Kap 8 (Fluid)

Question 1

För ett laminärt flöde i ett rör. Är skjuvspänningen längst väggarna i röret störst nära ingången i röret eller utgången? Varför? Om det istället är turbulent flöde, hur skulle du svara då?

Answer 1

Den är som störst vid ingången eftersom det då inte är ett fullt utvecklat flöde, flödet längst väggarna är större då eftersom gränsskiktet inte har hunnits byggas upp fullt. Samma för turbulent flöde, men kortare sträcka innan fullt utvecklat flöde.

Question 2

Vad är hydraulisk diameter? Hur är den definierad? Vad är Dh för ett cirkulärt rör?

Answer 2

D_h= 4 * A / p där p är omkretsen. För en cirkel är alltså D_h = D. Används för att beräkna Reynolds tal.

Question 3

Hur är den hydrodynamiska ingångslängden för ett flöde i ett rör definierat? Är den kortare för laminärt flöde än för turbulent?

Answer 3

Det är längden innan flödet är fullt utvecklat.

För laminärt: L = 0.05ReD (ungefär)
För turbulent: L = 1.359Re^0,25 = 10D

Längden är kortare för turbulent flöde.

Question 4

Varför transporteras fluider oftast i cirkulära rör?

Answer 4

För att cirkulära rör kan hålla för högre tryckskillnader utan att förvrängas.

Question 5

Vad är Reynolds tal? Hur ser ekvationen ut för en a) ett cirkulärt rör, b) rektangulär pipa.

Answer 5

Det är förhållandet mellan de interna krafterna och viskositetskrafterna. Utifrån Reynolds tal kan man se om flödet är laminärt, både och, eller turbulent.

a) Re = VD/viskositet
b) Re = VDp/(4A) där p är omkrets.

Question 6

En person som går i luft kontra en som går i vatten. I vilket fall är Re störst?

Answer 6

Vatten, eftersom förhållandet mellan densiteten och den dynamiska viskositeten är större för vatten.

Question 7

Vid rumstemperatur, vilken fluid kommer kräva största pumparbetet för att kunna flöda vid en viss hastighet; olja eller vatten? Varför?

Answer 7

Olja eftersom dess viskositet är mycket högre än vatten.

Question 8

Generellt, för vilket värde på Re kan man säga att flödet är turbulent?

Answer 8

4000

Question 9

Hur påverkar ytans friktionen (surface roughness) tryckförlusten ett rör om flödet är turbulent? Om flödet är laminärt?

Answer 9

Ytans friktion påverkar friktionsfaktorn, f, för turbulent flöde. För ett laminärt flöde påverkas det ej.

Question 10

Nån tomte påstår att volymflödet i ett cirkulärt rör med laminärt flöde kan bestämmas om man vet hastigheten i centrum gånger arean delat på två. Håller du med? Förklara.

Answer 10

Stämmer! Tomten han kan han! Hastigheten i centrum delat på två är lika med Vavg, Vavg gånger arean är volymsflödet.

Question 11

En av tomtens alla nissar påstår att medelhastigheten i ett cirkulärt rör med fullt utvecklat laminärt flöde kan bestämmas genom att avläsa hastigheten mellan centerlinjen och väggen. Håller du med? Förklara

Answer 11

Ja! Enligt formen u(r)=2Vavg(1-r^2/R^2)

Question 12

Någon påstår att skjuvspänningen i centrum i ett cirkulärt rör är lika med noll vid fullt utvecklat laminärt flöde. Håller du med? Förklara.

Answer 12

Skjuvspänningen hålls konstant, men inte nödvändigtvis lika med noll.

Question 13

Nån rackare påstår att skjuvspännigen är maximal längst väggen vid fullt utvecklat turbulent flöde. Håller du med? Förklara.

Answer 13

Jag håller med. Skjuvspänningen är alltid störst längst väggen.

Question 14

Hur varierar skjuvspännigen längst flödesrikningen i en fullt utvecklad fluid i a) ett laminärt flöde, b) ett turbulent flöde.

Answer 14

a) Konstant

b) Konstant

Question 15

Vilken egenskap hos en fluid skapar gränsskiktet?

Answer 15

Hög viskositet skapar ett högre gränsskikt. Alltså viskositeten.

Question 16

I den fullt utvecklade regionen för ett flöde i ett cirkulärt rör, förändras då flödesprofilen i flödesriktningen?

Answer 16

Nej, den hålls konstant.

Question 17

Är ett fullt utvecklat flöde i ett rör en-, två-, eller tredimensionellt?

Answer 17

Tvådimensionellt.

Question 18

Ett fullt utvecklat flöde i ett cirkulärt rör. Om rörets längd dubblas, kommer “head loss” a) dubblas, b) öka mer än dubbelt, c) minska mindre än dubbelt, d) halveras eller e) öka med en faktor 16.

Answer 18

a) dubblas.

Question 19

Ett fullt utvecklat lalminärt flöde i ett cirkulärt rör. Om diametern halveras medans volymsflödet och längden hålls konstant, kommer “head loss” a) dubblas, b) tripplas, c) fyrdubblas d) öka med en faktor 8, e) öka med en faktor 16?

