MEKANIK 050118 KTH 5C1921 Teknisk strömningslära för M Undervisningsplan för läsåret 2004/05 Kursen har som mål att ge en beskrivning av grundläggande begrepp och fenomen inom strömningsmekaniken. Kursen syftar till att ge deltagarna en förmåga att dels bedöma vilka fenomen som är väsentliga i ett visst sammanhang och dels till att genomföra grundläggande beräkningar av ingenjörsmässig natur. Kursen ger också de erforderliga förkunskaper som krävs för mer inträngande studier dels inom tillämpningsämnen där strömningsmekaniken är en viktig del och dels för fortsatta studier i strömningsmekanik. Undervisningens omfattning: Undervisningen är förlagd till läsperiod 3 och 4. I kursen ingår dessutom två stycken laborationer (obligatoriska moment), en demonstration (frivillig närvaro) av olika strömningsfenomen i institutionens laboratorium samt en inlämningsuppgift (obligatoriskt moment). Tidpunkten för laborationerna framgår av bifogad tidsplan. Demonstrationen samordnas med en av de första räkneövningarna. Kontrollskrivningar: Tre stycken kontrollskrivningar ingår i kursen. Datum för dessa är 10/2, 22/4och 20/5. Längden på varje kontrollskrivning är 45 minuter. Vilka kursavsnitt som ingår vid respektive kontrollskrivning framgår av bifogad tidsplan. Var och en av kontrollskrivningarna består av 3 uppgifter av samma typ som på del A vid tentamen. För godkänd kontrollskrivning krävs 2 rätt besvarade uppgifter. Varje godkänd kontrollskrivning ger 1 poäng som adderas till resultatet på del A vid tentamen. Resultat från kontrollskrivningarna kan tillgodoräknas vid tentamina fram till ordinarie tentamen i denna kurs nästföljande läsår. Tillåtna hjälpmedel vid kontrollskrivningarna är desamma som vid tentamen. 1
Inlämningsuppgifter: Ett obligatoriskt och poänggivande moment i kursen är inlämningsuppgifter (INL1, 0,5 p.). Denna består av flera alternativa uppgifter och den enskilde kursdeltagaren kan välja vilken uppgift han/hon vill göra. Följande alternativ finns: Sex stycken mindre beräkningsuppgifter. (I1:1 I1:6,datumför utlämning av dessa uppgifter framgår av tidsplanen liksom inlämnngsdatum.) En större beräkningsuppgift. (I2, lämnas ut torsdag 27/1 och lämnas in senast fredag 29/4 kl. 15.00.) En utförlig lab.redogörelse. (I3a gränsskiktslabben, lämnas ut torsdag 27/1 och lämnas in senast fredag 29/4 kl. 15.00 eller I3b vingprofillabben, lämnas ut torsdag 27/1 och lämnas in senast fredag 13/5 kl. 16.00.) Problemtexter till dessa uppgifter, liksom en del annan utförligare information, kommer också att återfinnas på kurshemsidan. Inlämningsuppgifterna kan antingen lämnas in direkt till kursansvarig lärare i samband med undervisningen eller i den vita brevlådan som finns för detta ändamål mitt emot dörren till Mekanik-institutionens studentexpedition. Ingen tillgodoräkning av godkänd inlämningsuppgift görs vid tentamen. Tentamina: I denna kurs ingår en skriftlig tentamen (TENA, 3,5 p.). För denna gäller: Tid: 5 timmar. Tillåtna hjälpmedel: läroboken, räknedosa (utan medförda