Μαθήματα

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ

Γενικά

Περιεχόμενα μαθήματος

• Βασικές ιδιότητες των ρευστών. Συστήματα μονάδων και εξάρτηση μεταξύ των μονάδων.
• Βασικές εξισώσεις της Μηχανικής Ρευστών: Αρχή Διατήρησης της Μάζας (εξίσωση συνέχειας), ΑρχήΔιατήρησης της Γραμμικής και Περιστροφικής Ορμής (2ος νόμος κίνησης του Newton), Αρχή
Διατήρησης της Ενέργειας (1ο θερμοδυναμικό αξίωμα), Καταστατικές Εξισώσεις.
• Υδροστατική: Σημειακή πίεση και κατανομή της με το βάθος ρευστού, μέτρηση πίεσης & μανόμετρα,
απόλυτη, σχετική και ατμοσφαιρική πίεση, στατική & δυναμική πίεση, δυνάμεις σε επίπεδες
(κατακόρυφες, οριζόντιες & κεκλιμένες) και καμπύλες επιφάνειες, άνωση.
• Βασική Μηχανική Ρευστών: Επιτάχυνση στοιχείου Ρευστού – 2ος Νόμος Newton, εξίσωση Bernoulli,
στατική, δυναμική & ολική πίεση, μέτρηση ταχύτητα ροής με σωλήνα Pitot–Static, παραδείγματα
εφαρμογής εξίσωσης Bernoulli, γραμμή ενέργειας & πιεζομετρική γραμμή, αποκλίσεις από την
εξίσωση Bernoulli.
• Κινηματική των Ρευστών: Πεδίο Ταχύτητας (περιγραφή ροής κατά Euler ή Lagrange, 1D, 2D & 3D
ροή, μόνιμη & μη μόνιμη ροή, ροϊκές γραμμές, ινώδεις φλέβες & ροϊκές τροχιές), Πεδίο Επιτάχυνσης
(η υλική παράγωγος, μη μόνιμα φαινόμενα, φαινόμενα συναγωγής), Όγκος Ελέγχου, Θεώρημα
Μεταφοράς Reynolds (μόνιμα & μη μόνιμα φαινόμενα, το θεώρημα για κινούμενους όγκους
ελέγχου, επιλογή όγκου ελέγχου).
• Διαστατική Ανάλυση και Ομοιότητας, Θεώρημα του Buckingham. Ορισμός και φυσική ερμηνεία των
Αδιάστατων Αριθμών της Μηχανικής Ρευστών (Reynolds, Mach, Froude, Weber, κ.λπ.).
• Ανάλυση δυνάμεων και ροή στοιχειώδους σωματιδίου ρευστού και εξαγωγή των διαφορικών
εξισώσεων της κίνησης των ρευστών (Navier-Stokes). Ανάλυση και ερμηνεία των διαφόρων όρων της
εξίσωσης αυτής.
• Ροή σε Κλειστούς Αγωγούς: Στρωτή & τυρβώδης ροή, ροή στην είσοδο του αγωγού, πίεση &
διατμητική τάση, πλήρως ανεπτυγμένη στρωτή ροή, πλήρως ανεπτυγμένη τυρβώδης ροή, μετάβαση
από στρωτή σε τυρβώδη ροή, τυρβώδης διατμητική τάση, κατανομή ταχύτητας σε τυρβώδη ροή,
διαστατική ανάλυση ροής σε κλειστούς αγωγούς, γραμμικές απώλειες, τοπικές απώλειες.

Μαθησιακοί Στόχοι

Μετά την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος, αναμένεται πως οι φοιτητές θα είναι σε θέση:
Να γνωρίζουν και να κατανοούν:

