Mechanika Płynów i Wymiana Ciepła – egzamin

1. Wymień rodzaje ciśnień:
   Atmosferyczne, absolutne, nadciśnienie, podciśnienie, dynamiczne, statyczne, całkowite, hydrostatyczne, względne

2. Definicja podciśnienia:
   to różnica ciśnienia atmosferycznego i absolutnego Pw = Pb - Pa, gdzie Pb>Pa

3. Czy ciśnienie atmosferyczne to:
   a) nadciśnienie
   b) podciśnienie
   c) ciśnienie bezwzględne
   d) żadne
   

4. Podaj definicję atmosfery technicznej:
   Jednostka ciśnienia równa 1kg siły działającemu na powierzchnię 1cm².
   1 at = 1 [kg/cm²]; 1 at =9,80665*10⁴

5. Podaj definicję atmosfery fizycznej:
   1 At = 760Tr = 1,03323 at

6. Podaj definicję naporu hydrostatycznego:
   jest to wypadkowa naporów elementarnych działających na powierzchnię „A”

7. Co należy określić w celu napisania równania Bernoulliego dla danego przepływu:
   wybrać właściwie przekrój 1-1 i 2-2 zawsze prostopadle do kierunku przepływu, wybrać poziom odniesienia 0-0

8. Napisz dwie postacie Równania Bernoulliego (nazwij je i podaj wymiary zmiennych niezależnych)
   $\frac{U^{2}}{2g} + \frac{P}{\gamma} + z = \text{co}\text{nst}$
   gdzie:

$\frac{U^{2}}{2g}$ - wysokość ciśnienia dynamicznego

$\frac{P}{\gamma}$ – wysokość ciśnienia statycznego

1. Napisz równanie Bernoulliego dla płynu rzeczywistego:
   $\frac{U_{1}^{2}}{2g} + \frac{P_{1}}{\gamma} + z_{1} = \frac{U_{2}^{2}}{2g} + \frac{P_{2}}{\gamma} + z_{2}$ = const

2. Napisz definicję ciężaru właściwego:
   jest to stosunek siły do objętości płynu, na którą działa dana siła

3. Jaki wymiar ma współczynnik strat tarcia:
   to wielkość bezwymiarowa

4. Dla jakiego zakresu liczby Reynoldsa występuje przepływ przejściowy:
   2300 < Re < 4000

5. Dla jakich liczb Re występuje przepływ turbulentny:
   Re => 4000

6. Dla jakich liczb Re występuje przepływ laminarny:
   Re < = 2300

7. Wymień elementy przepływowe, na którym występuje strata lokalna:
   zwężka, łuk, wlot do przewodu, dyfuzory, konfuzory, dysz

$$\beta = \frac{1}{V_{1}}*\frac{V_{2} - V_{1}}{T_{2} - T_{1}}$$

1. Podaj definicję współczynnika rozszerzalności cieplnej:
   określa podatność płynu na zmianę objętości, która wynika ze zmiany temperatury.

F_w = y * V

1. Podaj zależność i nazwij zmienne naprężenia statycznego:
   
   

2. Wymień zmienne zależne występujące w równaniu Naviera – Stokesa:
   jest to równanie opisujące ruch płynu rzeczywistego. Zmienna pędu odniesienia do jednostki czasu równa jest sumie sił zewnętrznych działających na dane ciało.

$$20\frac{g}{cm^{3}} = \ 20\ \frac{10^{- 3}\text{kg}}{\left( 10^{- 2}m \right)^{3}} = \ 20\ \frac{10^{- 3}\text{kg}}{10^{- 6}m^{3}} = \ 20\ *10^{3}\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

$$10\frac{\text{kg}}{m^{3}} = \ 10\frac{10^{3}g}{\left( 10^{2}m \right)^{3}} = \ 10\ *\frac{10^{3}g}{10^{6}m^{3}} = \ 10\ *10^{- 3}\frac{g}{m^{3}} = 10^{- 2}\frac{g}{m^{3}}$$

1 bar  =  10⁵Pa

1. 2000 N/m² ile to bar?:
   2000 Pa = 0,02 bar 1Pa=1N/m²

$$10\ \text{cSt}\ = \ 10\frac{cm^{2}}{s} = \frac{10\left( 10^{- 2}m \right)^{2}}{s} = \ 10\ *10^{- 4}\frac{m^{2}}{s} = 10^{- 3}\frac{m^{2}}{s}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 1cSt = 10^{- 2}\ \text{cm}^{2}/s$$