program), textdelarna till exempelsamlingarna samt en egenhändigt framtagen formelsamling. Denna formelsamling får omfatta max. en A4-sida och ska vara granskad och signerad av examinator innan tentamen. (I allmänhet finns examinator tillgänglig för detta i samband med att tentamen startar. Om alla kommer med sina formelsamlingar då kandetdockbli svårt att hinna titta på alla innan tentan startar!) Formelsamlingen får inte innehålla något som examinator kan tolka som lösta exempel. Med egenhändig avses att var ochenskagöra sin egen formelsamling. Kopior av andras formelsamlingar godtas alltså inte! Tänk på att framtagning av denna formelsamling kan vara en viktig del i inlärningen av kursen! Tentamen består av en A-del och en B-del. För var och en av dessa delar disponeras 2tim25min. Detvådelarnapåtentamenåtskils av en rast på 10 min. A-delen består av 10 uppgifter med alternativsvar. Rätt svar ger 1 poäng per uppgift. För godkänt på denna deltentamen krävs minst 7 poäng på A-delen (inklusive eventuella poäng från kontrollskrivningarna). B-delen består av 5 uppgifter som kan ge maximalt 3 poäng per styck. Ordinarie tentamen: fredag 27 maj 2005 kl. 14 19 i salarna E51-53. Första omtentan ligger i augusti-perioden 2005 och den andra omtentan i januariperioden 2006. 2
Litteratur: Massey & Ward-Smith: Mechanics of Fluids, 7th Ed., Stanley Thornes samt tre stycken exempelsamlingar ( Incompressible and Inviscid Flow, Incompressible and Viscous Flow och Compressible Flow ). Läroboken säljs på THS Bokhandel och exempelsamlingarna säljs på institutionens expedition under kursen gång. (Den äldre upplagan av läroboken, Massey: Mechanics of Fluids 6th Ed., fungerar också alldeles utmärkt. Den kan gåattfåtag i begagnad. Men notera att materialet är omkastat mellan en del kapitel. Den som har denna upplaga kan höra av sig till examinator för att få anvisning om vilka avsnitt som ingår i kursen.) Tentamenskurs: Exempelsamlingarna samt följande avsnitt ur Massey & Ward-Smith 7th ed. 1.1, 1.2, 1.3.2, 1.6, 1.8, 1.9 33 sidor 6.1 6.5 20 sidor 2.1 2.3 15 7.1 7.6, 7.9 24 3.1 3.7.4 38 8.1 8.8 42 Kap.4 23 9.1 9.8 42 5.1 5.4, 5.6, 5.7 27 11.1 11.9 43 Totalt: 306 sidor Laborationer: I kursen ingår som ett obligatoriskt moment två stycken laborationer. Undersökning av inkompressibelt gränsskikt på plan platta. (LAB1, 0 p.) Bestämning av tryckfördelningen på en symmetrisk vingprofil. (LABB, 0,5 p.) Tidpunkten för dessa laborationer framgår av tidsplanen för kursen. Laborationerna genomförs i institutionens laboratorium beläget på Teknikringen 8, b.v. (hall 48). Cirkaenveckainnanförsta lab.tiden anslås en anmälningslista på institutionens anslagstavla i foajén Teknikringen 8. Notera att den tidsperiod som anges i tidsplanen är den enda som är disponibel för att genomföra respektive laboration. Därefter rivs lab.uppställningen för att ge plats åt laborationer i andra kurser! Nästa chans att genomföra laborationen är i allmänhet under nästa läsår! Inför varje laboration distribueras ett