TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA



Vergelijkbare documenten
TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stroming & Diffusie (3D030) op donderdag 26 augustus 2010, uur.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT DER TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA

Het tentamen levert maximaal 30 punten op, waarvan de verdeling hieronder is aangegeven.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA

SVP AANGEVEN: het practicum FTV is uitgevoerd in jaar...

Het tentamen levert maximaal 30 punten op, waarvan de verdeling hieronder is aangegeven.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT DER TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT DER TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA

tentamen stromingsleer (wb1225), Faculteit 3mE, TU Delft, 28 juni 2011, u

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

Oefeningen Smering : toepassing van de Navier-Stokes vergelijkingen

Tentamen Cardiovasculaire (Humane) Stromingsleer 4A690 (3T160) blad 2/3 2. In een experimentele opstelling wil men de invloed van pulserende schuifspa

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE, vakgroep Transportfysica FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE, vakgroep Fundamentele Wertui

Tentamen Humane Stromingsleer (3T160) blad 2/3 op maandag 19 juni, 9-12 uur, zaal In een model van het arteriele systeem wordt een harmonische

Verzameling oud-examenvragen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

tentamen stromingsleer (wb1225), Faculteit 3mE, TU Delft, 12 april 2011, u

Formuleblad college Stromingsleer wb1225

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT Faculteit der Civiele Techniek en Geowetenschappen

Tentamen Warmte-overdracht

Tentamen Warmte-overdracht

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

Tentamen Warmte-overdracht

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE

Examen Algemene natuurkunde 1, oplossing

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT WERKTUIGBOUWKUNDE DIVISIE COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL MECHANICS

3. Beschouw een zeer goede thermische geleider ( k ) in de vorm van een cilinder met lengte L en straal a

Tentamen Warmte-overdracht

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE

Tentamen x 3

Tentamen Inleiding Warmte en Stroming (4B260)

MECHANICAII FLUIDO 55

Tentamen Cardiovasculaire (Humane) Stromingsleer 4A690 (3T160) blad 2/4 op vrijdag 13 augustus 1999, uur 2. Men maakt een model van een pulseren

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

Tentamen numerieke analyse van continua I

Tentamen Stromingsleer en Warmteoverdracht (SWO) april 2009,

TWEEDE RONDE NATUURKUNDE OLYMPIADE 2017 TOETS APRIL :00 12:45 uur

Formule blad College Stromingsleer Wb1220

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

Convectiecoëfficiënten en ladingsverliezen bij éénfasige

Tentamen Warmte-overdracht

Phydrostatisch = gh (6)

Tentamen numerieke analyse van continua I

Tentamen Warmte-overdracht

In een U-vormige buis bevinden zich drie verschillende, niet mengbare vloeistoffen met dichtheden ρ1, ρ2 en ρ3. De hoogte h1 = 10 cm en h3 = 15 cm.

T G6202. Info: auteur: Examencommissie Toelatingsexamen Arts en Tandarts, bron: Juli 2015, id: 11941

Juli blauw Fysica Vraag 1

TENTAMEN DYNAMICA ( )

De olie uit opgave 1 komt terecht in een tank met een inhoud van liter. Hoe lang duurt het voordat de tank volledig met olie is gevuld?

Naam:... Studentnr:...

Het tentamen levert maximaal 30 punten op, waarvan de verdeling hieronder is aangegeven.

Tentamen Natuurkunde 1A uur uur vrijdag 14 januari 2011 docent drs.j.b. Vrijdaghs

( ) ( ) en vloeistof met dichtheid = 891 kg/m 3 stroomt door een ronde uis met een bocht met diameters

MODELBOUW eindopdrachten 6 november 2006

Tentamen. Elektriciteit en Magnetisme 1. Woensdag 20 juni :00-12:00. Leg je collegekaart aan de rechterkant van de tafel.

Juli geel Fysica Vraag 1

Tentamen Fysica in de Fysiologie (8N070) deel AB herkansing, blad 1/5

TWEEDE RONDE NATUURKUNDE OLYMPIADE 2019 TOETS APRIL 2019 Tijdsduur: 1h45

koper hout water Als de bovenkant van het blokje hout zich net aan het wateroppervlak bevindt, is de massa van het blokje koper gelijk aan:

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

We willen dat de magnetische inductie in het punt K gelijk aan rul zou worden. Daartoe moet men door de draad AB een stroom sturen die gelijk is aan

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA

Tentamen Warmte-overdracht

Meteorologie en Luchtkwaliteit

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

Herhalingsopgaven 6e jaar

Tentamen Cardiovasulaire (Humane) Stromingsleer 4A690 (3T160) blad 2/4 2. Teneinde meer inziht te krijgen in de stromingsfenomenen die optreden in de

Theory Dutch (Netherlands) Lees eerst de algemene instructies uit de aparte enveloppe voordat je begint met deze opgave.

TWEEDE RONDE NATUURKUNDE OLYMPIADE 2013 TOETS APRIL :00 12:45 uur

Week 5 Convectie nader bekeken

Faculteit Biomedische Technologie. 9 april 2018, 18:00-21:00 uur

Naam:... Studentnummer:...

