Magyar Elektronikus Könyvtár

Lajos Tamás
Az áramlástan alapjai

TARTALOM, BEVEZETŐ

BEVEZETÉS

1. Az áramlástan tárgya, a folyadékok sajátosságai
1.1. A folyadékok és a szilárd anyagok összehasonlítása
1.2 A folyadékok néhány tulajdonsága
1.3. Az ideális folyadék

2. Fizikai mennyiségek és leírásuk
2.1. Skalárterekkel leírható mennyiségek
Sűrűség
Nyomás
2.2. Vektorterekkel leírható mennyiségek
Sebességtér
Erőterek

3. Kinematika és a folytonosság tétele
3.1. A folyadék mozgás leírása
3.2. Néhány meghatározás
3.3. Stacionárius és instacionárius áramlások
3.4. A potenciálos örvény
3.5. Kis folyadékrész mozgása
3.6. A folytonosság (kontinuitás) tétele
3.7. Jellemzők lokális és konvektív megváltozása

4. Euler-egyenlet, Bernoulli-egyenlet, örvénytételek
4.1. A folyadékrészek gyorsulása
4.2. Az Euler-egyenlet
4.3. Euler-egyenlet természetes koordinátarendszerben
4.4. A Bernoulli-egyenlet
4.5. Örvénytételek

5. Alkalmazások: hidrosztatika, úszás,
5.1. Hidrosztatika
5.2. Testek úszása

6. Alkalmazások: súrlódásmentes áramlások elemzése, számítása
6.1. Áramlás konfúzorban
6.2. Nyomás változás forgó edényben
6.3. Kiömlés tartályból
6.4. A statikus-, a dinamikus, és az össznyomás
6.5. Radiális ventilátor, Euler-turbinaegyenlet

7. A felületi feszültség

8. Az impulzustétel és alkalmazása
8.1. Az impulzustétel
8.2. Az impulzusnyomatéki tétel
8.3. Az impulzustétel néhány alkalmazása
Mozgó sík lap
A Borda-féle kifolyónyílás
A Pelton-turbina
A szárnyrácsra ható erő

9. A súrlódásos közegek és mozgásegyenletük
9.1. A nemnewtoni közegek
9.2. A mozgásegyenlet
9.3. A Navier-Stokes-féle egyenlet
9.4. Alkalmazások
Couette-áramlás
Lamináris (réteges) áramlás csőben

10. Lamináris és turbulens áramlások, határrétegek
10.1. A Reynolds-féle kisérlet, lamináris és turbulens áramlások
10.2. Az időbeni átlagokra vonatkozó mozgásegyenlet
10.3. Határrétegek, keveredési úthossz, univerzális faltörvény

11. A határrétegek sajátosságai, hatásuk
11.1. A határréteg "kiszorít"
11.2. A határrétegben hő és anyagátadás játszódik le
11.3. A határrétegben csúsztatófeszültségek keletkeznek
11.4. A határréteg leválik
11.5. A határréteg szekunder áramlást okoz

12. Az áramlások hasonlósága

13. Hidraulika
13.1. A súrlódási veszteség
13.2. A dimenzióanalízis
13.3. A csősúrlódási veszteség
13.4. Csőidomok áramlási vesztesége
Borda-Carnot átmenet
Kilépési veszteség
Szelepek, tolózárak, csappantyúk
Hirtelen keresztmetszet-csökkenés
Diffúzor
Csőívek, könyökök
13.5. Összenyomható közeg áramlása csőben
13.6. Áramlás nyílt felszínű csatornákban
13.7. Alkalmazási példák
Házi vízellátó rendszer szivattyújának kiválasztása
Áramlás tartályokat összekötő csőben

14. Az áramlásba helyezett testekre ható erő
14.1. Az áramlási eredetű erők keletkezése
14.2. A hengerre ható áramlási erő
14.3. Szárnyakra ható erő
14.4. Hasábra ható áramlási erő
14.5. Porszemcse süllyedési sebessége

15. Összenyomható közegek áramlása, gázdinamika
15.1. Az energiaegyenlet
15.2. A Bernoulli-egyenlet összenyomható gázokra
15.3. A hang terjedési sebessége
15.4. Áramlások hasonlósága összenyomható közegek esetén
15.5. Gázok kiömlése tartályból, a Laval-cső
15.7. A nyomáshullám terjedése

16. Akusztikai alapismeretek
16.1. A hullámegyenlet
16.2. Hangteljesítmény, intenzitás
16.3. Szintek
16.4. A zaj spektrális jellemzése
16.5. Irányítottság

Ajánlott irodalom

B E V E Z E T É S

Ez a jegyzet egy kétes kimenetelű kísérletnek is tekinthető: sikerül-e mintegy kétszáz oldalon úgy összefoglalni az emberi tudás egy nagy szegmensének, az áramlástannak a lényeges részeit, hogy az olvasó elegendő segítséget kapjon annak megértésében, elsajátításában és ami a legfontosabb, megszeretésében és a mérnöki alkotómunkában való eredményes felhasználásában.

Mint minden ismeretközlés, a jegyzetírás is az "elhallgatás művészete": azt nehéz ugyanis meghatározni, hogy mi az, amit nem szükséges leírni, megtanítani és megtanulni. Az érdekes és fontos ismeretek nagy mennyisége és a terjedelmi korlátok közötti ellentmondást nehéz feloldani, nehezen kerülhető el a vázlatosság. Figyelembe véve azonban, hogy e jegyzet az előadásokkal, a tantermi és laboratóriumi gyakorlatokkal együtt segíti a felkészülést, és bízva az olvasó önálló munkájában a szerző vállalta a kevésbé részletes kifejtés kockázatát.

Az áramlástan olyan ismeretekkel foglalkozik, amelyek nemcsak a műszaki alkotások, a mérnöki feladatok nagy részében játszanak döntő szerepet, de hozzásegítenek ahhoz is, hogy megértsük az élő és élettelen természet számos jelenségét. A repülésben, a hajózásban, az energetikában, a közúti közlekedésben, a szállításban, a vízépítésben, a környezetvédelemben, a vegyiparban, az épületgépészetben és az emberi tevékenység számos más területén fontos szerepe van a közegek áramlásával kapcsolatos ismereteknek. Ugyanakkor a meteorológia, az orvostudomány, a biológia, a hidrológia, az oceanográfia művelése sem képzelhető el az áramlástan alkalmazása nélkül. Igen sok természeti jelenség, amely ősidők óta megragadja az ember képzeletét: a lángok lobogása, a folyók vizének áramlása, a tenger hullámzása, a felhők játéka, a szél susogása mind-mind a közegek áramlásával vannak kapcsolatban, mutatva a lehetséges változatok végtelen számát, az áramlási jelenségek bonyolultságát.

Az áramlástant sokan azért is tartják figyelemreméltó tantárgynak, mert igen szépen és érdemben kapcsolja össze a fizikai jelenségek leírását a matematikai ismeretek alkalmazásával és a gyakorlati mérnöki feladatok megoldásával. Ilymódon ez a tantárgy hozzájárulhat egy olyan mérnöki habitus kialakulásához, amely a gyakorlati műszaki feladatok igényes elméleti apparátus birtokában történő megoldását részesíti előnyben, ahol az elmélet és a gyakorlat szerves kapcsolata valósul meg.

Megköszönve Kristóf Gergely doktorandusz kolléga lelkes munkáját az ábrák elkészítésében és az anyag szerkesztésében a szerző kitartást és türelmet kérve, eredményt és örömet kívánva az olvasó jóindulatába ajánlja a jegyzetet.

Budapest, 1994 tavasz

Lajos Tamás