1. Zamień 1 at na układ SI:
   1 at = 98100 N/m²
   

$$1\ \text{cP}\ = 10^{- 2}\frac{g}{\text{cm}*s}$$

1. Zamień v = 5 * 10^-6 na cSt:
   
   

2. Zamień μ = 5 * 10^-3 na cP:

3. Jaki wymiar ma wysokość ciśnienia?:
   metry

4. Jakie znasz typy manometrów?:
   sprężyste, parametryczne i cieczowe

$$\mu\ = \frac{\text{kg}}{m*s}$$

$$E\ = \frac{1}{\text{ksi}}$$

1. Ciśnienie i temperatura to: wektor, zbiór czy skalar?
   skalar

2. Co to jest lepkość płynu?:
   Zdolność płynu do przenoszenia naprężeń statycznych przy wzajemnym przemieszczaniu poruszających się cząstek płynu z różnymi prędkościami.

3. Co to jest 1 Tor?
   1 Tr = 1 [mm * Hg]

$$\text{Qv} = \ \text{Us}\ *\ A\ \left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

Us – prędkość przepływu płynu
A – pole powierzchni

1. Podaj zależność Darcy-Weisbach i nazwij zmienne:

$$\frac{\text{Dp}}{\text{Dx}} = \text{const}$$

1. Jaki wymiar ma współczynnik strat lokalnych ksi (e z siusiakiem)?:
   jest bezwymienne

2. Jak zmienia się ciśnienie w zależności od głębokości zanurzenia?:
   rośnie liniowo

3. Względem czego mierzone jest ciśnienie absolutne?:
   względem próżni doskonałej

4. Jak mierzymy ciśnienie statyczne w przepływie?:
   prostopadle do kierunku przepływu

5. Jaki kształt ma profil prędkości w rurze, gdy przepływ jest laminarny?:
   paraboliczny

6. Co spowoduje dodanie polimeru do płynącej cieczy?:
   wzrost strat tarcia

7. Dotyczy gazu transportowanego z miejscowości A do B. Wtłaczana objętość w A będzie?:
   taka sama jak w B

8. Opisz pomiar ciśnienia za pomocą manometru parametrycznego:
   mierzy określony parametr czynnika, którego zależność od ciśnienia jest znana i jednoznaczna.

9. Jaki warunek musi być spełniony by ciało stałe nie utonęło w cieczy?
   Siła wyporu musi być większa od siły grawitacji

10. Nazwij przepływ, w którym zmienna zależna jest funkcja F(x,y,z)?
    przepływ trójwymiarowy

11. Nazwij przepływ, w którym zmienna zależna jest funkcja f(x,y)?
    przepływ płaski dwuwymiarowy stacjonarny

12. Nazwij przepływ, w którym zmienna zależna jest funkcja F(x,y)?
    

$$q = \frac{W}{m^{2}}$$

$$\lambda = w*p*\text{c\ }\left\lbrack \frac{W}{m*K} \right\rbrack$$

1. Kiedy dwa ciała są w takim samym stanie?
   Kiedy mają takie same: ciśnienie, temperaturę i objętość.

2. Jaką objętość zajmuje mol dowolnej substancji?
   Vo =22,413 m³

3. Podaj wzór na ciśnienie całkowite i nazwij zmienne:
   Pc = Patm +ro*g*h

Q = −λ * A * gradT

gdzie:
λ – współczynnik przewodzenia ciepła [W/m*K]
A – pole powierzchni prostopadłe do kierunku strumienia ciepła
Q – strumień ciepła
gradT – różnica temperatur

1. Wymień 3 sposoby wymiany ciepła:
   przewodzenie, konwekcja i promieniowanie

2. Ile jest cząstek gazu w 1 k mol?
   (6,0268 +/- 0,00016)*10²³ cząsteczek

3. Masz wodę, tlen i hel. Wymień te materiały w kolejności współczynnika przewodzenia ciepła:
   Woda 0,6, Hel 0,15, Tlen 0,0232

4. Jak zmienia się rozkład temperatury w przegrodzie cylindrycznej?:
   wykładniczo

5. Która twoim zdaniem wymiana ciepła jest najlepsza?:
   Promieniowanie – bo nie wymaga substancji pośredniczącej. Promieniowanie jest drogą emitowania ciepła dla wszystkich ciał – gazów, stałych, cieczy.

