Institutionen för Energivetenskaper MMVN01 Aerodynamik och kompressibel strömning 7.5 hp Kursinformation 2013 Strömning kring en cylinder, diameter 20 mm, Re = 5 10 3, rökslingor i luft. januari 2013
Syfte Kursen syftar till fördjupade kunskaper och färdigheter inom aerodynamik och kompressibel strömning, samt en generellt ökad förståelse för aerodynamisk utformning av omströmmade kroppar, speciellt vingar och andra bärande ytor. Mål För godkänd kurs skall studenten kunna definiera och/eller klargöra kortfattat vissa grundläggande och mer avancerade begrepp och fenomen inom aerodynamik och kompressibel strömning, exempelvis tryckcentrum, cirkulation, hastighetspotential, Kutta-Joukowskis lyftkraftsteorem, virvelskikt, kordalinje, von Kármáns loglag, gränsskiktsavlösning, Machvinkel och kompressionsstöt förstå generellt och redovisa i viss detalj ett antal grundläggande och mer avancerade strömningssamband, exempelvis Lanchester-Prandtls lyftlinjeteori och Prandtl- Meyers teori för sneda stötar och expansionsvågor förstå uppkomsten av strömningsförluster och strömningsrelaterade krafter vid teknisk aerodynamisk utformning bedöma rimlighet och noggrannhet avseende ingångsdata och beräknade resultat genomföra elementär analys av laminära och turbulenta gränsskikt, strömningsmotstånd och lyftkrafter på omströmmade kroppar, samt en- och tvådimensionell kompressibel strömning genomföra detaljerad strömningsteknisk analys av subsonisk och supersonisk strömning kring bärande ytor (vingar) och kompressibel strömning i rör och munstycken kommunicera muntligt och skriftligt med kursens lärare och övriga kursdeltagare avseende grundläggande strömningsmässiga fenomen och problemställningar Kurslitteratur Anderson Jr., J. D.: Fundamentals of Aerodynamics, 5th Edition in SI Units, McGraw-Hill, 2011. Kompletterande material finns tillgängligt på kursens hemsida (se nedan). Innehåll Introduktion till aerodynamik inkl. repetition av tidigare kända begrepp; plan inkompressibel potentialströmning; inkompressibel 2D- och 3D-vingteori; introduktion till kompressibel strömning; raka stötar; sneda stötar och expansionsfanor; kompressibel strömning i munstycken och diffusorer; elementär kompressibel vingteori (sub- och supersonisk); laminära gränsskikt; introduktion till turbulens; turbulenta gränsskikt. Obligatoriska kursmoment (a1) två laborationer, (a2) obligatoriska hemuppgifter, (a3) teoriprov, (a4) grupparbete. Moment (a2), (a3) och (a4) är poänggivande för överbetyg (se nedan). Frivilliga kursmoment (b1) föreläsningar och räknestugor; schemalagda, läsvecka 1 5, (b2) extra hemuppgifter. Moment (b2) är poänggivande för överbetyg (se nedan). Laborationer (L1) mätning av krafter och tryck på omströmmade kroppar (4 tim) (L2) introduktion till varmtrådsanemometri samt vakmätningar (2 tim) 1
Hemuppgifter Lösningar kan lämnas direkt till kurslärare eller i speciellt fack på våning 5, norra delen. Lösningar skall vara väl strukturerade med tydligt angivna approximationer och/eller antaganden. I förekommande fall inkluderas schematiska men tydliga figurer/skisser. Källor för ämnesdata skall anges. Namn anges tydligt. Institutionens personal rättar och godkänner uppgifterna. Felaktiga eller ofullständiga lösningar returneras för korrigering och/eller komplettering. Teoriprov Ett teoriprov genomförs i början av läsvecka 6. Skrivtiden är 1 timme och 45 minuter (105 minuter); inga hjälpmedel får användas. Frågorna är baserade på de repetitionsfrågor som är tillgängliga via kursens hemsida. Maximal poängsumma vid teoriprovet är 20; för godkänt krävs minst 8 poäng. Teoriprov 2013: tisdag 26 februari, kl. 13:15 15:00, sal M:L1. Grupparbete Ett specialområde inom aerodynamik skall i grupper om 4 5 personer studeras utifrån anvisat och därefter ev. kompletterat material. Redovisning sker både skriftligt och muntligt. Varje grupp är även kritikergrupp för en annan grupp, speciellt avseende den skriftliga rapporten. Kriterier för bedömning finns på kursens hemsida. Instruktioner för grupparbetet utdelas separat. Muntlig redovisning sker fredag 8 mars 2013. Examination För godkänd kurs (betyg 3) ska samtliga ovanstående obligatoriska moment vara avklarade. För överbetyg används