Kap 1 - Viskositet, termer, mm Flashcards
En viktig skillnad mellan strömningsmekanik och vanlig mekanik är…
att vi i strömningsmekaniken inte har ett givet antal fasta kroppar, utan istället ett kontinuerligt medium.
Tryck är…
den vinkelräta kraften mot ytan.
Skjuvspänning är…
kraften som är parallell med ytan (jämfört med tryck som är kraften vinkelrät mot ytan).
Beskriv materialtillståndet ‘fast ämne’.
Molekylerna starkt bundna till varandra och de kan inte röra på sig inom materialet.
– Fasta kroppar behåller sin form.
– Hög densitet.
– Tryck och skjuvspänningar ger deformation.
– Svår att komprimera.
Beskriv materialtillståndet ‘vätska’.
Molekylerna är fortfarande relativt starkt bundna, men har nu möjlighet att röra sig, och vi har inte längre någon kristallstruktur.
– Flyter ut och lägger sig i botten på en behållare.
– Nästan lika hög densitet som vid fast form.
– Skjuvspänningar ger flöde, tryck ger deformation (flöde vid varierande tryck).
– Svår att komprimera.
Beskriv materialtillståndet ‘gas’.
Molekylerna är svagt bundna till varandra och interagerar i huvudsak via kollisioner.
– Fyller ut hela behållaren.
– Låg densitet.
– Skjuvspänningar ger flöde, tryck ger deformation (flöde vid varierande tryck).
– Komprimeras vid ökat tryck.
Beskriv materialtillståndet ‘plasma’.
Temperaturen är så hög att elektronerna lämnar molekylerna.
– består av laddade partiklar.
Beskriv likheter och skillnader mellan vätska och gas.
Likheter:
– De påverkas på samma sätt av tryck och skjuvspänning.
– Kan beskrivas med samma ekvationer.
Skillnader:
– En gas fyller ut hela behållare, en vätska lägger sig i botten.
– Gaser komprimeras mer vid tryck.
– Gaser har generellt lägre densitet.
– Vätskor mer mer lättflytande vid högre temperatur, gaser får ökad inre friktion vid högre temperatur.
– Vätskor kan ha vågor på ytan.
– Vätskor kan ha kavitation.
Beskriv kavitation.
En egenskap hos vätskan är ångtrycket (temperaturberoende), vilket är det tryck som avgör om ett ämne är en vätska eller gas. Om (det absoluta) trycket är lägre än ångtrycket övergår vätskan till gasform. Vätskor i rörelse kan lokalt få lägre tryck och om detta tryck blir för lågt kommer vattnet att kunna förångas, vilket resulterar i små ångbubblor som sedan imploderar snabbt. Detta leder till tillfälligt mycket höga lokala tryck och kan därför erodera sönder ytan där de uppstår.
Vad är skillnaden mellan extensiva och intensiva storheter?
Extensiva beror av massan/systemets storlek och ka delas upp. Intensiva beror ej på mängden material i systemet. T.ex. är temperatur en intensiv storhet, för om vi skulle dela systemet i två halvor (mängden/2) så är temperaturen densamma.
Beskriv ytspänning.
Ytspänningen uppkommer p.g.a. molekylära krafter i en vätska. När en vätska kommer i kontakt med en fast kropp beror detta beteendet på om kohesionen (det som håller ihop droppen) är starkare än adhesionen (det som gör att droppen vill fästa på en annan yta). Om kohesionen är större än adhesionen får vi en s.k. hydrofob yta, och har vi en vätskedroppe kommer den dra ihop sig för att minimera kontakten mellan droppen och ytan. Har vi istället starkare adhesion kommer den att breda ut sig över ytan. Ett exempel på ytspänningen är kapillärkrafterna, vilka gör att vatten i ett smalt rör stiger.
Beskriv viskositet.
