Eksamen i fag TEP4110 Fluidmekanikk

Like dokumenter
NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5 INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 6 INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK

Slope-Intercept Formula

EKSAMENSOPPGAVE I SØK 1002 INNFØRING I MIKROØKONOMISK ANALYSE

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

Solution Assignment 10 TEP 4100

FYSMEK1110 Eksamensverksted 23. Mai :15-18:00 Oppgave 1 (maks. 45 minutt)

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Semesteroppgave. Gassturbinprosess

Gradient. Masahiro Yamamoto. last update on February 29, 2012 (1) (2) (3) (4) (5)

Exam in Quantum Mechanics (phys201), 2010, Allowed: Calculator, standard formula book and up to 5 pages of own handwritten notes.

KROPPEN LEDER STRØM. Sett en finger på hvert av kontaktpunktene på modellen. Da får du et lydsignal.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Oppgave. føden)? i tråd med

Solutions #12 ( M. y 3 + cos(x) ) dx + ( sin(y) + z 2) dy + xdz = 3π 4. The surface M is parametrized by σ : [0, 1] [0, 2π] R 3 with.

5 E Lesson: Solving Monohybrid Punnett Squares with Coding

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet Mat131 - Differensiallikningar I Onsdag 25. mai 2016, kl.

Eksamen i TFY4230 STATISTISK FYSIKK Onsdag 21. desember, :00 19:00

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 1

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

AUDITORIEØVING NR 2 TEP 4105 FLUIDMEKANIKK

UNIVERSITETET I OSLO

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Second Order ODE's (2P) Young Won Lim 7/1/14

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

The exam consists of 2 problems. Both must be answered. English

PARABOLSPEIL. Still deg bak krysset

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Neural Network. Sensors Sorter

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

UNIVERSITETET I OSLO

0:7 0:2 0:1 0:3 0:5 0:2 0:1 0:4 0:5 P = 0:56 0:28 0:16 0:38 0:39 0:23

Graphs similar to strongly regular graphs

TFY4170 Fysikk 2 Justin Wells

Siste seminar: Foreslåtte oppgaver basert på ønsker.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 11

Generalization of age-structured models in theory and practice

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT


UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Utsatt eksamen ECON2915

Løsningsforslag Øving 8

Løsningsforslag Øving 4

Oppgavesett kap. 6 (3 av..) GEF2200

Page 2 of 3. Problem 1.

Level Set methods. Sandra Allaart-Bruin. Level Set methods p.1/24

UTMATTING OG SAMMENBRUDD AV MARINE KONSTRUKSJONER FATIGUE AND COLLAPSE OF MARINE STRUCTURES (English translation)

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Speed Racer Theme. Theme Music: Cartoon: Charles Schultz / Jef Mallett Peanuts / Frazz. September 9, 2011 Physics 131 Prof. E. F.

UNIVERSITETET I OSLO

GEF2200 Atmosfærefysikk 2017

EKSAMENSOPPGAVE I SØK2005 FINANSMARKEDER

Løsningsforslag Øving 6

Han Ola of Han Per: A Norwegian-American Comic Strip/En Norsk-amerikansk tegneserie (Skrifter. Serie B, LXIX)

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Sensurfrist: 13 *anuar 2013 / Result available: January Hjelpemidler: Skrivesaker, kalkulator, arbeidsmappe med ovinger

Oppgave 1. Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet NTNU Institutt for fysikk EKSAMEN I: MNFFY 245 INNFØRING I KVANTEMEKANIKK

EKSAMENSOPPGAVE I BI2034 Samfunnsøkologi EXAMINATION IN: BI Community ecology

Det teknisk- naturvitenskapelige fakultet

MID-TERM EXAM IN TEP4125 THERMODYNAMICS 2 Friday 28 March 2014 Time: 10:30 11:30

Oppgave 1. ( xφ) φ x t, hvis t er substituerbar for x i φ.

Dynamic Programming Longest Common Subsequence. Class 27

FINAL EXAM IN STA-2001

Information search for the research protocol in IIC/IID

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Mathematics 114Q Integration Practice Problems SOLUTIONS. = 1 8 (x2 +5x) 8 + C. [u = x 2 +5x] = 1 11 (3 x)11 + C. [u =3 x] = 2 (7x + 9)3/2

Løsningsforslag: Kurs TEP4195 TURBOMASKINER. NTNU Institutt for Energi- og Prosessteknikk FREDAG 21. MAI 2004 TID: 09:00 13:00

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Oppgave 1a Definer følgende begreper: Nøkkel, supernøkkel og funksjonell avhengighet.

