Løsningsforslag til Øving 6 Høst 2016

Like dokumenter
Løsningsforslag Øving 6

Løsningsforslag Øving 8

Løsningsforslag Øving 4

Løsningsforslag Øving 5

Auditorieøving 6, Fluidmekanikk

Q = π 4 D2 V = π 4 (0.1)2 0.5 m 3 /s = m 3 /s = 3.93 l/s Pa

Feltlikninger for fluider

Løsningsforslag Øving 12

HAVBØLGER. Her skal vi gjennomgå den enkleste teorien for bølger på vannoverflaten:

Løsningsforslag Øving 3

- trykk-krefter. µ. u u u x. u venstre side. Det siste forsvinner fordi vi nettopp har vist x. r, der A er en integrasjonskonstant.

Løsningsforslag til Øving 9 Høst 2014 (Nummerne refererer til White s 6. utgave)

Løsningsforslag Øving 3

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Løsningsforslag til Øving 3 Høst 2010

Løsningsforslag Øving 7

Løsningsforslag Øving 2

Løsningsforslag Øving 1

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I: BIT260 Fluidmekanikk DATO: 15. mai TILLATTE HJELPEMIDDEL: Kalkulator, én valgfri standard formelsamling. I h c A.

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 6

Løsningsforslag til øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Løsningsforslag til øving 4. m 1 gl = 1 2 m 1v 2 1. = v 1 = 2gL

Løsningsforslag til eksamen i REA Fysikk,

Grensebetingelse for trykk der hvor vann møter luft

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

Punktladningen Q ligger i punktet (3, 0) [mm] og punktladningen Q ligger i punktet ( 3, 0) [mm].

Foreløpig løsningsforslag til eksamen i fag TEP4110 Fluidmekanikk

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 8 Elektrisitet og magnetisme. 1. SI-enheten til magnetisk flukstetthet er tesla, som er ekvivalent med A. E.

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING 11, TMA4105, V2008. x = r cos θ, y = r sin θ, z = 2r for 0 θ 2π, 2 2r 6. i j k. 5 r dr dθ = 8

Fasit for eksamen i MEK1100 torsdag 13. desember 2007 Hvert delspørsmål honoreres med poengsum fra 0 til 10 (10 for perfekt svar).

EKSAMEN I: BIT260 Fluidmekanikk DATO: 15. mai TILLATTE HJELPEMIDDEL: Bestemt, enkel kalkulator (kode C) Én valgfri standard formelsamling

1 MAT100 Obligatorisk innlevering 1. 1 Regn ut i) iii) ii) Regn ut i) ii)

Løsningsforslag Øving 10

Kinematikk i to og tre dimensjoner

Oppgavesettet har 10 punkter 1, 2ab, 3ab, 4ab, 5abc som teller likt ved bedømmelsen.

EKSAMEN I: BIT260 Fluidmekanikk DATO: 12. mai TILLATTE HJELPEMIDDEL: Bestemt, enkel kalkulator (kode C) Ei valgfri standard formelsamling

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

UNIVERSITETET I OSLO

TFY4115: Løsningsforslag til oppgaver gitt

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Som vanlig er enkelte oppgaver kopiert fra tidligere års løsningsforslag. Derfor kan notasjon, språk og stil variere noe fra oppgave til oppgave.

Vår TMA4105 Matematikk 2. Løsningsforslag Øving 2. Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

Kap. 3 Arbeid og energi. Energibevaring.

UDIRs eksempeloppgave høsten 2008

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 kl

EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002 GENERELL FYSIKK II Onsdag 8. desember 2004 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Impuls, bevegelsesmengde, energi. Bevaringslover.

F. Impulser og krefter i fluidstrøm

Forelesning 23 den 18/4 2017

Newtons lover i én dimensjon (2)

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

Elementær utledning av uidmekanikkens grunnligninger

ρ = = = m / s m / s Ok! 0.1

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMA4105 MATEMATIKK 2 Lørdag 14. aug 2004

Newtons lover i én dimensjon (2)

Matematikk og fysikk RF3100

FAG: Fysikk FYS118 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Kjetil Hals (linjedel)

1 I mengdeteori er kontinuumshypotesen en antakelse om at det ikke eksisterer en mengde som

EKSAMEN I: BIT260 Fluidmekanikk DATO: 15. mai TILLATTE HJELPEMIDDEL: Bestemt, enkel kalkulator (kode C) Én valgfri standard formelsamling

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, vår 2009

KORT INTRODUKSJON TIL TENSORER

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

TFY4115 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 4. ) v 1 = p 2gL. S 1 m 1 g = L = 2m 1g ) S 1 = m 1 g + 2m 1 g = 3m 1 g.

