Η Σχολή | Προσωπικό | Σπουδές | Έρευνα | εκτύπωση

Τίτλος Μαθήματος

Φαινόμενα Μεταφοράς Ι (7.2.05.4)

Εξάμηνο Διδασκαλίας

Υποχρεωτικό Μάθημα Κορμού: 4ου Εξαμήνου

Ωριαίο Πρόγραμμα

Ώρες Διδασκαλίας Ώρες Ασκήσεων
Εργαστηριακές Φροντιστηριακές
2 - 1

Ωρολόγιο Πρόγραμμα

-

Διδάσκοντες

Δημήτριος Πάνιας , Καθηγητής
Διδακτικό και Ερευνητικό Προσωπικό (Δ.Ε.Π)
Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών , Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών
2 Όροφος , Γραφείο 2.43
Τηλ. +30 210 772 2276 , +30 210 772 2168 (FAX)
e-mail: paniasATmetal.ntua.gr

Βιβλία Διδασκαλίας

  • Μηχανική των Ρευστών, Σ.Α. Αυλωνίτης, Δ.Α Αυλωνίτης, Εκδόσεις ΙΩΝ

Επιπρόσθετη Βιβλιογραφία

  • Poirier D.R., G.H. Geiger. Transport Phenomena in Materials Processing. TMS, 1994
  • Streeter V.L., E.B. Wylie, K.W. Bedford. Fluid Mechanics. McGraw-Hill, 1998
  • Gerhart P.H., R.J. Gross, J.I. Hochstein. Fundamentals of Fluid Mechanics 2nd Ed. Addison-Wesley Publishing Co, 1992
  • Bird R.B., W. E. Stewart, E.N. Lightfoot. Trasnport Phenomena 2nd Ed. John Wiley & Sons, 2002
  • Olson, Reuben M., and Steven J. Wright. 1990. Essentials of Engineering Fluid Mechanics . New York: Harper and Row

Σύντομη περιγραφή της ύλης

Το μάθημα «Φαινόμενα Μεταφοράς Ι» εξετάζει τις ιδιότητες των ρευστών σωμάτων και την συμπεριφορά αυτών υπό την επίδραση εξωτερικών τάσεων, δηλαδή τη ροής τους. Το πρόβλημα της ροής των ρευστών είναι ένα γενικό πρόβλημα που απαντάται τόσο σε φυσικά συστήματα (π.χ. ωκεανογραφία, μετεωρολογία, υδρολογία κ.λ.π.) όσο και σε μηχανικά συστήματα που έχουν επινοηθεί από τον άνθρωπο για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες του (π.χ. μεταφορά ρευστών με δίκτυα σωληνώσεων, στροβιλομηχανές, πνευματική μεταφορά, χημικοί αντιδραστήρες, μηχανική ανάμειξη και ανάδευση, κ.λ.π.).

Στο συγκεκριμένο μάθημα θα δοθεί ιδιαίτερη έμφαση σε εκείνες τις φυσικές ιδιότητες που χαρακτηρίζουν τα ρευστά (όπως το ιξώδες), στο τρόπο απεικόνισης της κίνησης των ρευστών (πεδία ροής) και στα χαρακτηριστικά είδη κίνησης των ρευστών (είδη ροής).

Εν συνεχεία θα αναλυθεί μαθηματικά το γενικό πρόβλημα της ροής των ρευστών εφαρμόζοντας τους βασικούς νόμους της μηχανικής και της θερμοδυναμικής σε μικροσκοπικούς και μακροσκοπικούς όγκους ελέγχου. Η επίλυση των μαθηματικών προτύπων που περιγράφουν την ροή των ρευστών σε διάφορες περιπτώσεις είναι συχνά ιδιαίτερα δύσκολη και αποτελεί ένα σημαντικό κεφάλαιο της υπολογιστικής ρευστομηχανικής ( Computational Fluid Dynamics ( CFD ) ). Μέσα στα πλαίσια του μαθήματος εντάσσεται και μια εισαγωγή των σπουδαστών στην χρήση λογισμικών πακέτων που επιλύουν τέτοια συστήματα.

