DELPROV 2/TENTAMEN STRÖMNINGSLÄRA FÖR W, VVR OKTOBER 2003, 08:00-11:00 (Delprov), 08:00-13:00 (Tentamen)

Relevanta dokument
TENTAMEN STRÖMNINGSLÄRA FÖR W, VVR120 8 JANUARI 2005, 08:00-13:00

Magnus Persson och Linus Zhang Teknisk Vattenresurslära LTH DUGGA 2/TENTAMEN Vatten, VVR145 7 MAJ 2009, 08:00-10:30 (Dugga), 08:00-13:00 (Tentamen)

Magnus Persson, Linus Zhang Teknisk Vattenresurslära LTH TENTAMEN Vatten VVR145 4 maj 2012, 8:00-10:30 (del 2) 8-13:00 (del 1+2)

HYDRAULIK (ej hydrostatik) Sammanfattning

Inlämningsuppgift 2. Figur 2.2

Lärobok, föreläsningsanteckningar, miniräknare. Redovisa tydligt beräkningar, förutsättningar, antaganden och beteckningar!

Lösningar/svar till tentamen i MTM119 Hydromekanik Datum:

2.2 Vatten strömmar från vänster till höger genom rörledningen i figuren nedan.

Lärobok, föreläsningsanteckningar, miniräknare. Redovisa tydligt beräkningar, förutsättningar, antaganden och beteckningar!

Lösningar/svar till tentamen i MTM113 Kontinuumsmekanik Datum:

Lösningar/svar till tentamen i MTM119 Hydromekanik Datum:

Lösningar/svar till tentamen i MTM119/052 Hydromekanik Datum:

Lösningar/svar till tentamen i F0031T Hydromekanik Datum:

Lärobok, föreläsningsanteckningar, miniräknare. Redovisa tydligt beräkningar, förutsättningar, antaganden och beteckningar!

2. Vad innebär termodynamikens första lag? (2p)

1. Det totala tryckfallet från pumpens utlopp, via rörledningen och alla komponenterna tillbaks till pumpens inlopp ges av. p = d

P1. I en cylinder med lättrörlig(friktionsfri) men tätslutande kolv finns(torr) luft vid trycket 105 kpa, temperaturen 300 K och volymen 1.40 m 3.

HYDRAULIK Grundläggande begrepp I

Tillåtna hjälpmedel: Physics Handbook, Beta, kalkylator i fickformat, samt en egenhändigt skriven A4- sida med valfritt innehåll.

TENTAMEN I MMVA01 TERMODYNAMIK MED STRÖMNINGSLÄRA, tisdag 23 oktober 2012, kl

Godkänt-del. Hypotetisk tentamen för Termodynamik och ytkemi, KFKA10

Lektion 5: Innehåll. Bernoullis ekvation. c 5MT007: Lektion 5 p. 1

HYDRAULIK Grundläggande ekvationer I

TYP-TENTAMEN I TURBOMASKINERNAS TEORI

6 Tryck LÖSNINGSFÖRSLAG. 6. Tryck Tigerns tryck är betydligt större än kattens. Pa 3,9 MPa 0,00064

Kursprov i matematik, kurs E vt Del I: Uppgifter utan miniräknare 3. Del II: Uppgifter med miniräknare 5

WALLENBERGS FYSIKPRIS

LEONARDO DA VINCI ( )

Vätskans densitet är 770 kg/m 3 och flödet kan antas vara laminärt.

Tentamensskrivning i Mekanik (FMEA30) Del 1 Statik och partikeldynamik

Svar: Inbromsningssträckan ökar med 10 m eller som Sören Törnkvist formulerar svaret på s 88 i sin bok Fysik per vers :

τ ij x i ρg j dv, (3) dv + ρg j dv. (4) Detta samband gäller för en godtyckligt liten kontrollvolym och därför måste det + g j.

Kapitel 9 Hydrostatik. Fysik 1 - MB 2008

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Blåherremölla. Beräkning av erforderligt vattenflöde för att driva möllan. Datum Studiebesök vid Blåherremölla

MMVA01 Termodynamik med strömningslära Exempel på tentamensuppgifter

HYDRAULIK Grundläggande ekvationer I

BFL102/TEN1: Fysik 2 för basår (8 hp) Tentamen Fysik mars :00 12:00. Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng.