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet BIOKJEMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I NARVIK - SIVILINGENIØRUTDANNINGEN

Endelig ikke-røyker for Kvinner! (Norwegian Edition)

FYS2140 Kvantefysikk. Løsningsforslag for Oblig 7

Moving Objects. We need to move our objects in 3D space.

Løsningsforslag til Øving 6 Høst 2016

Eksamen i FY3466 KVANTEFELTTEORI II Tirsdag 20. mai :00 13:00

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

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

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 6

Transkript:

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET SIDE 1 AV 6 Faglig kontakt under eksamen: Helge Andersson, tlf. 735 93556 Eksamen i fag TEP4110 Fluidmekanikk Bokmål / English Onsdag 8. desember 010 Tid: kl 1500 1900 Hjelpemidler C: Typegodkjent kalkulator med tomt minne tillatt. K. Rottmann: Matematisk formelsamling Lærebok: Y.A. Çengel & J.M. Cimbala Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications (010) I stedet for læreboken tillates: F.M. White Fluid Mechanics (008) Sensuren faller i uke 1 011. Oppgave 1. Todimensjonal stasjonær strømning av en inkompressibel fluid kan beskrives ved hjelp av hastighetspotensialet: (r, ) Arcos Bln r. (1) A og B er positive konstanter og r og θ er sylinderkoordinater (også kalt polarkoordinater). a) Finn hastighetskomponentene u r og u θ i henholdsvis r- og θ-retningen. Hvilke retning tar strømningen langt unna origo, altså når r? b) Vis at strømningen har ett stagnasjonspunkt og at dette punktet er i (r = s, θ = π). Bestem s uttrykt ved A og B. c) Finn strømfunksjonen ψ(r, θ) slik at ψ = 0 i stagnasjonspunktet. d) Påvis at hastighetsfeltet er virvlingsfritt og bestem trykket P(r, θ) uttrykt ved hjelp av A og B. e) Forklar hvorfor flaten gitt som r s( )/sin () kan oppfattes som en materiell flate som beskriver for eksempel baugen på et skip.

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET SIDE AV 6 Oppgave. Et rør med sirkulært tverrsnitt står på høykant og benyttes som en vanntank. Røret er lukket nederst men er åpent i toppen for å kunne samle opp regnvann. Røret har lengde L og en indre diameter D. Atmosfæretrykket er p a. a) Røret er halvfullt av vann med tetthet 1. Finn kraften som virker fra vannet på tankens bunn. b) Temperaturen varier mye i løpet av døgnet og vannets tetthet minsker til = 0.98 1 på grunn av soloppvarmingen. Hvor høyt står vannet i tanken når du ser bort i fra eventuell fordampning? Bestem kraften fra vannet på bunnen i dette tilfellet. Illustrasjonen viser en rørledning i Mongolia som transporterer vann fra en varm kilde til et lokalt badehus. Kilden ligger H = 35 meter høyere enn badehuset. Rørledningen er satt sammen av 100 rørlengder som hver og en har en lengde L = 3 meter og innvendig diameter D = 60 mm. Det sandholdige vannet fører til avleiringer slik at den effektive veggruheten er 0.60 mm. Som det framgår av bildet er sammenskjøtingene av rørlengdene langt fra perfekte. La oss anta at hver av skjøtene medfører et lokalt tap tilsvarende en tapskoeffisient (også kalt K-faktor) K L på 0.. Det varme vannet har tetthet = 980 kg/m 3 og dynamisk viskositet = 0.40 x 10-3 Ns/m. Lokale tap ved innstrømningen og utløpet neglisjeres i denne oppgaven. Foto: Rene Delfos, TU Delft c) Hvor mange liter varmt vann kommer fram til badehuset hvert minutt? Du kan forutsette at strømningen i røret er turbulent, men denne antagelsen må etterprøves. d) For å skaffe lys til badehuset om kveldene vurderes det å anskaffe en liten turbin som kan produsere elektrisk strøm ved å utnytte energien til det rennende vannet. Man vil oppnå maksimalt utbytte når det transporteres 3.0 liter vann pr. sekund og da er turbinens virkningsgrad 79%. Hvor mange 40 Watts halogenlamper kan denne turbinen skaffe strøm til? Hint: Friksjonsfaktoren f blir uavhenging av Reynoldstallet hvis ruheten er tilstrekkelig stor.

