Fluïdummechanica. Dr ir Koenraad Thooft Algemene info. Oefeningenbundel

Vergelijkbare documenten
NATIONALE NATUURKUNDE OLYMPIADE. Eindronde practicumtoets A. 10 juni beschikbare tijd: 2x2 uur

Hoofdstuk 2: HYDROSTATICA

Intermoleculaire krachten. Waterdruppels kleven aan de kraan of aan een bloemblad. Kwik vormt gemakkelijk grote druppels die niet aan het glas kleven.

Exact periode Youdenplot Krachten Druk

Hoofdstuk 4: Dampen 4.1 AGGREGATIETOESTANDEN SMELTEN EN STOLLEN SMELTPUNT. Figuur 4.1: Smelten zuivere stof

De massadichtheid, dichtheid of soortelijke massa van een stof is de massa die aanwezig is in een bepaald

Een vloeistof bevat te veel deeltjes om er het massamiddelpunt van te bepalen. Oplossing: we definiëren een stromingsveld: (,p,v) aan.

Inhoud. 1 Inleiding energie 19

TECHNISCHE GEGEVENS doorstromingsgegevens bepaling van de doorstromingsfactor en de doorlaatdiameter

Klimaatbeheersing (2)

Samenvatting Natuurkunde Hoofdstuk 3 Materialen

Tentamen Statistische Thermodynamica MS&T 27/6/08

1. Onderzoeksvraag Hoe kan je een vulkaan reconstrueren met water en olie?

Exact Periode 7 Radioactiviteit Druk

1ste ronde van de 19de Vlaamse Fysica Olympiade 1. = kx. = mgh. E k F A. l A. ρ water = 1, kg/m 3 ( θ = 4 C ) c water = 4, J/(kg.

Deel 1 : Mechanica. 2 de jaar 2 de graad (2uur) Inhoudstafel. - a -

Thermodynamica. Daniël Slenders Faculteit Ingenieurswetenschappen Katholieke Universiteit Leuven

Bereken de luchtdruk in bar op 3000 m hoogte in de Franse Alpen. De soortelijke massa van lucht is 1,2 kg/m³. De druk op zeeniveau bedraagt 1 bar.

Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 1 en 2

Noorderpoort Beroepsonderwijs Stadskanaal. Reader. Reader Periode 3 Leerjaar 3. J. Kuiper. Transfer Database

SEPTEMBERCURSUS CHEMIE HOOFDSTUK 3: STOICHIOMETRIE

TENTAMEN CHEMISCHE THERMODYNAMICA voor F2/MNW2. Vrijdag 23 december 2005

I. Oefenvragen met het omrekenen van drukken. 1. Reken om van Pa naar hpa/kpa (rond af op één decimaal).

Deel 5: Druk. 5.1 Het begrip druk Druk in het dagelijks leven. We kennen druk uit het dagelijks leven:

LEERWERKBOEK IMPULS 2. L. De Valck J.M. Gantois M. Jespers F. Peeters. Plantyn

SCHEIKUNDE VOOR BEGINNERS

Klimaatbeheersing (2)

Naam: Klas: REPETITIE STOFFEN EN MOLECULEN VWO (versie A)

0.II.1 Thermodynamica: oefeningen - oplossingen

Exact periode Gepaarde t-test. Krachten. Druk

Hoofdstuk 5: Gaswetten

Hoofdstuk 5: Enthalpie

Afsluitende les. Leerlingenhandleiding. Alternatieve brandstoffen

Theorie: Temperatuur meten (Herhaling klas 2)

Leerlingenhandleiding

Q l = 23ste Vlaamse Fysica Olympiade. R s. ρ water = 1, kg/m 3 ( ϑ = 4 C ) Eerste ronde - 23ste Vlaamse Fysica Olympiade 1

Tentamen Statistische Thermodynamica MST 19/6/2014

Fysische Chemie Oefeningenles 1 Energie en Thermochemie. Eén mol He bevindt zich bij 298 K en standaarddruk (1 bar). Achtereenvolgens wordt:

Noorderpoort Beroepsonderwijs Stadskanaal. Reader. reader periode 2 leerjaar 1. J. Kuiper. Transfer Database

Opgave 1 Een ideaal gas is een gas waarvan de moleculen elkaar niet aantrekken en bovendien als puntmassa s opgevat kunnen worden.