FYSIKALISKA APTITRETARE

Tekniska Högskolan i Linköping, IKP Tore Dahlberg TENTAMEN i Hållfasthetslära grk, TMHL07, kl 8-12 DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel) LÖSNINGAR

Bernoullis ekvation Rörelsemängdsekvationen Energiekvation applikationer Rörströmning Friktionskoefficient, Moody s diagram Pumpsystem.

Givet: ṁ w = 4.50 kg/s; T 1 = 20.0 C; T 2 = 70.0 C; Voil = 10.0 dm 3 /s; T 3 = 170 C; Q out = 11.0 kw.

Wilma kommer ut från sitt luftkonditionerade hotellrum bildas genast kondens (imma) på hennes glasögon. Uppskatta

TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA FÖR F (MHA081)

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Tillämpad mekanik Göteborg. TME055 Strömningsmekanik

PTG 2015 Övning 5. Problem 1

Tentamensskrivning i Mekanik - Dynamik, för M.

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 11 januari 2016

Lösningar, Chalmers Hållfasthetslära F Inst. för tillämpad mekanik

Ordinarie tentamen i Mekanik 2 (FFM521)

Tentamen: Baskurs B i Fysik, del1, 4p kl

BFL102/TEN1: Fysik 2 för basår (8 hp) Tentamen Fysik 2. 5 juni :00 12:00. Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng.

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 10 januari 2017


ÖVA SYSTEMHANDLING STOCKHOLM PM HYDRAULISKA BERÄKNINGAR. Försättsblad Hydrauliska beräkningar.docx

Varje laborant ska vid laborationens början lämna renskrivna lösningar till handledaren för kontroll.

Tentamen i: Hydraulik och Pneumatik. Totalt antal uppgifter: Datum: Examinator: Hans Johansson Skrivtid:

Laborationer i HYDRAULIK OCH HYDROLOGI (TNBI28)

p + ρv ρgz = konst. [z uppåt] Speciellt försumbara effekter av gravitation (alt. horisontellt):

a) Vi kan betrakta luften som ideal gas, så vi kan använda allmänna gaslagen: PV = mrt

HYDRAULIK Rörströmning IV

Re baseras på medelhastighet V samt hydraulisk diameter D h, Re = Re Dh = ρv D h. , D h = 4 A P. = V D h ν

WALLENBERGS FYSIKPRIS 2013

Övrigt: Uppgifterna 1-3 är på mekanik, uppgifterna 4-5 är på värmelära/termodynamik

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 21 oktober, 2006

Tentamensskrivning i Mekanik (FMEA30) Del 2 Dynamik

YTKEMI. Föreläsning 8. Kemiska Principer II. Anders Hagfeldt

Tentamen Mekanik MI, TMMI39, Ten 1

ENERGIPROCESSER, 15 Hp

mg F B cos θ + A y = 0 (1) A x F B sin θ = 0 (2) F B = mg(l 2 + l 3 ) l 2 cos θ

Tentamen i Mekanik II

undanträngda luften vilket motsvarar Flyft kraft skall först användas för att lyfta samma volym helium samt ballongens tyngd.

Geokonstruktion, BYGC13 7,5 hp Tentamen

Tentamen i Mekanik Statik

Geokonstruktion, BYGC13 7,5 hp Omtentamen

1. Ett material har dragprovkurva enligt figuren.

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Appendix i instruktionen

TENTAMEN I TURBOMASKINERNAS TEORI

Om-Tentamen Inledande kurs i energiteknik 7,5hp. Lösningsförslag. Tid: , Kl Plats: Östra paviljongerna

p + ρv ρgz = konst. Speciellt försumbara effekter av gravitation (alt. horisontellt): Om hastigheten ökar minskar trycket, och vice versa.