Het drie-reservoirs probleem

Vraag (1a): Bepaal de resulterende kracht van de hydrostatische drukken op de rechthoekige plaat AB (grootte, richting, zin en aangrijpingspunt).

Vallen Wat houdt je tegen?

TENTAMEN. x 2 x 3. x x2. cos( x y) cos ( x) cos( y) + sin( x) sin( y) d dx arcsin( x)

Tentamen Fysica in de Fysiologie (8N070) deel AB herkansing, blad 1/5

Dit tentamen bestaat uit vier opgaven. Iedere opgave bestaat uit meerdere onderdelen. Ieder onderdeel is zes punten waard.

Schriftelijk examen 2e Ba Biologie Fysica: elektromagnetisme

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, groep Cardiovasculaire Biomechanica

De toets levert 30 punten op, waarvan de verdeling hieronder is aangegeven. Opgave 3(f) is een bonusvraag voor 2 extra punten.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Technische Natuurkunde Examen Elektromagnetisme 3 (3NC30) donderdag 30 juni 2011 van 14u00-17u00

Juli blauw Vraag 1. Fysica

Examen mechanica: oefeningen

Uitwerking tentamen Stroming 15 juli 2005

schematische doorsnede van de wand van een oven Filmlaagjes zijn dunne (laminaire) laagjes lucht voor, direct tegen de wand

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2014 theorietoets deel 1

TWEEDE RONDE NATUURKUNDE OLYMPIADE 2014 TOETS APRIL uur

Tentamen Warmte-overdracht

FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE. Kenmerk: /vGr. Datum: 24 juli 2000 TENTAMEN

. Vermeld je naam op elke pagina.

Tentamen Verbrandingstechnologie d.d. 9 maart 2009

TWEEDE RONDE NATUURKUNDE OLYMPIADE 2012 TOETS APRIL uur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Technische Natuurkunde Examen Elektromagnetisme 3 (3NC30) donderdag 5 juli 2012 van 14u00-17u00

Transcriptie:

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA Tentamen Stroming & Diffusie (3D030) op donderdag 7 augustus 2008, 14.00-17.00 uur. 1. Beantwoord de volgende vragen met ja of nee en geef daarbij een korte argumentatie. Bij een goed antwoord met goede argumentatie krijgt men per vraag 1 punt. Bij een ernstige fout in de argumentatie wordt geen punt toegekend. Voor een correct antwoord zonder argumentatie wordt slechts een 1 2 punt toegekend. (a) Gegeven het stationaire twee-dimensionale stromingsveld v = (u, v) in het x, y-vlak: u = αx, v = αy (α > 0). Is de stroming rotatievrij? (b) Is het waar dat de stroomfunctie ψ(x, y) die de stroming bij (a) beschrijft, gegeven wordt door: ψ = αxy + constante? (c) Beschouw een twee-dimensionale kanaalstroming v = (u, v) in het x, y-vlak tussen de wanden y = 0 en y = d. Op een bealde positie x blijkt het snelheidsveld in goede benadering te worden beschreven door: u(y) = U sin πy, v = 0. d Is het waar dat de volumeflux Q V gelijk is aan Q V = Ud/π? (d) Gegeven een stationaire niet-viskeuze stroming in het x, y-vlak met het volgende stroomlijnentroon A B Is het waar dat de druk p A in A hoger is dan de druk p B in het punt B? (e) Twee identieke vaten bevatten identieke hoeveelheden water met dichtheid ρ. Via een uitstroomopening in de bodem kan het water wegstromen: bij vat 1 direct in de vrije atmosfeer, bij vat 2 via een buis (met diameter D en lengte L) in de vrije atmosfeer. De stroming kan als niet-viskeus worden opgevat. 1

H D V1 H D V2 L Is het waar dat vat 1 eerder leeggestroomd is? (f) Is het waar dat in een volledig ontwikkelde laminaire stroming (Poiseuille) de convectieve versnellingen nul zijn? (g) Een bol met diameter D 0 = 6cm is geplaatst in een uniforme luchtstroom (aanstroomsnelheid V 0 = 5cm/s), kinematische viscositeit van lucht ν 0 = 15 10 6 m 2 /s), en voert een oscillerende beweging uit in de richting loodrecht op de aanstroming. De periode van die oscillerende beweging is T 0 = 3s, en de amplitude is D 0. Ter modellering van de resulterende stroming plaatst men een kleinere bol met diameter D 1 = 2cm in een uniforme waterstroom (snelheid V 1 = 1cm/s, kinematische viscositeit van water ν 1 = 10 6 m 2 /s), en laat deze op dezelfde wijze oscillaties uitvoeren met amplitude D 1 en periode T 1 = 5s. Zijn beide stromingen dynamisch gelijkvormig? (h) Beschouw een oscillerende stroming (als gevolg van een harmonisch-variërende axiale drukgradiënt p z = A 0 cos(ωt), met ω de frequentie) in lange cilindrische buis met diameter 2a. Deze stroming kan worden gekarakteriseerd door het Womersley-getal α a ω/ν, met ν de kinematische viscositeit. Is het waar dat in de limiet α << 1 de snelheidsprofielen v z (r, t) van deze buisstroming (r is de straal; z is de axiale coördinaat) rabolisch zijn? (i) Beschouw een dunne grenslaag aan een vlakke plaat met lengte L. Buiten de grenslaag stroomt het medium (met kinematische viscositeit ν) met een uniforme snelheid V. Voor het Reynolds-getal geldt: Re V L ν >> 1. Is het waar dat de snelheidscomponent v (loodrecht op de plaat) overal in de grenslaag gelijk is aan nul? (j) Men verandert de rtiële zuurstofsnning boven een stilstaande vloeistoflaag ter dikte d waardoor vanaf t = 0 de bovenzijde van de vloeistoflaag op een hogere zuurstofconcentratie c 1 wordt gehouden. Voor t < 0 heerst overal een concentratie c 0. Het zuurstoftransport in de vloeistoflaag is op te vatten 2