laborationspm (en pdf-fil med respektive lab.pm ska även finnas på kurshemsidan för de som missar när dessa distribueras under kursen). Varje kursdeltagare förutsätts vid lab.tillfället ha inhämtat innehållet i detta lab.pm samt i relevanta kursavsnitt. Varje laboration inleds med ett kort skriftligt test som syftar till att kontrollera att alla deltagare verkligen gjort detta. Den som inte kan uppvisa ett tillfredställande resultat på detta test får återkomma och göra laborationen vid ett senare tillfälle. Laborationen föregås även av några förberedelseuppgifter som ska vara genomförda innan lab.tillfället. Laborationsredogörelsen är av ringa omfattning och kan normalt färdigställas under den tid som är avsatt för laborationen. Kursdeltagarna kan även välja att göra en mer omfattande laborationsredogörelse som momentet inlämningsuppgift i kursen. Den som överväger detta ska notera att dåingår även en mer omfattande förberedelse inför laborationen än vad som annars är fallet. 3
Övrig kursinformation: Information om denna kurs finns även på kursen hemsida med adress http://www2.mech.kth.se/courses/5c1921/kursram.htm (Notera att web-servern skiljer på stora och små bokstäver!) Man kan också nå denna sida genom att surfa in från Mekanik-institutionens hemsida ( Courses 5C1921 Fluid Mechanics for Engineers Current course info ). Lärare: Medverkande lärare i denna kurs är: Anders Dahlkild, tel. 790 9174 e-mail: ad@mech.kth.se (föreläsningar) Arne Karlsson, tel. 790 7585, e-mail: akn@mech.kth.se (examinator, kursansvarig, räkneövningar) Niklas Mellgren, tel. 790 6874, e-mail: mellgren@mech.kth.se (räkneövningar) Studentexpedition: Inst. för Mekanik, Osquars Backe 18, plan 5. vissa tentamensdagar. Öppet måndag fredag 11 13 utom Stockholm i januari 2005 Arne Karlsson 4
Tidsplanering till 5C1921 Teknisk strömningslära för M, läsåret 2004/05 För./Övn. nr. dag, datum, tid lokal(er) Innehåll F1 tor 20/1 Introduktion, grundläggande begrepp, tryck och tryckmätning, masskonservering. M7: 1.1, 1.3.2, 1.6, 2.1 2.3, 1.8, 3.1, 3.3 F2 tor 27/1 Partikelacceleration, Eulers ekvation, Bernoullis ekvation. M7: 3.2, 3.4 3.7.4 Ö1 tor 27/1 Masskonservering, Bernoullis ekvation. M7: 3.3 3.7.4 Ei: kap. 1 och 2 Inlämningsuppgift I1:1, I1:2, I2, I3a och I3b distribueras. F3 tor 3/2 Kraftekvationen i integralform. M7: kap. 4 samt anteckningar. Ei: 3.1.1 Ö2 tor 3/2 13-16 Kraftekvationen i integralform. M7:kap.4 Ei:kap.3 Demonstration av diverse strömningsfenomen i institutionens laboratorium. I1:1 tor 3/2 16.00 Inlämning av uppgift I1:1. F4 tis 8/2 8-10 Introduktion till viskös strömning. M7: 1.9, 5.7, 7.3.1, 7.4, 7.9 samt anteckningar. I1:2 tis 8/2 16.00 Inlämning av uppgift I1:2. 5