följande formel (godkända moment): S = T/4+N a /4+N b /2+G T är resultat på teoriprov (T = 8 20); N a och N b är antalet godkända obligatoriska (N a = 0 4) och frivilliga (N b = 0 4) uppgiftskombinationer före utsatt deadline (se nedan); G är poäng från grupparbetet (G = 0.5 2), baserat på omdöme från anvisad kritikergrupp. Maximalt gäller S = 10. Betyg fyra (4) erhålls om 5.0 S < 7.5; för betyg fem (5) gäller 7.5 S 10. Kursledare och examinator Kursen leds av Professor Johan Revstedt och docent Christoffer Norberg; examinator är Christoffer Norberg. Föreläsningar, räknestugor och laborationer Föreläsningar ges av Johan Revstedt och Christoffer Norberg, som även är resurspersoner vid grupparbetet och under räknestugor, samt handledare vid laborationer. Även adjunkt Teresa Hankala-Janiec och docent Wei Lang är handledare vid laborationer. Lärare Teresa Hankala-Janiec, rum 5124, 046-2228611, Teresa.Hankala-Janiec@energy.lth.se Christoffer Norberg, rum 5125, 046-2228606, Christoffer.Norberg@energy.lth.se Johan Revstedt, rum 2129, 046-2224302, Johan.Revstedt@energy.lth.se Lei Wang, rum 3334, 046-2229283, Lei.Wang@energy.lth.se Information Löpande kursinformation, anmälningslistor, resultat på prov, m.m. anslås på anslagstavla i M-husets foajé, norra delen (Energivetenskaper); kurssekreterare: Gunvi Andersson (rum 5118), tel. 046-2228610; hemsida: www.energy.lth.se > Utbildning > Kurser > Maskinteknik > MMVN01 Aerodynamik och kompressibel strömning 2
Kapitelöversikt Ch. 1 Inledning, aerodynamik; Ch. 1.13/14 kursivt Ch. 2 Grundsamband; Ch. 2.17 utgår Ch. 3 Plan inkompressibel potentialströmning; Ch. 3.19/20 kursivt Ch. 4 2-D inkompressibel vingteori; Ch. 4.10/11/14/15 kursivt Ch. 5 3-D inkompressibel vingteori; Ch. 5.2/7/8 kursivt, Ch. 5.6 utgår Ch. 6 3D inkompressibel potentialströmning; Ch. 6.1 6.5 utgår, Ch. 6.6 & 6.7.3 kursivt Ch. 7 Inledning, kompressibel strömning; Ch. 7.2 kursivt Ch. 8 Raka stötar Ch. 9 Sneda stötar och expansionsfanor; Ch. 9.9/11 kursivt, Ch. 9.10 utgår Ch. 10 Kompressibel strömning i munstycken och diffusorer; Ch. 10.6 utgår Ch. 11 Subsonisk str. vingprofiler; Ch. 11.8/10/11/14 utgår, Ch. 11.9/12/13 kursivt Ch. 12 Supersonisk strömning över vingprofiler; Ch. 12.4 utgår Ch. 13 utgår Ch. 14 utgår Ch. 15 Inledning, viskös strömning; Ch. 15.5 kursivt Ch. 16 utgår Ch. 17 Inledning, gränsskikt Ch. 18 Laminära gränsskikt; Ch. 18.5 kursivt, Ch. 18.6 utgår Ch. 19 Turbulenta gränsskikt; Ch. 19.3 kursivt Ch. 20 utgår Med kursivt avses avsnitt som genomläses för ökad förståelse alt. orientering, kan ingå vid problemlösning; ingår ej vid teoriprov. 3
Detaljschema Läsvecka Datum Dag Tid Aktivitet Innehåll Sal Lärare 1 21/1 måndag 13 15 Förel 1 Ch. 1/2 M:R JR 22/1 tisdag 13 15 Förel 2 Ch. 3 M:L1 CN 25/1 fredag 13 15 Räknestuga Ch. 1 3 M:M1 JR 2 28/1 måndag 13 15 Förel 3 Ch. 4 M:R JR 29/1 tisdag 13 15 Förel 4 Ch. 5/6 M:L1 CN 1/2 fredag 13 15 Räknestuga Ch. 4/5 M:M1 JR 3 4/2 måndag 13 15 Förel 5 Ch. 7/8/10 M:R JR 5/2 tisdag 13 15 Förel 6 Ch. 9 M:L1 CN 8/2 fredag 13 15 Räknestuga Ch. 7 10 M:M1 JR 4 11/2 måndag 13 15 Förel 7 Ch. 9/10 M:R JR 12/2 tisdag 13 15 Förel 8 Ch. 11/12 M:L1 CN 15/2 fredag 13 15 Räknestuga Ch. 10/11/12 M:M1 JR 5 18/2 måndag 13 15 Förel 9 Ch. 15/17/18 M:R CN 19/2 tisdag 13 15 Förel 10 Ch. 19+ M:L1 JR 22/2 fredag 13 15 Räknestuga Ch. 19 M:M1 JR 6 26/2 tisdag 13 15 Teoriprov Ch. 1 12, 15, 17 19 M:L1 CN 1/3 fredag 13 15 Räknestuga Reserv M:M1 JR 7 8/3 fredag 10 12 Redovisning Grupparbete M:B CN/JR CN Christoffer Norberg JR Johan Revstedt Laborationstider (läsvecka 2 6): måndagar 8 12 (lv. 3 6), onsdagar 15 19, torsdagar 8 12, 13 17 (lv. 2), fredagar 8 12. Teckningslistor sätts upp i läsvecka 1 (lab 1) och läsvecka 3 (lab 2). Rekommenderade uppgifter (hemstudier, räknestugor,...) v. Uppgifter 1 1.3, 1.9, 1.12, 2.5/9, 3.6/7, 3.19 2 4.10/11/12, 4.14, 5.4/5, 5.6/7 3 7.8, 8.2, 8.7, 8.10, 8.12, 9.9, 9.12, 9.13(b), 10.1/4/6 4 10.13, 11.2, 11.3, 11.4, 12.1(b), 12.2(b) 5 19.1/2/3 Obligatoriska hemuppgifter (deadline för bonus inom parentes) 5.9/10/11 (4/2), 9.19 & 10.16 (11/2), 12.6/7 (18/2), 19.4/5 (1/3) Frivilliga hemuppgifter (deadline för bonus inom parentes) 9.14 (11/2), 10.9 (18/2), 11.7 (25/2), 19.7 (1/3) CN/JR, 21 januari 2013 4