Samenvatting Scheikunde Warmte (fysica)

Water kleuren met rode wijn

Werkcollege 3: evenwicht bij zuivere stoffen

Examen Statistische Thermodynamica

Opgave 2. Voor vloeibaar water bij K en 1 atm zijn de volgende gegevens beschikbaar:

Toelatingsexamen Fysica leerstof uit de 2de graad SO

2.1. Enkelwerkend gereedschap Dubbelwerkend gereedschap Dubbelwerkend gereedschap

Wet van Bernoulli. 1 Druk in stilstaande vloeistoffen en gassen 2 Druk in stromende vloeistoffen en gassen 3 Wet van Bernoulli

"De druk in een bepaald punt van de vloeistof hangt niet af van de richting van het vlak waarop deze druk werkt"

Viscositeit. par. 1 Inleiding

5, waar gaat dit hoofdstuk over? 1.2 stoffen bij elkaar: wat kan er gebeuren? Samenvatting door een scholier 1438 woorden 31 maart 2010

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?

vrijdag 28 oktober :40:59 Nederland-tijd Moleculaire stoffen 4havo hoofdstuk 2; Chemie Overal

( ) -grafiek. blijkt dat de richtingscoëfficiënt: θ 1

Opgave 1 Omdat het oppervlak onder Jokes schoenen kleiner is. De kracht per vierkante centimeter is onder Jokes schoenen dus groter.

methode 2: Voor de vervangingsweerstand van de twee parallel geschakelde lampen geldt:

Rioleringstechniek. Lesboek module 1. Nieuwegein, w w w. w a t e r o p l e i d i n g e n. n l

Basisscheikunde voor het hbo ISBN e druk Uitgeverij Syntax media Hoofdstuk 1 Stoffen bladzijde 1

Fysica - Warmteleer. Denis Defreyne 5WW8. September Januari 2004

Jaarplan. Quark Quark 4.2 Handleiding. TSO-BTW/VT TSO-TeWe. ASO-Wet

14/12/2015. Wegwijs in de koeltechniek voor de niet koeltechnieker. Auteur: Rudy Beulens

aluminium 2,7 0, ,024 ijzer 7,9 0, ,012

3.1. Basiswetten van de hydraulica Basiswetten van de hydraulica Hefbomen Hefbomen Hefbomen het Moment

Deze bijlage is geldig van: tot Vervangt bijlage d.d.:

Deze bijlage is geldig van: tot Vervangt bijlage d.d.:

Vraag 1 Vraag 2 Vraag 3 Vraag 4 Vraag 5

Examen C.I.T. - Eerste zit Theorie

THERMODYNAMICA 2 (WB1224)

VISCOSITEIT VAN VLOEISTOFFEN

/14 /28 /28 /30 /100. Naam:.. Studentnr.:.. Resultaten: Totaal: Opgave 1 Opgave 2 Opgave 3 Opgave 4

Voorbeeld EXAMEN Thermodynamica OPEP Niveau 4. Vraag 1: Van een ideaal gas is gegeven dat de dichtheid bij 0 C en 1 bara, 1,5 kg/m 3 bedraagt.

degelijk boek lijn wordt aangegeven, Boekbeoordeeling. Volgens leerling eerst eenige chemie geleerd moet hebben, voor hij met dit

De twee snelheidsconstanten hangen op niet identieke wijze af van de temperatuur.

Hoofdstuk 7 Stoffen en materialen. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Naam (plus beschrijving) Symbool Eenheid Formules. Druk = kracht per eenheid van oppervlakte p (N/m² = ) Pa

Vraag Antwoord Scores

Welke van de drie onderstaande. figuren stellen een isobare toestandsverandering van een ideaal gas voor?