(Dynamisk) Viskositeten är ett mått på hur stora skjuvspänningar vi får i en vätska när hastigheten varierar i vätskan. Detta kommer att ge ett mått på hur trögflytande en vätska är.
Kinematisk viskositet är är dynamisk viskositet delat med densiteten. Kinematisk viskositet kommer att avgöra hur flödeshastigheten i vätskan kommer att påverkas. Accelerationen beror på kinematisk viskositet. (Skjuv-) krafterna beror på dynamisk viskositet.
Vad är en Newtonsk vätska?
En Newtonsk vätska har att skjuvspänningen är linjär med hastighetsgradienten, dvs (dynamiska) viskositeten är konstant.
En ideal vätska har att (dynamiska) viskositeten är…
noll, alltså ingen viskositet alls. I verkligheten är dock ideala vätskor sällsynta, och den vätska som närmast är ideal är nog supraflytande helium.
Vad innebär vidhäftningsvillkoret / icke glidningsvillkoret? (Eng. no slip boundary condition)
För alla normala fall där vi har viskositet får vi ett randvillkor som säger att flödeshastigheten vid en fast kropp kommer vara lika med hastigheten för den fasta kroppen, dvs. har vi flöde i ett stillastående rör kommer flödeshastigheten vara 0 precis vid rörväggen. Detta orsakas av friktionen mellan rörets vägg och vätskan. Sedan kommer hastigheten på flödet att öka med avståndet från väggen.
Beskriv flödeslinje.
Vi ritar en pil som visar i vilken riktning på flödeshastigheten. Om vi sedan skulle dra linjer som hela tiden går i flödets riktning har vi vad som kallas flödeslinjer. Dessa linjer ger för ett visst ögonblick beskrivningen av hur en partikel skulle färdas genom vätskan, under förutsättningen att flödeshastigheten inte varierar med tiden t (stationärt flöde). Kom ihåg att flödeslinjerna endast ger flödesbilden vid en given tidpunkt, och säger inte hur flödet varierar med tiden.
Beskriv partikellinje.
Man följer hur enskilda partiklar skulle flöda och skapar linjer längs deras partikelbanor. För stationärt flöde skulle partikellinjerna vara identiska med flödeslinjerna, men de skiljer sig åt om flödet varierar med tiden, eftersom vid varje tidpunkt skulle vi få nya flödeslinjer, men partikellinjen kommer följa de enskilda partiklarna, och en ny flödeshastighet uppdaterar endast linjen vid partikelns position.
Beskriv stråklinje.
På valda platser släpper man ut någon form av partiklar som markerar flödet (t.ex. rök eller någon färgad vätska). Då partiklarna man släpper ut kommer följa med flödet (partiklarna måste vara så lätta att de färdas med flödeshastigheten, precis som för partikellinjer), kommer dessa att bilda en linje. Detta är vad vi kallar en stråklinje, och det är den metod som vanligen används i t.ex. vindtunnlar för att visualisera flödet. Denna metod är enkel eftersom man nu endast behöver ta ett kort på flödet så får man en bild av stråklinjerna.
Vad är skillnaden mellan partikellinjer och stråklinjer?
Skillnaden mellan partikellinjer och stråklinjer är hur de beter sig om flödeshastigheten varierar. För en partikellinje kommer endast partikelns position vid den givna tidpunkten att påverkas, men för en stråklinje kommer samtliga partiklar i vätskan att påverkas av den nya hastigheten, vilket gör att stråk och partikellinjerna kommer vara skilda åt för tidsberoende flöden. För stationära flöden är dock alla linjerna (flödeslinjer, partikellinjer och stråklinjer) identiska.
Beskriv tidslinje.
Tidslinjer skapas genom att man placerar partiklar på en rak linje vid starttiden (vinkelrätt mot flödet), och sen följer hur denna linje utvecklas med tiden. Detta är användbart för att t.ex. visualisera hastighetsvariationer i flödet då dessa kommer att kröka linjen.