Kinematikk i to og tre dimensjoner

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

Eksamen i emnet SIB 5025 Hydromekanikk 25 nov b) Bestem størrelsen, retningen og angrepspunktet til resultantkrafta,.

Eksamen i MAT1100 H14: Løsningsforslag

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

1. En tynn stav med lengde L har uniform ladning λ per lengdeenhet. Hvor mye ladning dq er det på en liten lengde dx av staven?

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

dg = ( g P0 u)ds = ( ) = 0

GEF1100: kapittel 6. Ada Gjermundsen. September 2017

Newtons lover i én dimensjon (2)

Newtons lover i én dimensjon

Løsningsforslag til ukeoppgave 2

UNIVERSITETET I OSLO

Eksempelsett R2, 2008

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for Ingeniørutdanning

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

SIF5005 Matematikk 2, 13. mai 2002 Løsningsforslag

Løsningsforslag Eksamen i MA1102/MA6102 Grunnkurs i analyse II 17/

LØSNINGSFORSLAG TMA4105 Matematikk 2 8. August 2005

Løsningsforslag, Øving 10 MA0001 Brukerkurs i Matematikk A

Løsningsforslag til øving 4

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

TMA4105 Matematikk2 Vår 2008

UNIVERSITETET I OSLO

dx = 1 1 )dx = 3 y= x . Tangentplanet til hyperboloiden i (2, 1, 3) er derfor gitt ved x 2, y 1, z 3 = 0 x 2 + 2(y 1) 2 (z 3) = 0 x + 2y 2z 3 = 2

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100, H06

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

TEP4105: Fluidmekanikk Løsningsforslag til Øving 6 Høst 016 Oppgave 3.13 Skal finne utløpshastigheten fra røret i eksempel 3. når vi tar hensyn til friksjon Hvis vi antar at røret er m langt er friksjonen gitt som: Bruker Bernoulli fra punkt 1 til i figuren: h f = 5.4 V tube g. (1) p 1 ρg + V 1 g + z 1 = p ρg + V g + z + h f () hvor h f er friksjonshøyden. Antar atmosfæretrykk ved utløpet, dvs. p 1 = p = p a. V 1 0 siden væskeoverflaten er mye større enn tverrsnittsarealet til røret. Bernoulli gir da: z 1 = V g + z + 5.4 V g tube = V g + z + 5.4 V g (3) g(z 1 z ) = V (1 + 5.4) V = Volumstrømmen Q er gitt ved: g(z1 z ) = 1.61m/s 6.4 Q = V A = V π 4 d = 16.4cm 3 /s (4) 1

Oppgave 3.139 Vi skal finne (a) V og (b) kraft pr. lengdeenhet på demningen. a)vi kan bruke hydrostatikk i tverrsnittene 1 og, som vil si at trykket her varierer lineært som funksjon av vanndybden. Massebevarelse gir oss at A 1 V 1 = A V, dvs. V 1 = V h H. (5) Bernoulli langs en strømlinje fra tverrsnitt 1 til (vi er smarte og legger strømlinjen langs overflaten der trykket er lik atmosfæretrykket): 1 V 1 + p a ρ + gh = 1 V + p a ρ + gh 1 V h H + gh = 1 V + gh V = g(h h) 1 h = 9, 76m/s. (6) /H b) Vi legger nå et kontrollvolum rundt demningen. På dette kontrollvolumet virker det en ukjent kraft i x-retning. Impulssatsen gir oss (vi husker fra tidligere kapitler at horisontalkomponenten av trykket mot en vertikal flate er lik trykket i sentroiden av flaten multiplisert med flatearealet. Sentroidetrykket mot tverrsnittene 1 og er dermed henholdsvis ρgh/ og ρgh/). Fra massebevarelsen husker vi også at V 1 = V h/h, så Fx = F + p CG,1 H p CG, h = ρv 1 ( V 1 )H + ρv (V )h F + 1 ρgh 1 ρgh = ρv h H + ρv h F = 1 ρg( H + h ) + ρ( V h H + V h) (7) Hastighetene i parentes i første linje ovenfor er strømningens hastighetsvektor skalarmultiplisert med normalvektoren pekende ut av kontrollvolumet. Setter vi inn tallverdier for V og ρg = 9790kg/m 3, fås F = 68300N/m. Dette er kraften fra omgivelsene (bunnen) på kontrollvolumet. Dette er så langt vi kommer med regning med kontrollvolum, og vi må nå betrakte hva som foregår inne i kontrollvolumet. Kraften på kontrollvolumet, F, som vi har funnet over virker på demningen fra sjøbunnen. Vi vet imidlertid at demningen er i ro, slik at summen av kreftene på denne må være null. Dermed vet vi at kraften vannet virker på demningen med (det er denne det spørres etter) må være like stor, men motsatt rettet av kraften vi har funnet, altså lik 68300N/m i størrelse og pekende langs positiv x-retning. Oppgave 4.005 a) Vi skal førstvise at akselerasjonen er radielt rettet. Har gitt at x u = U 0 L Akselerasjonen finnes fra den substansielt deriverte: og a x = Du Dt = u t + u u x + v u y = 0 + U x U 0 0 L L + 0 a y = Dv Dt = v t + u v x + v v y = 0 + 0 + ( U y 0 L ) ( U 0 L ) v = U 0 y L. (8) a = U 0 L (x ı + y j) = U 0 r. (9) L 3

