0. Johdatus virtausmekaniikkaan KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet
Päivän anti Mitä virtaus on, miksi se on kiinnostavaa ja mitkä ovat siihen keskeisesti liittyvät käsitteet? Motivointi: Flows occur in all fields of our natural and technical environment and anyone perceiving their surroundings with open eyes and assessing their significance for themselves and their fellow beings can convince themselves of the farreaching effects of fluid flows. Without fluid flows life, as we know it, would not be possible on Earth, nor could technological processes run in the form known to us and lead to the multitude of products which determine the high standard of living that we nowadays take for granted. Without flows our natural and technical world would be different, and might not even exist at all. Flows are therefore vital. - Franz Durst (2008) Fluid Mechanics An Introduction to the Theory of Fluid Flows, Springer Young et al (2012), kappaleet 1.1-1.8, 1.11
Osaamistavoitteet Määrittää fysikaalisten suureiden dimensiot ja yksiköt Tunnistaa virtausmekaniikassa käytetyt keskeiset aineominaisuudet Määrittää yleiset aineominaisuudet annettujen tietojen perusteella Käyttää viskositeetin käsitettä
Missä virtauksia kohdataan?
Miksi virtauksen ymmärtäminen on tärkeää?
Miksi virtauksen ymmärtäminen on tärkeää? Kuva: http://en.wikipedia.org/wiki/tacoma_narrows_bridge_(1940) Video: http://www.youtube.com/watch?v=xggxeufdadu
Miksi virtauksen ymmärtäminen on tärkeää? http://venus.iis.u-tokyo.ac.jp/english/facilities/facilities.htm
Miksi virtauksen ymmärtäminen on tärkeää? http://www.industrytap.com/dangers-of-wind-turbines/1339
Miksi virtauksen ymmärtäminen on tärkeää? http://hdw.eweb4.com/out/1137578.html
Miksi virtauksen ymmärtäminen on tärkeää? http://i297.photobucket.com/albums/mm213/blackfly01/ships/destroyers/halifax_storm.jpg
Miksi virtauksen ymmärtäminen on tärkeää? http://www.tfd.chalmers.se/~hani/research/
Mitä tuttua virtausmekaniikkaan liittyy?
Miten virtauksia kuvataan?
Miten virtauksia kuvataan? http://ww1.prweb.com/prfiles/2009/01/20/1126544/jaguarexahighres18cropped.png
Mitkä ovat keskeiset fluidin ominaisuudet?
Mitkä ovat keskeiset fluidin ominaisuudet? Video: Young et al (2012), Introduction to Fluid Mechanics, 5th edition
Mitä fluidin viskositeetti kuvaa?
Mitä fluidin viskositeetti kuvaa? Young et al (2012), Introduction to Fluid Mechanics, 5th edition
Mitä fluidin viskositeetti kuvaa? Young et al (2012), Introduction to Fluid Mechanics, 5th edition
Päivän anti Mitä virtaus on, miksi se on kiinnostavaa ja mitkä ovat siihen keskeisesti liittyvät käsitteet? Motivointi: Flows occur in all fields of our natural and technical environment and anyone perceiving their surroundings with open eyes and assessing their significance for themselves and their fellow beings can convince themselves of the farreaching effects of fluid flows. Without fluid flows life, as we know it, would not be possible on Earth, nor could technological processes run in the form known to us and lead to the multitude of products which determine the high standard of living that we nowadays take for granted. Without flows our natural and technical world would be different, and might not even exist at all. Flows are therefore vital. - Franz Durst (2008) Fluid Mechanics An Introduction to the Theory of Fluid Flows, Springer
Kurssi ja järjestelyt
Kurssin rooli opinnoissa
Osaamistavoitteet kurssilla Kurssin keskeisenä osaamistavoitteena on opiskelijan virtausmekaanisen yleissivistyksen kehittäminen Paino on keskeisten käsitteiden, terminologian, keskeisten virtausilmiöiden ja yksinkertaisten perusvirtausongelmien ratkaisutekniikoiden oppimisessa Kurssin suorittanut opiskelija osaa käyttää virtausmekaniikan termistöä ja osaa selittää, mitä virtausmekaniikan keskeiset käsitteet tarkoittavat, mihin periaatteisiin virtausmekaniikan perusyhtälöt perustuvat ja miten yhtälöitä voidaan yksinkertaistaa Opiskelija osaa selittää dimensioanalyysin perusajatuksen ja soveltaa sitä virtausmekaniikassa esimerkiksi koetulosten skaalaamiseksi Opiskelija osaa ratkaista yksinkertaisia virtausteknisiä ongelmia, kuten määrittää putkiston tilavuusvirran, painehäviön tai pumpun nostokorkeuden ja määrittää kappaleisiin vaikuttavia voimia, momentteja tai pyörivien virtauskoneiden ominaisuuksia virtausnopeuksien perusteella
Kurssin sisältö 9 To 24.3. Kitkaton virtaus ja potentiaaliteoria Levossa oleva fluidi ja paine 10 Ti 29.3. 2 Ti 1.3 Fluidin liike ja Bernoullin yhtälö Potentiaaliteorian perusratkaisut ja superponointi 11 Ti 12.4. Dimensioanalyysi 3 To 3.3 Bernoullin yhtälön käyttö 12 To 14.4. Mallikokeet 4 Ti 8.3. Kontrollitilavuusajattelu ja massan säilyminen 13 Ti 19.4. Putkivirtaukset 14 To 21.4. Putkivirtausten ratkaiseminen 5 To 10.3. Liikemäärän ja kulmaliikemäärän säilyminen 15 Ti 26.4. Rajakerros ja virtaus kappaleiden ympäri 6 Ti 15.3. Energiayhtälö, häviöt ja laajennettu Bernoulli 16 Ti 3.5. Kappaleen vastus ja nostovoima 7 To 17.3. Differentiaalimuotoinen jatkuvuusyhtälö 17 Ti 10.5. Pyörivät virtauskoneet 8 Ti 22.3. Differentiaalimuotoinen liikemääräyhtälö (NavierStokes) 0 Ti 23.2. Johdatus virtausmekaniikkaan 1 To 25.2.