För./Övn. nr. dag, datum, tid lokal(er) Innehåll F5 tor 10/2 Fullt utbildad laminär strömning i rör och kanaler. M7: 6.1 6.5 KS1 tor 10/2 13-14 Kontrollskrivning 1: Denna omfattar vad som behandlats under F1 F3 och Ö1 Ö2 ovan. Ö3 tor 10/2 14-16 Fullt utbildad laminär strömning i rör och kanaler. M7: 6.1 6.5 Ev: 2.1, 2.2 F6 tor 17/2 Fullt utbildad turbulent strömning i rör och kanaler. Strömningsförluster. M7: 7.1 7.3, 7.5, 7.6 Ö4 tor 17/2 Fullt utbildad turbulent strömning i rör och kanaler. Strömningsförluster. M7: 7.1 7.3, 7.5, 7.6 Ev: 2.3 2.5 Inlämningsuppgift I1:3 och I1:4 distribueras. F7 tis 22/2 8-10 Introduktion till gränsskikt. Laminärt gränsskikt på en plan platta. M7: 8.1 8.5 F8 tor 24/2 Turbulent gränsskikt på plan platta. Inverkan av tryckgradienten avlösning. Motstånd på kroppar. M7: 8.6 8.8, 1.2, 5.1 5.4, 5.6 Ö5 tor 24/2 Gränsskikt. M7: 8.1-8.7 Ev: kap. 3 I1:3 fre 25/2 15.00 Inlämning av uppgift I1:3. Ö6 tis 1/3 8-10 Motstånd på kroppar. Avslutning om viskös strömning. M7: 8.8 Ev: kap. 4 ons 3/3 fre 1/4 Tentamensperiod 3. Påsklov. Omtentaperiod. Lab. 1 mån 4/4 fre 8/4 Hall 48, Teknikringen 8, b.v. Undersökning av inkompressibelt gränsskikt på plan platta. 6
För./Övn. nr. dag, datum, tid lokal(er) Innehåll F9 fre 8/4 Plan, (friktionsfri) och inkompressibel strömning. Kontinuitetsekvationen. Strömfunktionen. Cirkulation och vorticitet. M7: 9.1 9.3 F10 fre 15/4 Hastighetspotentialen. Elementarströmningar. M7: 9.4 9.7 Ö7 fre 15/4 D31,34 Plan, (friktionsfri) och inkompressibel strömning. T.o.m. elementarfallen. M7: 9.1 9.7 Ei: 4.1 4.3 I1:4 fre 15/4 17.00 Inlämning av uppgift I1:4. F11 fre 22/4 Superponering. Spegling. M7: 9.8 KS2 fre 22/4 13-14 Kontrollskrivning 2: Denna omfattar vad som behandlats under F4 F10 och Ö3 Ö7 ovan. Ö8 fre 22/4 14-15 Superponering. M7: 9.8 Ei: 4.4 Ö9 tis 26/4 8-10 Superponering. Spegling. M7: 9.8 Ei: 4.4, 4.5 I2 I3a fre 29/4 15.00 Inlämning av uppgift I2 och I3a. Lab. 2 mån 25/4 fre 29/4 Hall 48, Teknikringen 8, b.v. Bestämning av tryckfördelning och lyftkraft på en symmetrisk vingprofil. 7
För./Övn. nr. dag, datum, tid lokal(er) Innehåll F12 fre 29/4 Introduktion till strömning av kompressibla gaser. En-dimensionell strömning. M7: 1.4, 1.5, 11.1 11.3, 11.7(del), 11.8(del) Inlämningsuppgift I1:5 och I1:6 distribueras. Ö10 fre 29/4 En-dimensionell isentropisk strömning. M7: 11.3, 11.7 (del) Ek: kap. 1, 2.1, 2.2 F13 fre 6/5 Rak och sned stöt. M7: 11.4, 11.5, 11.7(resten) Ö11 fre 6/5 En-dimensionell isentropisk strömning. Rak stöt. M7: 11.5.0, 11.5.1, 11.7(resten), 11.8(del) Ek: 2.2, 2.3 I1:5 fre 6/5 15.00 Inlämning av uppgift I1:5. F14 fre 13/5 Prandtl-Meyer strömning. Plan, kompressibel och friktionsfri strömning. M7: 11.6, 11.8(resten), 11.9 Ö12 fre 13/5 13-16 1,35 Sned stöt. Prandtl-Meyer strömning. Blandade problem. M7: 11.5.2, 11.6 Ek: 3.0 3.2 I1:6 I3b fre 13/5 16.00 Inlämning av uppgift I1:6 och I3b. KS3 fre 20/5 13-14 Kontrollskrivning 3: Denna omfattar vad som behandlats under F11 F14 och Ö8 Ö12 ovan. Ö13 fre 20/5 14-16 Blandade problem. M7: 11.5.3, 11.9 Ek: 3.3, 3.4 Tenta fre 27/5 14-19 E51-53 Ordinarie tentamenstillfälle. (M7 = Massey & Ward-Smith: Mechanics of Fluids, 7th ed. Ei = exempelsamling Incompressible and Inviscid Flow Ev = exempelsamling Incompressible and Viscous Flow Ek = exempelsamling Compressible and Inviscid Flow ) 8