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET SIDE 3 AV 6 Oppgave 3. V y x g h p 0 En væske med viskositetskoeffisient og tetthet trekkes opp fra et reservoar ved hjelp av et vertikalt transportbelte med konstant hastighet V. Væsken danner en film med konstant tykkelse h og med strømlinjer parallelt med den viste y-aksen langs båndet. Atmosfæretrykket er p o, tyngdens akselerasjon er g og tangensialspenningen mellom væskefilm og atmosfæren neglisjeres. Det viste koordinatsystemet er fast i forhold til reservoaret. a) Bevegelsesligningen for væsken kan forenkles til: dv 0 g (1) dx der v er hastigheten langs y-aksen i forhold til det viste koordinatsystemet. Formuler realistiske grensebetingelser for dette strømningsproblemet. Benytte disse sammen med ligning (1) og finn et uttrykk for hastighetsprofilet v(x) gjennom filmen. b) Vis at væskehastigheten ved overflaten av filmen kan uttrykkes som gh v(h) V () hvor /. c) Skissér hastighetsprofilet for et tilfelle der v(h) < 0 og bestem hastigheten V slik at netto volumstrøm i filmen blir lik null. d) Finn et uttrykk for hvordan virvlingen i væskefilmen varierer fra transportbeltet til filmoverflaten. Hvilken retning peker virvlingsvektoren?

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET SIDE 4 AV 6 Problem 1. English version A steady and two-dimensional flow of an incompressible fluid is represented by the velocity potential function: (r, ) Arcos Bln r. (1) A and B are positive constants and r and θ are cylindrical coordinates (also known as polar coordinates). a) Determine the velocity components u r and u θ in the r- and θ-directions, respectively. In which direction is the flow far away from the origin, i.e. when r? b) Show that the flow has only one stagnation point and that this point is (r = s, θ = π). Determine s in terms of A and B. c) Determine the stream function ψ(r, θ) such that ψ = 0 in the stagnation point. d) Show that the velocity field is irrotational and determine the pressure P(r, θ) in terms of A and B. e) Explain why the surface given as: r s( )/sin () can be considered as a material surface which represents, for instance, the bow of a ship.

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET SIDE 5 AV 6 Problem. A circular pipe is placed vertically and serves as a water reservoir. The pipe is closed at the lower end and is open in the top to let the rain in. The length and the inner diameter of the pipe is L and D, respectively. The atmospheric pressure is p a. a) The pipe is half full of water with density 1. Determine the force from the water on the bottom of the tank. b) The temparture varies substantially during the day and the density of the water is reduced to = 0.98 1 due to solar heating. How high is the water level in the tank now if evaporation is neglected. Determine the force from the water on the bottom in this case. The photo (see the Norwegian text) shows a pipeline in Mongolia used to carry water from a hot source to a local bath house. The source is located H = 35 meter above the bath house. The pipline consists of 100 pipe sections, each L = 3 meter long and with an internal diameter D = 60 mm. The sandy water leads to severe sedimentation and the effective wall roughness is 0.60 mm. According to the photo, the alignment of the pipe sections is far from perfect. Let us assume that each pipe connection induces a local loss coefficient (also known as K-factor) equvivalent of K L = 0.. The density and the dynamic viscosity of the hot water are = 980 kg/m 3 and = 0.40 x 10-3 Ns/m, respectively. Local losses at the entrance and exit are negligible. c) How many liters hot water reach the bath house every minute? You can assume that the flow in the pipe is turbulent, but you have to check the validity of this assumption afterwards. d) To illuminate the bath house in the evenings the possibility of installing a small turbine is explored. The turbine is aimed to utilize the enegy of the running water to produce electricity. Optimal efficiency will be obtained at a throughput of 3.0 liter water per second and the efficiency of the turbine is then 79%. How many 40 Watt halogen bulbs can this turbine light? Hint: The friction factor f becomes independent of the Reynolds number if the roughness is sufficiently high.

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET SIDE 6 AV 6 Problem 3. A liquid with dynamic viscosity and density is drawn upwards from a reservoir by means of a vertical transport belt with constant velocity V. The liquid forms a film with constant thickness h and streamlines parallel with the y-axis along the belt, as shown in the illustration in the Norwegian text. The atmospheric pressure is p o, the gravitational acceleration is g, and the tangential stress between the liquid film and the atmosphere can be ignored. The coordinate system shown in the figure is fixed relative to the reservoir. a) The momentum equation for the liquid simplifies to: dv 0 g (1) dx where v is the velocity component along the y-axis in the coordinate system shown. Formulate realistic boundary conditions for this flow problem. Use these together with equation (1) and determine an expression for the velocity profile v(x) across the film. b) Show that the fluid velocity at the free surface of the liquid film can be expressed as: gh v(h) V () where /. c) Make a sketch of the velocity profile for a case with v(h) < 0 and determine the belt velocity V which makes the volumetric flow rate in the film equal to zero. d) Find an expression for how the vorticity in the liquid film varies from the belt to the free surface. In which direction is the vorticity vector pointing?