Kurssin suorittaminen Työmäärä: luennot (36 t), kotitehtävät (40 t, sis. laskutuvat), omatoiminen opiskelu (51 t), tentit (3-6 t) Toteutus: luennot ja harjoitustehtävät (10 kierrosta), tukena laskutuvat Arviointi: 0-5, harjoitukset (1/3) ja välikokeet/tentti (2/3); molemmista osioista saatava vähintään arvosana 1 Materiaali: Young, Munson, Okiishi, (Huebsch), (A Brief) Introduction to to Fluid Mechanics, Wiley Ilmoittautuminen: WebOodi (pakollinen) Kunkin luennon aihe vastaa noin 10-20 sivun osuutta kurssikirjasta. Jokaiseen laskuharjoituskierrokseen liittyy 4 tehtävää. Helpoin tapa suorittaa kurssi: lue kirjaa ja tee tehtäviä säännöllisesti (tämä ei ole vitsi).
Kurssin henkilökunta Vastuuopettaja: Tommi Mikkola, tommi.mikkola@aalto.fi Assistentit: Aleksi Barsk Aaro Karola Atte Kattainen Tuomas Kyllönen Alpo Laitinen Aleksi Mäki Patrik Sahiluoma Simo Simolin
Laskuharjoitukset No. Aihe DL 1 Johdatus ja levossa oleva fluidi To 3.3 2 Bernoullin yhtälö To 10.3. 3 Säilymisperiaate To 17.3. 4 Energiayhtälö ja häviöt To 24.3. 5 Differentiaalimuotoiset yhtälöt To 31.3. 6 Potentiaaliteoria To 14.4. 7 Dimensioanalyysi To 21.4. 8 Putkivirtaukset To 28.4. 9 Virtaus kappaleiden ympäri To 12.5. 10 Pyörivät virtauskoneet To 19.5. Tehtävät ovat jaossa MyCourses -sivuilla Kukin tehtävä palautetaan omalla paperillaan kyyhkyslakan lokeroihin 1-4 Muista merkitä jokaiseen paperiin selvästi oma nimi, opiskelijanumero tehtävän numero Laskutehtävät arvioidaan seuraavasti ratkaisuprosessista 2p oikeasta ratkaisusta ja ratkaisun kuvauksesta 1p
Laskutuvat Ma 8-10 K202 Simo Simolin Ma 12-14 K150 Aleksi Mäki Ti 14-16 K150, K342 Alpo Laitinen, Tommi Mikkola Ke 8-10 K150 Atte Kattainen To 8-10 K150 Aaro Karola To 14-16 K202 Tuomas Kyllönen Pe 8-10 K150 Patrik Sahiluoma Pe 12-14 K202* Aleksi Barsk *4.3. päärakennuksen salissa M237 Tule tekemään kotitehtäviä, keskustelemaan tehtävistä muiden opiskelijoiden kanssa ja kysymään neuvoa tehtäviin kurssin assistenteilta Ensimmäinen laskutupa järjestetään tänään klo 14-16 Poikkeukset ilmoitettu kurssin sivuilla Vaikka olisit ilmoittautunut WebOodissa johonkin tiettyyn laskutupaan, voit osallistua myös muihin laskutupiin.
Välikokeet ja tentit Kurssin voi suorittaa kahdella välikokeella tai tentillä Välikoe 1: Välikoe 2: Tentti: Pe 8.4.2016 klo 13:00-17:00, salit Aalto, K213 ja K215 Pe 27.5.2016 klo 8:00-12:00, salit Aalto ja D Pe 27.5.2016 klo 8:00-12:00, salit Aalto ja D Näiden lisäksi tenttejä pyritään järjestämään syyskuussa, joulukuussa ja helmikuussa Kahden hylätyn suorituksen jälkeen mahdollisuus osallistua tenttiin arvioidaan kehityskeskustelussa. Kolmen hylätyn suorituksen jälkeen harjoitukset tulee suorittaa uudestaan. Samoin, jos tenttiä ei ole suoritettu hyväksytysti ensi kevään kurssiin mennessä. Kokeessa sallittuja välineitä ovat kirjoitusvälineet ja taskulaskin. Koepaperin yhteydessä jaetaan kaavakokoelma, joka tulee myös MyCourses-sivuille
Seuraavaksi kerraksi Torstain luennon aiheena: Levossa oleva fluidi ja paine, Young et al (2012): 2.1-2.10, 2.13 Miten paine tyypillisesti käyttäytyy levossa olevassa nesteessä ja miten tätä tietoa voidaan käyttää paineen mittaamiseen ja levossa olevan nesteen aiheuttamien kuormien laskemiseen? Motivointi: levossa oleva fluidi on yksinkertaisin virtausmekaniikan ongelmista, joten se toimii erinomaisena lähtökohtana virtausmekaniikan opiskelulle, mutta samalla levossa olevan nesteen painejakauman ymmärtämisellä on keskeinen rooli useissa käytännön tilanteissa.