Akselerasjonen har altså radiell retning. b) Skal finne hastigheten i punktet (x = 1m, y = 1m) gitt at akselerasjonen der er a 0 = 5m/s. Akselerasjonen uttrykkes a = U 0 L r = U 0 x L + y = a 0 a0 U 0 = L = 6.3m/s (10) x + y Oppgave 4.003 Vi skal finne (a) akselerasjonen ved x = L og (b) tiden for en partikkel å bevege seg fra x = 0 til x = L. a) Hastighetsfeltet er gitt ved u = V 0 (1 + x/l), v = w = 0. Akselerasjonen (her kun i x-retning): a x = Du Dt = u t + u u x + v u y + w u z = udu dx = V 0(1 + x L )V 0 L. (11) ved x = L får vi a x x=l = 6 V 0 L. (1) b) La nå x være posisjonen ved tiden t til en partikkel som følger strømmen. Vi kjenner partikkelens hastighet u = ẋ og kan sette opp og løse differensialligningen vi får (1. ordens lineær) som vi kan fra matematikken u = dx dt = V 0(1 + x L ) dx V 0 dt = (1 + x L ) dx V 0 t = (1 + x L ) = L ln(1 + x ) + C. (13) L Velger t = 0 når x = 0 som gir oss at C = 0, og finner tiden når x = L: t tot = t(x = L) = L V 0 ln 3. (14) Navier-Stokes oppgave Navier-Stokes ligning er en vektorligning og har følgelig like mange komponenter som problemet har romlige dimensjoner. Navier-Stokes ligning for en generell inkompressibel væske skrives som ρ V t + ρ ( V ) V = p + µ V + ρ g (15) 4

a Vi arbeider her med to romlige dimensjoner og ligning 15 resulterer følgelig i to komponenter. Hastigheten skrives som V = u ı + v j. Tyngdekraften g virker ikke parallellt til aksene i systemet (x- og y-aksene) og må dermed dekomponeres. De resterende vektorene skrives på standard komponentform. x-retning ρ u ( t + ρ u u x + v u ) = p y x + µ u + ρg sin θ (16) y-retning hvor i begge tilfeller b ρ v ( t + ρ u v x + v v ) = p y y + µ v ρg cos θ, (17) = x + y. (18) Navier-Stokes ligning uttrykker en differensiell impulsbevarelse, altså Newtons. lov. Ser på det generelle utrykket og identifisererer ρ V }{{ t } I ( ) + ρ V V } {{ } II } {{ } A = p + µ V }{{}}{{} III IV + ρ g }{{} V } {{ } B Venstre side (A) representerer, som i Newtons. lov, endringen i impuls. I Newtons. lov utrykkes dette vanligvis som ( ) m a = m d V (0) dt Navier-Stokes ligning gir imidlertid bevarelse av impulstetthet, altså (19) m a V = ρd V dt (1) hvor V er et volum. Den (total)deriverte av hastigheten (d V /dt) består for et kontinuum av to ledd (I og II) som henholdsvis representerer tidsavhengig (transient) akselerasjon og konvektiv (geometrisk) akselerasjon. Analogt til Newtons. lov representerer høyre side (B) summen av kreftene som virker på systemet. Da venstre side er impulstetthet så må høyre side være den tilsvarende kraft-tettheten, altså 1 F = f. () V Kreftene som virker på en væske er (vanligvis) trykk-kraft (III), viskøse (friksjons) krefter (IV) og tyngdekraften (V). Som en ekstra øvelse kan du gjerne sjekke hvert ledd i ligning 19 og vise at dimensjonen er krafttetthet, altså N/m 3. c Det er oppgitt at veggene i kanalen er faste, hvilket har konsekvenser for hastighetsfeltet. For hastighetskomponenten som er parallell til veggen gjelder heftbetingelsen (no slip condidtion): u vegg = 0. (3) En fast vegg tillater ingen gjennomstrømning. Dette innebærer at også normalkomponenten av hastigheten må være null: v vegg = 0. (4) 5

Totalt sett har vi derfor V = 0. (5) vegg 6