Droogijs. IJskappen Antarctica smelten ongelooflijk snel Bron: www. metrotime.be

Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 1

Tentamen Fysische Verschijnselen (4B260) 16 juni 2005, uur

Technische ThermoDynamica Samenvatter: Maarten Haagsma /6 Temperatuur: T = ( /U / /S ) V,N

TOETS CTD voor 1 ste jaars MST (4051CHTHEY) 7 maart uur Docenten: T. Savenije, B. Dam

Wat is pneumatiek? A B C. Tip Zie de woordenlijst voor een verklaring van de gebruikte uitdrukkingen.

TOETS CTD voor 1 ste jaars MST (4051CHTHEY) 7 maart uur Docenten: T. Savenije, B. Dam

Omrekenen : Sinus, cosinus en tangens als Goniometrische functies. Overzicht van cyclometrische functies. o Arctangens

Unificatie. Zwakke Kracht. electro-zwakke kracht. Electriciteit. Maxwell theorie. Magnetisme. Optica. Sterke Kracht. Speciale Relativiteitstheorie

Toets02 Algemene en Anorganische Chemie. 30 oktober :00-15:30 uur Holiday Inn Hotel, Leiden

Samenvatting NaSk Hoofdstuk 6: Stoffen en Moleculen

Dampdruk, verdampingswarmte en verdampingsentropie van chloroform

Convectiecoëfficiënten en ladingsverliezen bij éénfasige

Hoofdstuk 7 Stoffen en materialen. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Fysische Chemie Oefeningenles 2 Entropie. Warmtecapaciteit van het zeewater (gelijk aan zuiver water): C p,m = J K 1 mol 1.

Water? Hoezo water? Water! Hoezo water? Donderdag 24 mei 2018 WILDLANDS Adventure Zoo Emmen

Scheidingsmethoden methode principe voorbeeld. destilleren verschil in kookpunt wijn whiskey. filtreren verschil in deeltjesgrootte koffie

Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 2

toelatingsexamen-geneeskunde.be

Thema 2 Materiaal uit de natuur

Examen Klassieke Mechanica

S3 Oefeningen Krachtenleer Hoofdstuk VII VII-1. a) steunpuntreacties. massa balk m b = b * h * l * ρ GB = 0.5 * 0.5 * 10 * 2500 = 6250 kg

Transcriptie:

Fluïdummechanica Dr ir Koenraad Thooft 2015-2016 1 Algemene info Koenraad.thooft@bwk.kuleuven.be Lokaal B009 Cursus: bij Acco Oefeningenbundel wordt via Toledo beschikbaar gesteld Slides (Toledo) 2 Fluïdummechanica - Inleiding 1

Algemene info 3SP 100% examen (theorie en oefeningen) Examen ( schriftelijk ) Theorie: gesloten boek, 1h30 ( ook kleine theoretische oefeningen ) Oefeningen: open boek, 1h30 ( cursus, oefeningenbundel, opgeloste oefeningen in eigen handschrift ) Geen grafisch rekentoestel 3 Doelstellingen van de cursus Theorie: Kennismaking met theoretische basisbeginselen van fluïda in rust en beweging Terminologie Oefeningen: Toepassingen van deze principes op praktijkgevallen (leidingen onder druk, verpompen vloeistoffen ) 4 Fluïdummechanica - Inleiding 2

Overzicht van de cursus Inleiding begripsbepaling Fluïda in rust Beweging van ideale Fluïda Beweging van reële Fluïda Transport van Fluïda Meettoestellen 5 Fluïdummechanica in de opleiding? Hydraulica - pneumatica Hydrostatica - hydrodynamica Bouwkunde Electro-mechanica Chemie 6 Fluïdummechanica - Inleiding 3