  • Ποιες είναι οι βασικές ιδιότητες των ρευστών, αναφορικά με τις δυνάμεις που τους
    προκαλούνται και της κίνησης που αυτές τους επιφέρουν (πυκνότητα, ιξώδες, επιφανειακή τάση, κ.λπ.), καθώς και άλλες χρήσιμες ιδιότητες (πίεση ατμών, κ.λπ.).
  • Ποιες είναι οι βασικές εξισώσεις διατήρησης που διέπουν την κίνηση ρευστών, και οι οποίεςείναι θεμελιώδεις και σε όλα τα επιμέρους πεδία της Ενεργειακής Μηχανολογίας, δηλαδή τις
    εξισώσεις διατήρησης Μάζας, Ορμής και Ενέργειας.
  • Ποιες είναι οι σχέσεις που διέπουν την ισορροπία των ρευστών, δηλαδή του γενικού πλαισίου
    που ονομάζεται “Υδροστατική”.
  • Πως καταλήγουμε στην εξίσωση Bernoulli, η οποία εκφράζει αφενός την αρχή διατήρησης της
    ενέργειας, αφετέρου συνδέει την ταχύτητα της ροής με την πίεση, τα δύο θεμελιώδη μεγέθη της
    ροής των ρευστών.
  • Την κινηματική της ροής των ρευστών, την έκφραση των εξισώσεων σε σύστημα αναφοράς τύπου Euler και Lagrange, την απεικόνιση της ροής των σωματιδίων του ρευστού, τη χρησιμότητα της Ολικής Παραγώγου στην έκφραση της γενικής Εξίσωσης Μεταφοράς, η οποία απεικονίζει και όλες της εξισώσεις της ροής (εξίσωση συνέχεια, ορμής, ενέργειας, κλπ.).
  • Τις βασικές αρχές της Διαστατικής Ανάλυσης, της Ομοιότητας και των Αδιάστατων Αριθμών,
    καθώς και της χρησιμότητάς τους στη μοντελοποίηση και διερεύνηση υπό κλίμακα των
    φαινομένων της ρευστομηχανικής, αλλά και γενικότερα της εφαρμοσμένης μηχανικής.
  • Πως καταλήγουμε στις διαφορικές εξισώσεις της κίνησης των ρευστών (εξισώσεις Navier-Stokes) και τι εκφράζει ο κάθε όρος τους.
    Να μπορούν να εφαρμόζουν:
  • Την εξίσωση της υδροστατικής πίεσης για να υπολογίζουν υδροστατικές δυνάμεις σε κατασκευές.
  • Την εξίσωση Bernoulli και την Αρχή Διατήρησης της Μάζας για να υπολογίζουν τη μεταβολή της
    ταχύτητας και της πίεσης σε ένα υδραυλικό δίκτυο.
  • Τους αδιάστατους αριθμούς για διάφορες περιπτώσεις ροής, ώστε να βγάζουν συμπεράσματα
    αναφορικά με τη φυσική και τη συσχέτιση των διαφόρων δυνάμεων.
  • Την ικανότητα αντιμετώπισης προβλημάτων που εμπίπτουν στο αντικείμενο της Μηχανικής
    Ρευστών του Μηχανολόγου Μηχανικού.

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών για επίλυση προβλημάτων.
• Αυτόνομη εργασία
• Ομαδική εργασία
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

Μέθοδοι Διδασκαλίας

Πρόσωπο με πρόσωπο

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

Χρήση του Συστήματος Ηλεκτρονικής Εκπαίδευσης της
Πανεπιστημιούπολης Σερρών (https://elearning.cm.ihu.gr/)
– Επικοινωνία με τους φοιτητές μέσω e-mail.

Οργάνωση Διδασκαλίας

ΔραστηριότηταΦόρτος εργασίας εξαμήνου
Διαλέξεις117
Σύνολο117

Αξιολόγηση Φοιτητών

Τελική γραπτή εξέταση στην ύλη των Διαλέξεων, η οποία
περιλαμβάνει επίλυση πρακτικών προβλημάτων (ασκήσεις).
Η εξέταση γίνεται στην Ελληνική Γλώσσα.
Οι φοιτητές βαθμολογούνται με βάση το εάν και κατά πόσον έχουν
επιλύσει σωστά τα Προβλήματα.
Οι ορθές απαντήσεις / λύσεις των θεμάτων της εξεταστικής
αναρτώνται στη σελίδα του μαθήματος.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

1. Πρίνος Π. «Μηχανική Ρευστών», Εκδόσεις ΖΗΤΗ, 1η Έκδοση, Θεσσαλονίκη 2014.
2. White, F. M., «Fluid Mechanics», McGraw-Hill, 4th Ed., New York, 2001.
3. Munson, B. R., Young, D. F.& Okiishi, T. H., “Fundamentals of Fluid Mechanics”, 4th Ed., John Wiley
& Sons, New York, 2002.