Τέλος θα αναπτυχθούν ως εφαρμογές των φαινομένων μεταφοράς, τα μηχανικά συστήματα μεταφοράς ρευστών σε σωληνώσεις, παρουσία και απουσία αντλιών σε αυτά.

Βαθμολογία

Η βαθμολογία των επιδόσεων των σπουδαστών θα προκύψει από τις επιδόσεις αυτών κατά την τελική γραπτή εξέταση του μαθήματος.

Πρόγραμμα Παραδόσεων

-

Λεπτομερές Πρόγραμμα Παραδόσεων

Εισαγωγή Εισαγωγή στη Μηχανική των Ρευστών
Ορισμός ρευστού
Ιδιότητες Ρευστών Ορθές & Διατμητικές Τάσεις

Ιξώδες

  • Ορισμός
  • Κατηγοριοποίηση ρευστών
  • Νόμος ιξώδους του Νεύτωνα
  • Παράγοντες που επηρεάζουν το ιξώδες
  • Κινηματικό ιξώδες
Αρχή της Συνέχειας
Πυκνότητα
Μέτρο Ελαστικότητας

Πίεση

  • Στατική Πίεση
  • Δυναμική Πίεση
  • Μέτρηση Πίεσης
Επιφανειακή Τάση
Τάση ατμών
Πεδίο ροής Εισαγωγή
Περιγραφή του πεδίου ροής

Απεικόνιση του πεδίου ροής

  • Ροϊκή Γραμμή
  • Ινώδης Γραμμή
  • Τροχιά
Είδη Ροής Εσωτερική & Εξωτερική ροή
Μονοδιάστατη & Πολυδιάστατη ροή
Μόνιμη & μη-Μόνιμη ροή
Ομοιόμορφη & μη-Ομοιόμορφη ροή
Ατριβής & Ιξώδης ροή
Στρωτή & Τυρβώδης ροή
Συμπιεστή & Ασυμπίεστη ροή
Αδιαβατική & Ισοεντροπική ροή
Στροβιλή & Αστρόβιλη ροή
Μαθηματική Ανάλυση Ροής Ρευστών

Μακροσκοπική ανάλυση

  • Θεώρημα Μεταφοράς
  • Διατήρηση της Μάζας - Εξίσωση συνέχειας
  • Διατήρηση Ενέργειας
    • Εξίσωση μηχανικής ενέργειας
    • Εξίσωση Bernoulli
  • Διατήρηση Ορμής

Μικροσκοπική ανάλυση

  • Διαφορικό Θεώρημα Μεταφοράς
  • Διαφορική Εξίσωση Συνέχειας
  • Διαφορική Εξίσωση Ορμής σε κυλινδρικές / σφαιρικές συντεταγμένες
  • Εξίσωση κίνησης Navier - Stokes
  • Εξίσωση Εuler
Μη Ιδανική Ροή- Απώλειες λόγω τριβών

Εσωτερική ροή σε κυλινδρικό αγωγό

  • Αναπτυσσόμενη ροή
  • Πλήρως αναπτυγμένη ροή
  • Στρωτή ροή
  • Τυρβώδης ροή
Υδραυλική ακτίνα αγωγού
Απώλειες ενέργειας σε μόνιμη ροή
Εξίσωση Darcy-Weisbach
Διάγραμμα Moody
Δίκτυα Σωληνώσεων
Αντλίες
Εξωτερική Ροή

Ροή γύρω από στερεά σώματα

  • Οπισθέλκουσα δύναμη
  • Δυναμική Άνωση
Υπολογισμός Οπισθέλκουσας σε σφαιρικά σώματα
Ταχύτητα Καθίζησης Στερεών