6. Czemu jest równa liczba masowa M?
   suma protonów i neutronów
   A liczba atomowa Z – suma protonów = elektronów

7. Oblicz masę cząsteczkową tlenu ¹⁶₈O:
   2*16 = kg/k mol

8. Co oznacza ze przemiana jest izochoryczna?
   podczas przemiany objętość jest const, a wszystkie pozostałe parametry mogą się zmieniać. Ponadto praca nie jest wykonywana i układ może wymieniać energię z otoczeniem.

9. Wymień przykłady energii:
   cieplna, kinetyczna, statyczna, potencjalna, jądrowa, sprężysta, słoneczna, wiązania, mechaniczna, elektryczna

10. W jakich jednostkach przedstawiamy objętość właściwą?:
    V=m³/kg

11. Jaka jest prędkość propagacji promieniowania cieplnego?:
    V=3,33*10⁵ m/s (propagacja to rozprzestrzenianie się zaburzenia w ośrodku)

12. Jak mierzymy ciśnienie dynamiczne?:
    Równolegle do kierunku przepływu i zawsze pod prąd , za pomocą rurki Prandll’a.

13. Zapisz matematyczne prawo Boltzmana i wymień jego zmienne:

$$\text{Qmax} = \sigma*A*T^{4}\left\lbrack W = \frac{J}{s} \right\rbrack$$

gdzie:
Qmax – maksymalny strumień ciepła emitowany drogą promieniowania;
σ – stała Boltzmana [W/m² K⁴]
A – pole powierzchni
T – temperatura w [K]

1. Podaj orientacyjną moc cieplną elektrociepłowni Kielce?:
   286MW

2. Co zachodzi pomiędzy ciałem stałym a płynem w ruchu?:
   Konwekcja – nie wymaga substancji pośredniczących (przewodzenie – tylko stałe, wyjątek – gazy i ciecze – gdy są w ruchu, konwekcja – ciecze, gazy w ruchu)

3. Od czego zależy współczynnik przejmowania ciepła α?:
   Od kształtu ścianki, lepkości (μ), gęstości (ro), prędkości płynu (V), chropowatości ścianki (E),
   intensywności turbulencji (I)

$$Q\ = \ \alpha*\ A*\ \left( T2 - T1 \right)\left\lbrack \frac{W}{m^{2}*K} \right\rbrack$$

1. Masz dwa ciała: miedź i asfalt. Które posiada większy współczynnik emisji ciepła?:
   Asfalt 0,92 > miedź 0,03

2. Napisz równanie II zasady termodynamiki i nazwij zmienne:
   Mówi o tym, że w układzie zamkniętym w procesie odwracalnym entropia (określa procesy samorzutne) rośnie, tzn. przechodzi od jednego stanu równowagi do drugiego stanu równowagi.

3. Definicja przemiany odwracalnej:
   Proces który może przebiegać w odwrotną stronę i możliwe jest przywrócenie stanu początkowego układu oraz jego otoczenia.

W = ∫_v1^v2p(v)dv

1. W ciele stałym występuje wymiana ciepła poprzez:
   Przewodzenie

2. Masz cegłę, styropian i hel. Wymień je od największego do najmniejszego współczynnika przewodzenia ciepła:
   Cegła – 0,25, Hel – 0,15, Styropian – 0,03

3. Napisz równanie Clapeyrona dla gazów tak aby występowała objętość właściwa:
   pV = RT
   gdzie:
   p – ciśnienie absolutne, v- objętość właściwa, R – stała gazowa, T – temperatura

