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

Tytuł Mechanika płynów w inżynierii środowiska Autorzy Zdzisław Orzechowski, Jerzy Prywer, Roman Zarzycki Język polski Wydawnictwo Wydawnictwo Naukowe PWN ISBN 978-83-01-19848-0 Rok wydania 2018 Warszawa Wydanie 1 ilość stron 624 Format pdf Spis treści 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. Cechy 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 wykrzywione 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 nowoczesny 84 2.5.2. Ruch obrotowy 85 2.5.3. Zarys luźnej 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 genialnYCH 119 4.1. RÓWNANIE RUCHU PŁYNU wyśmienitEGO 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. Przeróżne formy równania Bernoulliego 127 4.3.3. Użycie równania Bernoulliego do pomiarów prędkości 129 4.4. PŁASKIE PRZEPŁYWY PŁYNÓW świetnYCH 131 4.5. PRZYKŁADY 135 5. DYNAMIKA PŁYNÓW RZECZYWISTYCH 141 5.1. RÓWNANIE NAVIERA-STOKESA 141 5.2. RÓWNANIA RUCHU I CIĄGŁOŚCI W rozmaitYCH 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 luźna 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 dużeJ 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 poprzez 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 zrównoważonY 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. SzybkośĆ 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 wspaniałEGO. PRZEPŁYWY RZECZYWISTE 322 11.3. FUNKCJE ROZKŁADU CZASU PRZEBYWANIA PŁYNU W ZBIORNIKU 323 11.4. METODY wyraźnIKOWE W BADANIACH CZASU PRZEBYWANIA 325 11.5. KRZYWE ROZKŁADÓW CZASU PRZEBYWANIA DLA PRZEPŁYWÓW wyśmienitYCH 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 sprzętów PRZEPŁYWOWYCH 340 12.1. UWAGI WSTĘPNE 340 12.2. REAKCJA PŁYNU W PRZEPŁYWIE ZEWNĘTRZNYM 341 12.2.1. Reakcja strugi luźnej 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 sprzętów 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 podmianĄ CIEPŁA 369 13.1. WIADOMOŚCI OGÓLNE 369 13.2. LuźnA 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 parametry FAZY ROZPROSZONEJ 395 14.3.1. Zróżnicowane formy występowania fazy rozproszonej 395 14.3.2. Kształt cząstek 397 14.3.3. Wymiary składników 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. Kabel pionowy 412 14.4.3. Kabel stopnie 415 15. MODELE PRZEPŁYWÓW DWUFAZOWYCH 418 15.1. Atrybuty 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 różnorodnYCH SIŁ 443 16.3. POMIARY ZAPYLENIA 451 16.4. PRZYKŁADY 456 17. AERODYNAMIKA ATMOSFERY 460 17.1. WPROWADZENIE 460 17.2. WPŁYW rozmaitYCH CZYNNIKÓW NA ROZPRZESTRZENIANIE SIĘ skażeń 461 17.2.1. Czynniki meteorologiczne 462 17.2.2. Czynniki topograficzne 471 17.2.3. Czynniki technologiczne 473 17.3. PUNKTOWE ŹRÓDŁA EMISJI skażeń 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 poprzez 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 podmiany 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 cyklu FLUIDYZACJI 555 21.3. Użycie 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. Właściwości STRUGI ROZPYLONEJ CIECZY 575 22.4. ROZPYLACZE 578 22.5. Użycie 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