Inleiding Terminologie Eigenschappen van fluïda 7 Fluïdum? Vorm opgelegd door recipiënt Vloeistoffen en Gassen continu en homogeen 8 Fluïdummechanica - Inleiding 4

Inhoud 1. Druk en schuifspanning 2. Fasenevenwicht vast-vloeistof-gas 3. Soortelijke massa soortelijk gewicht 4. Samendrukbaarheid 5. Viscositeit 6. Oppervlaktespanning en capillariteit 9 Druk en schuifspannning I N F N F M A P T P T -F II II II N p lima0( ) A T lim A0 ( ) A 10 Fluïdummechanica - Inleiding 5

Druk en schuifspannning Een fluïdum is een stof die niet in statisch evenwicht blijft onder invloed van schuifspanningen. Een fluïdum zal vervormen zolang er een schuifkracht op uitgeoefend wordt, hoe klein ook. Eenheden? Pa (bar, atm, Torr) 11 Wet van Pascal Druk is alzijdig (Fluïdum in rust!) 12 Fluïdummechanica - Inleiding 6

p Fasenevenwicht p B VAST A Smeltlijn VLOEISTOF B Verdampingslijn B 1 Sublimatielijn T p B 2 C GAS T B T p.v n..t m M m..t m.r.t 13 Soortelijke massa en gewicht m V m.g V. g WATER 14 Fluïdummechanica - Inleiding 7

Stof 20 C 60 C Water 999 (1000) 977 Zeewater 1030 Cyclohexaan 778 741 Benzeen 878 837 n-hexaan 661 613 Methanol 796 755 Glycerine 1255 1233 NH 3 (vloeibaar) 610 546 Kwik 13486 13406 NH 3 (gas, 1 bar) 0.708 0.623 H 2 (gas, 1 bar) 0.084 0.074 CH 4 (gas, 1 bar) 0.667 0.587 CO 2 (gas, 1 bar) 1.829 1.610 N 2 (gas, 1 bar) 1.164 1.025 Staal 7850 Beton 2400 15 45 Gassen m V Mm p..t 40 35 30 H2 - p=2 bar CO2 - p=2 bar H2 - p=10 bar CO2 - p=10 bar H2 - p=25 bar CO2 - p=25 bar Densiteit (kg/m³) 25 20 15 10 5 0 250 300 350 400 450 500 Temperatuur (K) 16 Fluïdummechanica - Inleiding 8

Samendrukbaarheid Bij de verandering van de druk treedt een bepaalde verandering op van het volume van een gegeven fluïdum met massa m. Naar analogie van de Wet van Hooke voor vaste stoffen kan voor fluïda een volumetrische elasticiteitsmodulus E v gedefinieerd worden: E v dp dv ( ) V Drukverandering Relatieve volumeverandering E v dp d ( ) 17 Samendrukbaarheidscoëfficiënt K 1 E V Grote waarden voor de volumetrische elasticiteitsmodulus (kleine K) wijzen op een fluïdum dat weinig samendrukbaar is. Dit is het geval voor vloeistoffen. Voor water bvb. bij 20 C en 1 bar bedraagt de volumetrische elasticiteitsmodulus 2000 N/mm² (= 20000 bar). Voor de meeste toepassingen worden vloeistoffen behandeld als niet samendrukbare fluïda (=cte). Bvb verandering van de densiteit bij het verpompen van water, waarbij de persdruk 20 bar bedraagt: V V p E v 20 20000 0.001 18 Fluïdummechanica - Inleiding 9

Gassen zijn goed samendrukbaar. Bijgevolg neemt een gas het volume aan van het vat waarin het zich bevindt. Voor isotherme veranderingen kan afgeleid worden (p.v=cte) : E v = p Hieruit kan afgeleid worden dat de samendrukbaarheid van een gas afneemt bij toenemende druk. 19 Toepassing een bovengrondse leiding die gebruikt wordt om water te transporteren bij een temperatuur van 10 C en een druk van 2 bar. Om een of andere reden is de leiding buiten dienst genomen, en wordt deze ingeblokt tussen twee afsluiters. Stel dat het ingesloten volume water opwarmt. bvb onder invloed van de zonnestraling tot 40 C. De opwarming van het water geeft aanleiding tot een daling van de densiteit: ( 10C ) 40C 10C 0.008 20 Fluïdummechanica - Inleiding 10