4. Jak mierzymy ciśnienie statyczne?:
   Prostopadle do kierunku przepływu.

5. Podaj wartość i wymiar uniwersalnej stałej gazowej:
   MR = 8214,3 J/kmol*K

6. Oblicz masę cząsteczkową dwuatomowej cząsteczki azotu ¹⁴₇N:
   14*2 = 28 kg/k mol

7. Czemu jest równa liczba atomów w jądrze?
   Sumie protonów.

8. Co oznacza przemiana izobaryczna?
   P = const , reszta zmienne

9. Czy promieniowanie potrzebuje ciała pośredniczącego w wymianie ciepła?:
   Nie potrzebuje.

10. Podaj prędkość propagacji promieniowania cieplnego?
    300 tys km/s

$$W\ = \frac{J}{s}$$

1. Jak zmienia się rozkład temperatury w przegrodzie płaskiej?
   liniowo

2. Napisz równanie stanu dla przemiany izotermicznej:
   T = const
   Pv = const, p1v1 = p2v2

3. Co to jest normalny kilogram?
   Masa jaką zajmuje gaz w temp. 0°C i przy ciśnieniu równym 1atm fizyczna

$$\frac{m^{3}}{\text{kg}}$$

1. Napisz równanie przewodnictwa ciepła i nazwij zmienne:
   Równanie Fouriera: q = − λ gradT
   gdzie:
   q – gęstość strumienia ciepła; T – temperatura, λ – współczynnik przewodnictwa ciepła

2. I zasada termodynamiki:
   Zasada zachowania energii – w każdym izolowanym układzie fizycznym całkowita suma energii jest stała, nie zmienia się w czasie.

$$\text{Qmax} = \sigma*A*T^{4}\left\lbrack W = \frac{J}{s} \right\rbrack$$

1. Czy może się zdarzyć, że w ciele stałym jest konwekcja?
   Nie.

2. W którym z paliw jest większa zawartość popiołu? Węgiel brunatny czy kamienny?
   Brunatny, bo ok. 40%

3. Do czego służy rurka Pitota i rurka Prandtla?
   Rurka Pitota - mierzy lokalną prędkość przepływu płynu, dzięki czemu możemy obliczyć ciśnienie dynamiczne.
   
   Rurka Prandtla – do pomiaru ciśnienia statycznego. – przewód zamknięty.

4. Jednostka gęstości strumienia?
   w/m² LUB J/m² *s

5. Gdy współczynnik przewodzenia ciepła maleje to..?
   Dyfuzja też maleje. Dyfuzja = przewodzenie

6. Masz ciecz, powietrze i wełnę szklaną. Wymień je od najmniejszej do największej wg współczynnika przewodzenia ciepła:
   Powietrze – wełna – ciecz

7. Co to jest k mol?
   $1\text{kmo}l\ = \ 1000\ \text{moli},\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ n = \frac{m}{M}$,
   gdzie:
   n – liczba moli, m – masa, M – masa cząsteczkowa

8. Masz styropian, cegłę i powietrze. Uporządkuj je od największego do najmniejszego współczynnika przewodzenia ciepła:
   
   

$$\alpha = \frac{\text{Nu}*\ \lambda}{D}$$

$$\text{Re} = \frac{\text{Us}*D}{\nu}$$

1. Co to jest manometr sprężysty?
   Manometr sprężysty – jest to taki przyrząd, który wykorzystuje zmiany sprężystości materiału na skutek zmian ciśnienia.

2. Co to jest manometr parametryczny?
   Manometr parametryczny – to taki przyrząd, który mierzy określony parametr, który to parametr zależy od ciśnienia w sposób znany i jednoznaczny.

3. Co to jest równanie ciągłości strugi?
   Równanie ciągłości strugi w opisie objętościowym mówi nam o tym, że Qv=const w dowolnym przekroju poprzecznym tego samego strumienia płynu (zakładając, że ro=const)

4. Przewodzenie:
   Przewodzenie występuje w ciałach stałych a w cieczach i gazach tylko wtedy gdy te są bez ruchu.

5. Konwekcja:
   Konwekcja występuje tylko i wyłącznie w cieczach i gazach gdy te są bez ruchu.

6. Promieniowanie:
   Promieniowanie nie wymaga kontaktu między źródłem a odbiorcą ciepła. Wymaga optycznego kontaktu między źródłem a odbiorcą ciepła.