Hydraulikcertifiering

Kursinformation Mekanik f.k. TMMI39

Tentamen i Hållfasthetslära AK2 för M Torsdag , kl

Svar och anvisningar

TENTAMEN. Linje: Tekniskt-Naturvetenskapligt basår Kurs: Fysik A Hjälpmedel: Miniräknare, formelsamling. Umeå Universitet. Lärare: Joakim Lundin

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

MMA127 Differential och integralkalkyl II

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Carl Lundholm MVE475 Inledande Matematisk Analys

Svar och anvisningar

Tentamen i termisk energiteknik 5HP för ES3, 2009, , kl 9-14.

Rivning av betongblock stelkroppssimulering, överslagsberäkningar och diskussion

Godkänt-del A (uppgift 1 10) Endast svar krävs, svara direkt på provbladet.

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 5 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 5. strömningslära, miniräknare.

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Tentamen i termodynamik. 7,5 högskolepoäng. Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

Tentamen i delkurs 1 (mekanik) för Basåret Fysik NBAF00

27,8 19,4 3,2 = = ,63 = 3945 N = = 27,8 3,2 1 2,63 3,2 = 75,49 m 2

Tentamen i Fysik TEN 1:2 Tekniskt basår

Transkript:

Joakim Malm Teknisk Vattenresurslära LTH DELPROV /TENTAMEN STRÖMNINGSLÄRA FÖR W, VVR0 4 OKTOBER 003, 08:00-:00 (Delprov), 08:00-3:00 (Tentamen) Tillåtna hjälpmedel: Kom ihåg: För samtliga uppgifter: Rättning: Betyg: Lärobok, föreläsningsanteckningar Redovisa tydligt beräkningar, förutsättningar, beteckningar! Använd (om ej annat anges) för vatten: ρ =.00 3 kg/m 3, µ = 0-3 Pas, g = 9.8 m/s. Delprovresultat redovisas den 3 Nov. Ges på basis av delprov alt. tentamen. För mer detaljerad information, se kursprogram. DELPROV BESTÅR AV 4 UPPGIFTER (TOTALT 36 POÄNG) TENTAMEN (DELPROV OCH ) BESTÅR AV 7 UPPGIFTER (TOTALT 60 POÄNG) ------------------------------------------------------------------- DELPROV (4 poäng) UPPGIFT (5 poäng) Bestäm en formel för kapillärstigningen mellan två koncentriska glasrör med radierna r o och r i och kontaktvinkeln θ mellan glas och vatten, se Figur. Vätskan har ytspänningen σ och tungheten γ. Figur

UPPGIFT (7 poäng) Luckan i Figur (visas i upprätt position) väger 600 kg för varje meter in i pappret. Dess tyngdpunkt ligger 0.45 m till höger om leden, O, och 0.6 m ovan leden, O, när luckan är i upprätt läge. Vilken är den högsta vattennivån, h, som kan uppnås utan att luckan öppnas (roterar medurs)? Luckans bas är.5 m. Figur UPPGIFT 3 (6 poäng) I den friktionsfria häverten som visas i Figur 3, vad är trycket i röret vid punkten B? Rörets diameter är konstant. Vätskan i tanken är vatten. Figur 3

UPPGIFT 4 (6 poäng) Bestäm den vertikala kraften på vagnens hjul i Figur 4 orsakad av den uppåtböjda vattenstrålen (cirkulärt tvärsnitt). Bestäm också kompressionen (i mm) i fjädern om fjäderns styvhet är k =.6 kn/m. (Ledning. Hooke s lag: F = k x, där x är fjäderns kompression i m). Figur 4

DELPROV (36 poäng) UPPGIFT 5 (5 poäng) Figur 5 Behandlat avloppsvatten pumpas med en pump från en reservoir (vattenytan på nivån +3 m) till en sjö (vattenytan på nivån +7 m), via en 3 km lång ledning, se Figur 5. Ledningen har ett rektangulärt tvärsnitt, Arean = 0.4 0.6 m, och en ekvivalent sandråhet, k s = 4.8 mm. Pumpens karakteristika ges i tabellen nedan. Vattnets viskositet kan sättas till ν = 0-6 m /s. Försumma lokala förluster. a) Vad är flödet i ledningen? b) För att öka flödet i ledningen planeras att installera ytterligare en pump parallellt med den befintliga (enligt markering i fig. 5). Den nya pumpen har samma karakteristika som den befintliga. Vilken flödesökning kan förväntas? Den befintliga (samt nya) pumpens karakteristika: H P (m) 5 3.5.5 7.5.5 Q (m 3 /s) 0 0.05 0.0 0.5 0.0

