pionowy 412
14.4.3. Przewód poziomy 415
15. MODELE PRZEPŁYWÓW DWUFAZOWYCH 418
15.1. PARAMETRY PRZEPŁYWU DWUFAZOWEGO 418
15.2. JEDNOWYMIAROWY PRZEPŁYW WSPÓŁPRĄDOWY 423
15.2.1. Przepływy bezpoślizgowe 423
15.2.2. Przepływy z częściowym rozdzieleniem faz 427
15.2.3. Przepływy z całkowitym rozdzieleniem faz 430
15.2.4. Przepływy z unoszeniem fazy rozproszonej 431
15.3. PRZYKŁADY 433
16. RUCH ROZPROSZONEJ FAZY STAŁEJ 438
16.1. OPADANIE SWOBODNE CZĄSTEK 438
16.2. RUCH CZĄSTEK W POLU DZIAŁANIA RÓŻNYCH SIŁ 443
16.3. POMIARY ZAPYLENIA 451
16.4. PRZYKŁADY 456
17. AERODYNAMIKA ATMOSFERY 460
17.1. WPROWADZENIE 460
17.2. WPŁYW RÓŻNYCH CZYNNIKÓW NA ROZPRZESTRZENIANIE SIĘ ZANIECZYSZCZEŃ 461
17.2.1. Czynniki meteorologiczne 462
17.2.2. Czynniki topograficzne 471
17.2.3. Czynniki technologiczne 473
17.3. PUNKTOWE ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ 474
17.4. PRZYKŁADY 478
18. SEDYMENTACJA 480
18.1. ISTOTA SEDYMENTACJI 480
18.2. PRĘDKOŚĆ SEDYMENTACJI 482
18.3. POMIARY OPADANIA ZAWIESIN 484
18.4. OSADNIKI 487
18.5. WIRÓWKI SEDYMENTACYJNE 491
18.6. PRZYKŁADY 493
19. PRZEPŁYW PRZEZ WARSTWY SYPKIE I POROWATE 496
19.1. STRUKTURA WARSTWY POROWATEJ 496
19.2. OPORY PRZEPŁYWU PŁYNU JEDNOFAZOWEGO 498
19.3. RUCH WÓD GRUNTOWYCH 500
19.3.1. Wstęp 500
19.3.2. Prawo Darcy’ego 501
19.3.3. Równanie przepływu wód gruntowych 503
19.3.4. Dopływ wody gruntowej do rowu, drenu i studni 507
19.3.5. Współdziałanie zespołu studzien 511
19.4. PRZEPŁYWY DWUFAZOWE W KOLUMNIE WYPEŁNIONEJ 513
19.4.1. Rozpływ cieczy na wypełnieniu, rozkłady czasów przebywania płynów 514
19.4.2. Zatrzymanie cieczy na wypełnieniu 516
19.4.3. Spadek ciśnienia i zjawisko zalewania kolumn 518
19.4.4. Powierzchnie wymiany masy 520
19.4.5. Hydraulika współprądowego przepływu w kolumnach wypełnionych 523
19.5. PRZYKŁADY 524
20. FILTRACJA 530
20.1. INFORMACJE OGÓLNE 530
20.2. RÓWNANIE FILTRACJI 532
20.3. FILTRACJA OSADÓW NIEŚCIŚLIWYCH 537
20.4. FILTRACJA OSADÓW ŚCIŚLIWYCH 541
20.5. FILTRACJA POD DZIAŁANIEM SIŁY ODŚRODKOWEJ 544
20.6. SEPARACJA KROPEL 547
20.6.1. Separatory siatkowe 547
20.6.2. Separatory cyklonowe 549
20.6.3. Separatory żaluzjowe 550
20.7. PRZYKŁADY 552
21. FLUIDYZACJA 554
21.1. ISTOTA FLUIDYZACJI 554
21.2. PRZEBIEG PROCESU FLUIDYZACJI 555
21.3. WYKORZYSTANIE FLUIDYZACJI W INŻYNIERII I OCHRONIE ŚRODOWISKA 561
21.4. PRZYKŁADY 563
22. ROZPYLANIE CIECZY 566
22.1. ROZPAD STRUG, BŁON I KROPEL CIECZY 566
22.2. RUCH KROPEL W OŚRODKU GAZOWYM 569
22.2.1. Ruch kropli w nieruchomym gazie 569
22.2.2. Ruch kropli w ruchomym gazie 572
22.2.3. Ruch strugi kropel 573
22.3. PARAMETRY STRUGI ROZPYLONEJ CIECZY 575
22.4. ROZPYLACZE 578
22.5. ZASTOSOWANIE ROZPYLANIA CIECZY W INŻYNIERII I OCHRONIE ŚRODOWISKA 584
22.6. POMIARY ROZPYLENIA 586
22.7. PRZYKŁADY 588
23. WZNOSZENIE SIĘ PĘCHERZY W CIECZY 589
23.1. TWORZENIE SIĘ PĘCHERZY 589
23.2. PRĘDKOŚĆ WZNOSZENIA SIĘ POJEDYNCZYCH PĘCHERZY 593
23.3. AERACJA 597
23.4. POMIARY PĘCHERZY 599
23.5. ZJAWISKO BARBOTAŻU W KOLUMNACH 601
23.5.1. Kolumny barbotażowe 601
23.5.2. Kolumny półkowe 605
23.6. PRZYKŁADY 613
LITERATURA 615
SKOROWIDZ RZECZOWY 617