Μαθήματα

Ρευστομηχανική

Γενικά

Περιεχόμενα μαθήματος

Θεωρητική, τεχνική και εφαρμοσμένη Ρευστομηχανική. Ορισμός και ιδιότητες των ρευστών. Η ρευστή κατάσταση. Πυκνότητα, πίεση και θερμοκρασία. Εσωτερική ενέργεια, ενθαλπία, εντροπία, ειδική θερμοχωρητικότητα. Η συμπιεστότητα των ρευστών.
ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ. Η θεμελιώδης αρχή, δυνάμεις σε επιφάνειες. Αρχή του Αρχιμήδη. Ρευστά σε πεδία δυνάμεων. ΑΕΡΟΣΤΑΤΙΚΗ. Θεμελιώδης αρχή.
Κατανομή ατμοσφαιρικών μεγεθών. Οι προτυποποιημένες ατμόσφαιρες. Υψομέτρηση. Αεροστατική άνωση.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΡΟΗΣ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ. Ταχύτητα και ροϊκό πεδίο. Τροχιές, ροϊκές γραμμές, ακολουθίες. Ροϊκό νήμα, σωλήνας, επιφάνεια. Συστήματα αναφοράς και συντεταγμένων. Πειραματική και υπολογιστική απεικόνιση ροϊκού πεδίου. ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΡΕΥΣΤΑ. Ιξώδες και διατμητική τάση. Παραμόρφωση. Mη νευτωνικά ρευστά. Δυναμικό και κινηματικό ιξώδες. Θερμική αγωγιμότητα. Υπολογισμός μεγεθών μεταφοράς.
ΟΜΟΙΟΤΗΤΑ: αδιάστατοι αριθμοί, π-Θεώρημα του Βuckingham. ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ ΡΟΕΣ: εξισώσεις Νavier-Stokes, αναλυτικές λύσεις. Επίπεδες, μόνιμες και στροβιλές ροές ασυμπίεστου ρευστού: συνάρτηση δυναμικού, ροϊκή συνάρτηση, εξίσωση Laplace, στοιχειώδεις ροές, γραμμική επαλληλία στοιχειωδών ροών, εφαρμογές. Στρωτή, μεταβατική και τυρβώδης ροή: περιγραφή τυρβώδους ροής, φαινομενικές τάσεις.
ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΡΟΪΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ. Eξίσωση συνέχειας. Επιτάχυνση της ροής. Δυναμικές εξισώσεις της ροής. Εξίσωση ενέργειας. Οι εξισώσεις ορμής και στροφορμής και εφαρμογές σε ρευστομηχανικές μηχανές . ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ ΑΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ ΡΟΗΣ ΣΕ ΚΛΕΙΣΤΟΥΣ ΑΓΩΓΟΥΣ. Στρωτή και Τυρβώδης ροή σε κυκλικούς αγωγούς. Ροή σε μη κυκλικούς ή μη ευθύγραμμους αγωγούς. Ο υπολογισμός των απωλειών ενέργειας σε αγωγούς. ΡΟΗ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΓΩΓΩΝ. Ρευστομηχανικά συστήματα αγωγών. Γραμμική και μη-γραμμική ανάλυση δικτύων αγωγών.