UPPGIFT 6 (5 poäng) Vatten leds via en brant kanal från en sjö till en annan, se figur 6. Vattendjupets variation visas schematiskt i figuren. Kanalens längd är 000 m, Mannings tal för kanalen är n = 0.05 och kanalens bottenlutning är S 0 = 0.0. Vattenytan i övre sjön ligger på nivån + 4 m och vattenytan i nedre sjön ligger på nivån + 5 m. Botten vid inloppet till kanalen (markerat med A i figuren) ligger på nivån +3 m. Försumma lokala förluster vid inloppet till kanalen. a) Bestäm flödet (m 3 /s) i kanalen. b) Bestäm det naturliga vattendjupet som uppnås en bit nedströms inloppet (markerat med y i figuren). Strömningen är därefter likformig ned till vattensprånget. Om du inte fått fram ett flöde i a) kan du anta Q = 0 m 3 /s c) Bestäm vattendjupet precis nedströms vattensprånget (markerat med y i figuren). Om du inte fått fram ett värde på y i b) kan du anta y = 0.5 m. d) Bestäm längden på sträckan mellan vattensprånget (nedströms ände) till en sektion precis innan utloppet till den nedre sjön (markerat med B i figur 6) där vattendjupet är m enligt figur. Eventuella stegberäkningar får utföras med ett steg. Figur 6 UPPGIFT 7 (6 poäng) En vamluftsballong stiger med konstant hastighet i stilla luft, se Figur 7. Om varmluften i ballongen har densiteten ρ =.0 kg/m 3 och den omgivande luften har densiteten ρ =.3 kg/m 3, vad är ballongens hastighet? Ballongen kan betraktas som sfärisk med diametern 3 dm. Kinematiska viskositeten för den omgivande luften är ν = 3. 0-6 m /s. Försumma vikten av ballongens hölje. Volymen av en sfär: π d 3 /6 där d är sfärens diameter. Figur 7. Varmluftsballong som stiger med konstant hastighet, V.

LÖSNINGAR DELPROV. Vi har jämvikt mellan den lyfta vattenpelarens tyngd och ytspänningskraften. Detta kan parametriseras som: γ π ( r r ) h = σ π ( r + r ) cosθ o i σ π ( ro + ri ) cosθ σ cosθ h = = γ π ( r r ) γ ( r r ) Svar: h = σcosθ/[γ(r o r i )] o i o i o i. Vattentryckkraft på luckans vänstra sida (per breddmeter): F vänster = γ vatten y c A = 980 (h/) h = 4905 h N Tryckkraftens hävarm kring leden: l vänster = h/3 Vattentryckkraft på luckans bas (per breddmeter): F vänster = γ vatten y c A = 980 h.5 = 475 h N Tryckkraftens hävarm kring leden: l vänster =.5/ = 0.75 m Maximala vattendjupet, h, innan luckan öppnas erhålls genom momentjämvikt kring leden i O: 600 9.8 0.45 + 4905 h (h/3) = 475 h 0.75 h =.47 m (Finns även en rot, h = 0.4 m, som anger när luckan precis uppnått upprätt läge efter att ha varit öppen) Svar: h max =.47 m 3. Bernoulli D C: 0 + 3 + 0 = 0 + 0 + V D /(g) V D = 7.67 m/s (= V B ) Bernoulli D B: 0 + 0 + 0 = p B /γ +.5 + 7.67 /(g) p B = -44. kpa Svar: p B = -44. kpa