als een diffusieproces beschreven door de 1D diffusievergelijking: c t = D 2 c x 2, met D de diffusiecoëfficiënt. Is het waar dat men s vanaf t = d 2 /D aan de andere zijde van de vloeistoflaag (op x = d) iets merkt van de concentratieverandering? c_1 x=0 x y c_0 x=d 2. Een verticaal opgestelde lopende band beweegt met snelheid V omhoog, en sleurt vanuit een grote voorraadtank een viskeuze vloeistof (dichtheid ρ, kinematische viscositeit ν) mee, zie schets. Aan het oppervlak van de lopende band stelt zich een laminaire filmstroming in met een zuiver verticale snelheid w(x). Op enige afstand boven de voorraadtank heeft de vloeistoffilm een uniforme dikte δ. Buiten de film heerst een uniforme atmosferische druk p a. Luchtwrijving aan het filmoppervlak is verwaarloosbaar klein. Randeffecten - zowel in de y-richting (loodrecht op vlak van tekening) als in de z-richting mogen eveneens verwaarloosd worden. (a) Toon aan (m.b.v. de x-component van de Navier-Stokes-vergelijking) dat binnen de vloeistoffilm p x = 0. (b) Hoe verloopt de druk p binnen de vloeistoffilm als functie van z? (c) Reduceer de z-component van de Navier-Stokes-vergelijking tot een vergelijking waarmee w(x) beald kan worden. (d) Formuleer de randvoorwaarden en beal w(x). Schets het snelheidsprofiel. 3

(e) Beal het verticale volumetransport Q (per eenheid van breedte in de y- richting) in de vloeistoffilm. Hoe groot moet bandsnelheid V zijn, zodanig dat Q = 0? (f) Beal de schuifsnningsverdeling τ xz (x) in de film, en schets deze. (g) Hoe groot is de kracht (per oppervlakte-eenheid) die de vloeistof op de band uitoefent? (h) Verifieer dit resultaat door de impuls/krachtenbalans op te stellen over een element met afmetingen δ L, zie schets. 3. Een vrouwelijk bolvormig micro-organisme met radius R 0 leeft in stilstaand water en lokt mannelijke soortgenoten door een geurstof die met concentratie c 0 in het water aanwezig is periodiek op te nemen en weer af te geven, met periodetijd T. Als gevolg van deze lokroep wordt de concentratie geurstof aan het oppervlak van het vrouwelijk organisme gegeven door: c(r 0, t) = c 0 + c 1 sin 2π t T. Tijdens de afgifte van de geurstof (sin 2π t T > 0) roert het vrouwtje zich niet van haar plek. De diffusieconstante voor de geurstof bedraagt D. (a) Beredeneer dat de concentratie geurstof in de omgeving van het organisme wordt beschreven door de differentiaalvergelijking: c t = D 1 ( r 2 r 2 c ) r r en geef de bijbehorende randvoorwaarden indien het vrouwtje zich op locatie r = 0 bevindt. 4

(b) Substitueer de harmonische oplossing: c(r, t) = ĉ(r)e iωt + c 0 en geef de differentiaalvergelijking voor ĉ(r) met bijbehorende randvoorwaarden. (c) De gemiddelde afstand van de mannelijke soortgenoten bedraagt a >> R 0. Laat zien onder welke condities de differentiaalvergelijking voor ĉ(r) in goede benadering wordt gegeven door: ( r 2 ĉ ) = 0. r r (d) Laat zien dat in dit geval geldt: R 0 c(r, t 0 ) = c 0 + c 1 sin ωt. r (e) De mannelijke soortgenoten reageren onmiddellijk indien de concentratie een fractie k boven het gemiddelde uitstijgt, m.a.w. c(r, t) = (k + 1)c 0. Ze zoeken dan razendsnel een weg in de richting van de hoogste concentratie ( ) om het vrouwtje te bereiken. Hoe groot bedraagt de relatieve axiradius a R0 van de lokroep indien gegeven is dat c 1 /c 0 = 1 2 en k = 0.2? 5