Answer 19

a) ökar med en faktor 16

Question 20

Förklara varför friktionen är oberoende av Re vid väldigt stora Re.

Answer 20

För att vid höga Reynoldstal är gränsskiktet jättelitet, det blir då så smalt så att ytans hack sticker ut genom gränsskiktet.

Question 21

Ett fullt utvecklat flöde i ett cirkulärt rör. Om viskositeten halveras pågrund av värmetillförsel medans volymflödet hålls konstant. Hur förändras “head loss”?

Answer 21

Halveras, enbart för laminärt flöde.

Question 22

Ett fullt utvecklat laminärt flöde (luft) i ett cirkulärt rör med perfekt lena ytor. Tror du att friktionsfaktorn för detta flöde är noll? Förklara.

Answer 22

Nej! Eftersom det alltid finns ett “no slip”-villkor.

Question 23

Vad är det som orsakar att friktionsfaktorn är högre i ett turbulent flöde än för ett laminärt flöde?

Answer 23

För att friktionsfaktorn är oberoende av ytans “roughness” vid laminärt flöde.

Question 24

Man ska effektivisera ett system så pumparbetet sänks. Man vill byta ut 90-böjarna till 90-böjar med skövlar eller till 90-böjar med “smooth curved bands”. Vilket alternativ kommer vara bäst?

Answer 24

Böjar med skövlar, eftersom det har ett lägre K_L-värde.

Question 25

Definiera ekvivalent längd för “minor loss in pipe flow”. Hur relaterar det till “minor loss coefficient”?

Answer 25

Ekvivalent längd är det längd på röret som hade gett samma förlust i höjd (“head loss”).

L_equiv=D/f * K_L

Question 26

Effekten av avrundning av ett rörinlopp på förlustkoefficienten är a) försumbar b) ganska signifikant c) väldigt signifikant

Answer 26

c) (om det är välrundat)

Question 27

Effekten av avrundning av ett rörutlopp på förlustkoefficienten är a) försumbar b) ganska signifikant c) väldigt signifikant

Answer 27

a)

Question 28

Vilket alternativ har den största komponentförlust-koefficienten? (minor loss coefficient). Gradvis expansion eller gradvis kontraktion?

Answer 28

Gradvis expansion. Lägre K_L.

Question 29

Ett rörsystem innehåller skarpa böjar. Ett sätt att minska komponentförlusterna i systemet är att byta ut de skarpa böjarna mot cirkulära böjar. Säg ett annat sätt.

Answer 29

Lägga till skövlar på böjarna.

Question 30

Vad är komponentförluster för ett flöde i ett rör? Hur är K_L definierat?

Answer 30

Förluster i komponenter, t.ex böjar, inlopp osv.

K_L = h_L / (V^2 / 2g )

Allt som stör flödet.

Question 31

Vatten pumpas från en låg reservoar till en högre. Någon tomte att uppfodringshöjden är försumbar. Han menar att “the pump head” då är lika med höjdskillnaden för reservoarerna. Håller du med?

Answer 31

Ja, om båda reservoarerna är öppna mot atmosfären och tillräckligt stora.

Question 32

Ett rörsystem med en pump arbetar stationärt. Förklara hur man bestämmer flödeshastigheten och uppfodringshöjden.

Answer 32

Flödeshastighet: Man plottar sin systemkurva och undersöker var den skär pumpkurvan. Systemkurvan fås via Berras ekvation.

Uppfodringshöjd: Avläses från skärningspunken.

Question 33

En person fyller en hink med vatten med hjälp av en vattenslang. Plötsligt kommer han på att om han kan minska fyllnadstiden om han sätter dit en “nozzle” på slangen. Stämmer detta? Vad kommer hända med fyllnadstiden om en nozzle monteras? Minska, öka eller vara oförändrad?

Answer 33

Ingen skillnad. Volymflödet är samma. (Stationärt system).

Question 34

Två identiska 2 meter höga tankar står på ett bort 1 meter över marken. Den ena tanken har en slang kopplad till sig, där änden ligger på backen, den andra har ingen. Nu öppnas tankarnas valv. Vilken tank kommer tömmas snabbast på vatten? Den med slang eller den utan slang? Bortse från friktionskrafter.

Answer 34

Går fortare med slangen eftersom det blir en större höjdskillnad.

Question 35

Två rör med olika diameter men samma längd och material är seriekopplade. Hur skulle du förklara skillnaden i, a) flödeshastigheter och b) tryckförluster, för de två rören.

Answer 35

a) Konstant volymflöde

b) Större tryckförluster i det smala röret.

Question 36

Två rör med olika diameter men samma längd och material är parallellkopplade. Hur skulle du förklara skillnaden i, a) flödeshastigheter och b) tryckförluster, för de två rören.

Answer 36

a) Högre på den med smalare diameter.

b) Samma tryckförluster i båda fallen.

Question 37

Två rör med lika diameter men olika längd är parallellkopplade. Hur skulle du förklara skillnaden i tryckförluster för de två rören?

Answer 37

Alltid samma tryckförluster vid parallellkoppling.