4. Definiera positiv x-riktning åt höger och positiv y-riktning åt höger. Låt kontrollvolymen inkludera vattenstrålens utsträckning i figuren. Kraften mot vattenstrålen är uppåtriktad och åt vänster. Låt den uppåtriktade kraften från hjulen betecknas med F y och den vänsterriktade kraften från fjädern med F x. Den uppåtriktade kraften kommer från marken som i sin tur verkar på hjulen: Q = AV = π (0.04 /4) 0 = 5. l/s F y = ρq(v y V y ) = 000 0.05(0 sin45º - 0) = 355 N Den vänsterriktade kraften från fjädern: F x = ρq(v x V x ) = 000 0.05(0 cos45º - 0) = -47 N Kompressionen erhålls från Hooke s lag: x = F/k = 0.47/.6 = 9 mm Svar: Kraften på hjulen är 355 mm och kompressionen av fjädern är 9 mm. 5. a) Energiekvationen från reservoir till sjö: 3 + H P = 7 + h f H P = 4 + h f H Syst = 4 + h f h f = f L 4 R H Q ga = f 3000 Q 4 0. g 0.4 = 5530 f Q H Syst = 4 + 5530 f Q (A = 0.4 0.6 = 0.4 m, P = 0.4 + 0.6 = m R H = A/P = 0. m) Reynolds tal samt Relativa råheten ger friktionsfaktorn, f, genom Moodys diagram. Re = V (4 R H )/ν = Q (4 R H )/(ν A) = Q (4 0.)/( 0-6 0.4) = 0 6 Q K s /(4 R H ) = 0.0048/(4 0.) = 0.0 Q (m 3 /s) Re f H Syst (m) 0 - - 4 0.05 0 5 0.039 4.54 0.0 0 5 0.039 6.6 0.5 0 5 0.039 8.85 0.0 0 5 0.039.63 0.5 0 5 0.039 7.48

Plott av H P och H Syst Q = 43 l/s Svar: 43 l/s b) Plott av pumpkurva för två parallelkopplade pumpar enligt figuren ger Q = 88 l/s, dvs flödesökningen blir 88-43 = 45 l/s. Svar: 45 l/s 6. a) Vi har kritiskt djup vid inloppet. Eftersom vi kan försumma energiförluster vid inloppet blir den specifika energin precis över krönet: E = 4-3 = m Detta ger det kritiska djupet som: y c = (/3) = 0.667 m Flödet per breddmeter blir därmed 3 3 q = g = 9.8 0.667 =.706 m 3 /s/m Q = q B =.706 5 = 8.53 m 3 /s y c b) y får vi genom Mannings formel [A = 5 y, P = 5 + y R H = A/P = 5 y/(5 + y)]: 5y 8.53 = (5y) ( 0.05 5 + y / 3 / 3 Q = A RH S0 ) n 0.0

.80 = (5y 5y 5 + y / 3 ) ( ) Numerisk lösning y 0.47 m c) Vattensprångsekvationen: y 8 q 0.47 8.706 y = + = + = 0. 9 m 3 3 g y 9.8 0.47 E Vm n d) Längden l bestäms med stegberäkningsmetoden: X =, S = 4 / 3 S S R Y A P R H V V /g E E V m R Hm S S-S 0 X 0.9 4.55 6.8 0.667.87 0.79.089-0.948.36 0.889 0.00049-0.0095 99.7.0 0.0 9.0. 0.85 0.037.037 Svar: a) Q = 8.53 m 3 /s, b) y = 0.47 m, c) y = 0.9 m, l = 00 m 0 Hm 7. En vertikal kraftbalans ger F B = F D + F W () Volymen av ballongen, Vol = π 0.3 3 /6 = 0.047 m 3 F B = ρ luft g Vol =.3 9.8 0.047 = 0.60 N F W = ρ varmluft g Vol =.0 9.8 0.047 = 0.46 N F D = C D ρ luft A V / = C D.3 (π 0.3 /4) V / = 0.0459 C D V N Insatt i kraftbalansen (ekv. ovan): 0.60 = 0.46 + 0.0459 C D V V =.739/C D / Gissa C D = 0.4 V =.75 m/s Kontrollera C D : Re = V D/ν =.75 0.3/3. 0-6 = 6.3 0 4 Detta värde på Re tillsammans med Fig 9.0 i häftet från Franzini&Finnemore ger: C D = 0.5 0.4! Anta nytt C D = 0.5 V =.46 m/s Kontroll av C D : Re = V D/ν = 5.6 0 4 + Fig 9.0 C D = 0.5 OK! Svar: Ballongens hastighet är.46 m/s