7. Przykładowe współczynniki przewodzenia ciepła:

cegła kratówka λ =0,35 [W/m*K]
beton λ =0,8
gips λ =0,4
styropian λ =0,033 =0,3
wata szklana λ =0,033 =0,3
powietrze λ =0,28
cegła λ =0,25
hel λ =0,15

woda λ =0,6
tlen λ =0,0232

1. Przykładowe współczynniki emisji ciepła:
   

asfalt - 0,92
miedź - 0,03
biały papier -
stal -
folia aluminiowa - 0,3
folia srebrna - 0,2

roślinki - 0,85
skóra ludzka - 0,85
ziemia - 0,89
czarna farba - 0,95
czerwona cegła - 0,9
srebro –

$$\nu = \left\lbrack \frac{m^{2}}{s} \right\rbrack$$

$$1P = \left\lbrack \frac{g}{cm*s} \right\rbrack\backslash n$$

$${1St = \left\lbrack \frac{cm^{2}}{s} \right\rbrack}{\nu = cSt\left( \text{centi\ Stokes} \right) = 10^{- 2}\text{St}}$$

1. Jakie czynniki wpływają na błąd pomiaru ciśnienia za pomocą manometrów?
   wadliwie działający przyrząd pomiarowy, nieoczekiwana zmiana warunków wykonywania eksperymentu (drgania, pole magnetyczne, zmiana ciśnienia, temperatury itp.)

$$\xi\left( \text{ksi} \right) = - \frac{1}{V}*\frac{\text{dv}}{\text{dp}} = - \frac{1}{V}*\frac{Vk - Vp}{Pk - Pp}$$

1. Zakładamy, że rurociągiem z Buska do Kielc transportujemy gaz. W Busku wtłaczamy do rurociągu 100 kg/h gazu. Odpowiedz czy ilość kg/h wtłaczanego gazu do rurociągu w Busku jest:
   taka sama jak w Kielcach (?)

2. Zakładamy, że rurociągiem z Sandomierza do Kielc transportujemy gaz. W Sandomierzu wtłaczamy do rurociągu 100 m³/h gazu. Odpowiedz czy ilość wtłaczanego gazu w Sandomierzu, wyrażona w m³/h jest:
   w Kielcach wypłynie gazu więcej (?)

$${\frac{\rho*Us^{2}}{2} + p + \gamma*z = const}{\frac{\text{kg}}{m^{3}}*\left( \frac{m}{s} \right)^{2} + Pa + \frac{m}{s^{2}}*\frac{\text{kg}}{m^{3}}*m = \frac{\text{kg}}{m^{3}}*\frac{m^{2}}{s^{2}} + Pa + \frac{m^{2}*kg}{m^{3}*s^{2}} = \frac{\text{kg}}{m*s^{2}} + Pa + \frac{\text{kg}}{m*s^{2}} = \left\lbrack Pa + Pa + Pa \right\rbrack}$$

1. Napisz równanie Bernouliego dla płynu rzeczywistego w zapisie takim, aby każdy składnik miał wymiar w metrach:
   
   

2. Jakie zjawisko występuje w konfuzorze?
   W konfuzorze podstawowym powodem strat ciśnienia jest wyrównywanie rozkładu prędkości w całym przekroju w miarę zmniejszania się powierzchni przekroju poprzecznego

3. Jakie zjawisko występuje w dyfuzorze?

$${p = \lambda\frac{L}{D}*\frac{\rho U_{s}^{2}}{2}}{Pa = \frac{m}{m}*\frac{\text{kg}}{m^{3}}*\left( \frac{m}{s} \right)^{2} = \frac{m}{m}*\frac{\text{kg}}{m^{3}}*\frac{m^{2}}{s^{2}} = \frac{kg*m^{3}}{m^{4}*s^{2}} = \frac{\text{kg}}{m*s^{2}}\backslash n}{Pa = Pa}$$

1. Uporządkuj ciała stałe według największego współczynnika emisji: złoto, biała farba, czarna farba, stal:
   czarna farba, stal, złoto, biała farba

2. Uporządkuj ciała stałe wg największego współczynnika absorpcji: folia aluminiowa, stal, biały papier:
   biały papier, stal, folia aluminiowa

3. Który ze sposobów wymiany ciepła jest bardziej intensywny:
   konwekcja wymuszona

Q = ε * σ * A(T₁⁴ − T₂⁴)

1. Jak zmienia się temperatura w przegrodzie płaskiej?
   liniowo