Vermits echter het ingesloten volume niet kan uitzetten, wordt dit gecompenseerd door een toename van de druk: p.e V 20000 * 0,008 bar =160 bar De geringe daling van de densiteit met 0,8% geeft aanleiding tot een drukstijging van 160 bar! Vandaar dat de leidingen op regelmatige afstanden voorzien worden van veiligheidsventielen. In geval van gas (bvb lucht) is dit geen probleem: 2 bar en temperatuurstijging van 10 tot 40 C p T p 1. T 313 2. 283 2 2 1 2,212bar 21 Viscositeit Wat? y dy du T.A T Vaste plaat du. dy u y dy du 22 Fluïdummechanica - Inleiding 11

du. dy De viscositeit is een maat voor de weerstand van het fluïdum tegen schuifspanningen. is de dynamische viscositeit SI-eenheden: Pa.s of kg/m.s De viscositeit varieert sterk van fluïdum tot fluïdum en is sterk afhankelijk van de temperatuur en in veel mindere mate van de druk voor vloeistoffen daalt de viscositeit met de temperatuur, terwijl deze voor gassen stijgt met de temperatuur 23 24 Fluïdummechanica - Inleiding 12

Newtoniaanse vloeistoffen I II III IV V VI du/dy 25 Experiment!! 1 deel maïszetmeel 1,5 à 2 delen water Langzaam vermengen http://www.youtube.com/watch?v=qg qhyuvwps0&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=f2x Q97XHjVw 26 Fluïdummechanica - Inleiding 13

Oppervlaktespanning Een molecule aan een vloeistofoppervlak is onderworpen aan een kracht die naar binnen gericht is, ten gevolge van de ongebalanceerde cohesiekrachten. Er moet bijgevolg arbeid verricht worden om een molecule vanuit het binnenste van de vloeistof naar het oppervlak te brengen, d.i. om het oppervlak te vergroten. De oppervlaktespanning, die een maat is voor de attractiekracht op de oppervlaktemoleculen, wordt gedefinieerd als: = de arbeid per oppervlakte-eenheid nodig om het oppervlak te vergroten 27 Stof 20 C (N/m) 60 C (N/m) Water 0.0738 0.0659 Zeewater 0.0728 Cyclohexaan 0.0252 0.0204 Benzeen 0.0288 0.0236 n-hexaan 0.0184 0.0141 Methanol 0.0225 0.0193 Glycerine 0.0633 0.0607 NH 3 (vloeibaar) 0.0214 0.0126 28 Fluïdummechanica - Inleiding 14

Cohesie Een vloeistofmolecule oefent op naburige moleculen een moleculaire aantrekkingkracht uit (cohesiekracht). Deze worden Van der Waalskrachten genoemd. Adesie De moleculen van een wand in contact met een vloeistof oefenen tevens een moleculaire aantrekkingskracht uit. Dit wordt adhesie genoemd. 29 Adhesiekracht > cohesiekracht vloeistof bevochtigt oppervlak hydrofiel oppervlak genoemd in geval van water concaaf oppervlak contacthoek < 90 30 Fluïdummechanica - Inleiding 15

Adhesiekracht < cohesiekracht vloeistof bevochtigt oppervlak niet hydrofoob oppervlak genoemd in geval van water convex oppervlak > 90 31 Capillariteit Een gecombineerd effect van de oppervlaktespanning en de adhesie, is de capillaire stijging of daling van vloeistoffen in smalle buisjes (capillairen). 32 Fluïdummechanica - Inleiding 16

h c h c (a) (b) 2. r.h C..g 2.r.. cos h C 2.cos.g.r 33 Fluïdummechanica - Inleiding 17