Μαθησιακοί Στόχοι

Ο στόχος του μαθήματος είναι να εξοικειώσει το φοιτητή με τις έννοιες της Μηχανικής των Ρευστών και ιδιαίτερα με τις εφαρμογές των νόμων της στην σχεδίαση και την παραγωγή ρευστοδυναμικών μηχανών όπως αντλιών, συμπιεστών, τουρμπινών, υπερπληρωτών κλπ.
Το μάθημα αποτελεί το βασικό εισαγωγικό μάθημα στις έννοιες της Μηχανικής των Ρευστών.
Η ύλη του μαθήματος στοχεύει στην εισαγωγή των σπουδαστών στην επιστήμη του Μηχανολόγου Μηχανικού. Ο φοιτητής αποκτά γνώσεις της Μηχανικής των Ρευστών σχετικά με τη συμπεριφορά τους σε στατικές και κινηματικές καταστάσεις με στόχο την διερεύνηση της επίδρασης αυτών σε εξαρτήματα ρευστοδυναμικών μηχανών. Οι γνώσεις αυτές είναι αναγκαίες και χρησιμοποιούνται σε πολλά επόμενα μαθήματα του Μηχανολόγου, όπως Αεροδυναμική, ρευστοδυναμικές μηχανές, μηχανές εσωτερική καύσης κλπ.
Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής / τρια θα είναι σε θέση να:
• Έχει κατανοήσει τα βασικά μεγέθη που διέπουν την κατάσταση των ρευστών, όπως πίεση, ταχύτητα, θερμοκρασία, πυκνότητα, ιξώδες, διατμητική τάση κλπ.
• Έχει γνώσεις υπολογισμού της επίδρασης των στάσιμων ρευστών σε στερεά σώματα και διάφορα μηχανολογικά εξαρτήματα (υδροστατικές και αεροστατικές δυνάμεις σε δοχεία, δεξαμενές, φράγματα, θυρίδες ελέγχου στάθμης κλπ.).
• Θα γνωρίζει και θα μπορεί να εφαρμόζει τις θεμελιώδεις εξισώσεις που διέπουν την κίνηση των ρευστών (εξισώσεις διατήρησης της μάζας, της ορμής και της ενέργειας των ρευστών) ώστε να μπορεί να προσδιορίσει την κινητική κατάσταση των ρευστών μέσα και γύρω από διάφορα μηχανολογικά εξαρτήματα, όπως για παράδειγμα σε ροές σε αγωγούς κεντρικής θέρμανσης, ύδρευσης, κλιματισμού.
• Θα γνωρίζει και θα μπορεί να εφαρμόζει τους νόμους της Μηχανικής των Ρευστών για των υπολογισμό δυνάμεων και ροπών που ασκεί το ρευστό στα περιβάλλοντα στοιχεία κατά την ροή του σε μηχανήματα.

Γενικές Ικανότητες

Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών.
Ομαδική Εργασία.
Σχεδιασμός και Διαχείριση Έργων.
Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.

Μέθοδοι Διδασκαλίας

Θεωρητική από έδρας διδασκαλία με συζήτηση και ενεργή συμμετοχή των φοιτητών. Οι διαλέξεις του μαθήματος υποστηρίζονται από διαφάνειες παρουσίασης του συνόλου της εκπαιδευτικής ύλης, ενώ ο λευκός πίνακας χρησιμοποιείται:
α) για την εμβάθυνση επιλεγμένων θεματικών ενοτήτων,
β) για την προαγωγή της ενεργούς συμμετοχής των φοιτητών στη βήμα-προς-βήμα επίλυση προβλημάτων,
γ) τη διεξοδική επίλυση Ασκήσεων Πράξης.
Το μάθημα υποστηρίζεται από εξοπλισμό για τη μέτρηση παραμέτρων ροής όπως πίεση και ταχύτητα.

Αξιολόγηση Φοιτητών

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος διαμορφώνεται κατά 70% από τον βαθμό του θεωρητικού μέρους και κατά 30% από τον βαθμό του εργαστηριακού, υπό την προϋπόθεση ότι ο φοιτητής έχει αξιολογηθεί με προβιβάσιμο βαθμό σε κάθε μέρος του μαθήματος.
Ο βαθμός του θεωρητικού μέρους διαμορφώνεται από γραπτή τελική εξέταση.
1. Η γραπτή τελική εξέταση του θεωρητικού μέρους δύναται να περιλαμβάνει: Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής, Επίλυση προβλημάτων εφαρμογής των γνώσεων που αποκτήθηκαν, Ερωτήσεις σύντομης απάντησης, Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας.
2. Η εξέταση των Εργαστηριακών Ασκήσεων πραγματοποιείται με τη συνεχή αξιολόγηση των εργαστηριακών δεξιοτήτων και της θεωρητικής γνώσης που αποκτήθηκαν στα πλαίσια της διδασκαλίας του μαθήματος με τη μέθοδο της συνεχούς αξιολόγησης.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος ΕΥΔΟΞΟΣ
Μηχανική Ρευστών, 1η Έκδοση, Πρίνος Παναγιώτης, ISBN: 978-960-456-419-4
Μηχανική Ρευστών, 8η Έκδοση, Munson – Okooshi – Huensch – Rothmayer