Ruch wirowy płynów w przyrodzie oraz w maszynach i urządzeniach : zdjęcia satelitarne, eksperymenty i symulacje komputerowe
Ładowanie...
Data
2007
Autorzy
Tytuł czasopisma
ISSN czasopisma
Tytuł tomu
Wydawca
Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
Lodz University of Technology. Press
Lodz University of Technology. Press
Abstrakt
Czytelnikom tej książki wyjaśniam, że ma ona w znacznej części charakter
popularno-naukowy. Matematyka i mechanika płynów są w niej wykorzystane
w najprostszej formie, która powinna być znana studentom politechnik, ale i bez
tej znajomości książka powinna być zrozumiała dla czytelników, którzy szukają
w niej treści fizycznych. Wzory pomagają w rozumieniu tych treści, ale nie są
bezwzględnie konieczne.
W roku 2005, kiedy powstawała książka, w niektórych krajach położonych
bliżej równika niż Polska, szalały tropikalne cyklony, niszczące wszystko na swej
drodze. W Polsce stosunkowo rzadko, ale także zdarzają się tzw. trąby
powietrzne i też są przyczyną wielu zniszczeń. Nie można zatem, pisząc o ruchu
wirowym płynów, nie napisać również o tych zjawiskach, które do ruchu
wirowego należą. Stąd w tytule znalazło się określenie „w przyrodzie", bo chodzi
między innymi o zjawiska, które budzą duże zainteresowanie czytelników.
Wśród czytelników jest wielu takich, którzy obserwowali wirowe zagłębienia na
powierzchni płynącej wody za podporami mostowymi, które nie są przyczyną
szkód ale są ciekawym zjawiskiem i też należą do ruchu wirowego. Wiele osób
obserwowało także wirowy spływ wody z otwartego zbiornika (np. z wanny) i
stwierdziło, że jest to ruch niestateczny. O nim także będzie mowa w tej książce.
Ruch wirowy w dużej skali jest tematem tej książki. Ten rodzaj ruchu
nazywa się także ruchem zawirowanym. Powstaje pytanie, czy ruch płynów jest
stateczny? Okazuje się, że płyny w czasie ruchu bardzo szybko tracą
stateczność. Z reguły mamy do czynienia z ruchem turbulentnym, który powstaje
i rozwija się po utracie stateczności poruszającego się płynu, zwany jest po
prostu turbulencją przepływów. Będzie tu głównie rozpatrywany tzw. ruch
zawirowany, w którym turbulencja istnieje, i odgrywa ważną rolę. Zastrzeżenie
to jest czynione dlatego, że turbulencja ma także strukturę wirową, choć w
mniejszej skali. Będzie to uwzględnione w programach komputerowych, jakie są
użyte do analizy ruchu wirowego płynów. Rozważania będą prowadzone dla
zmiennych pierwotnych, tzn. takich jakie występują w nie przekształconych
równaniach podstawowych, czyli dla prędkości, ciśnienia itd.
Wiele zjawisk ruchu wirowego zostało rozwiązanych za pomocą istniejących
programów komputerowych, dlatego jeden z rozdziałów został tym
zagadnieniom poświęcony. Ujęcie to należy zaliczyć także do popularnonaukowych.
Książka zawiera także treści odnoszące się do ruchu wirowego płynów w
niektórych maszynach i urządzeniach.
Chodzi o maszyny przepływowe i o ruch wirowy, który ma w nich miejsce.
Istnieją programy komputerowe własne i tzw. komercyjne, które służą do
badania przepływu w tych maszynach wraz z różnymi modelami turbulencji.
Programy te odpowiadają na wiele pytań związanych z rozkładami prędkości
i ciśnień. Wymaga to jednak postawienia warunków brzegowych nie tylko
na ściankach, które są oczywiste, ale także na wlocie i wylocie z kanału
maszyny, które oczywiste nie są.
O ile odległości od osi maszyny są znaczne (co to oznacza, to jest
w książce wyjaśnione) to można założyć rozkłady prędkości obwodowej, które
są zbliżone do rozkładów potencjalnych, tzn. takich, w których elementy płynu
nie wirują wokół własnych osi obrotu. Gdy natomiast kanały wlotowe lub
wylotowe obejmują oś maszyny, to tego w stosunku do składowej obwodowej
prędkości zrobić nie wolno.
Oprócz zagadnień związanych z maszynami są tu omówione niektóre
urządzenia wykorzystywane w technice, w których mamy do czynienia z ruchem
wirowym płynów. Są to urządzenia wykorzystywane we włókiennictwie do
formowania przędz. Są także omówione tzw. rury Ranka, w których skutki ruchu
wirowego są wyraźne, bo następuje w nich rozdział powietrza na zimne i
gorące. Efekt Ranka może być wykorzystany w różnych zastosowaniach
technicznych. Omówione są również wiry w komorach wtryskiwaczy cieczy jeśli
to są wtryskiwacze wirowe i strumieniowo-wirowe.
Dla urządzeń technicznych stosowano program komputerowy własny i
programy CFX zakładając, że przepływ jest ustalony. Model turbulencji użyty
w programie komputerowym był nie bez znaczenia. Użyto przy tym zmiennych
pierwotnych. Oprócz nich można też stosować tzw. metody wirowe, w których
przekształca się równania podstawowe i używa funkcji wirowości oraz funkcji
prądu. O metodach tych, które są dość złożone jest w książce wspomniane.
Przedostatni rozdział książki jest poświęcony temu, że ruch wirowy w tzw.
rdzeniu wiru (w środku) znamienny tym, że występuje w nim prawie liniowy
rozkład składowej obwodowej prędkości, jest związany z zasadą wydatkowania
jak najmniejszej energii. Ta zasada jest tam przedstawiona.
Będą w tym rozdziale przedstawione także inne zasady mechaniki płynów,
które są pomocne w wyznaczeniu istotnych wymiarów wiru.
Dziękuję za merytoryczną i techniczną pomoc w opracowaniu książki
członkom Zakładu Mechaniki Płynów Instytutu Maszyn Przepływowych
Politechniki Łódzkiej.
Opis
Podręczniki akademickie - Politechnika Łódzka
Słowa kluczowe
ruch wirowy - podręczniki akademickie, mechanika płynów, maszyny przepływowe, ruch wirowy płynów, whirl movement - academic textbooks, fluid mechanics, flow machines, fluid whirl movement
Cytowanie
Kazimierski Z., Ruch wirowy płynów w przyrodzie oraz w maszynach i urządzeniach : zdjęcia satelitarne, eksperymenty i symulacje komputerowe., Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2007, ISBN 978-83-7283-218-4