Transcript MehTek 9-13
STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA U otvorenim vodotocima sa slobodnim vodnim licem bitni su pojmovi: proticajna površina A , omočeni opseg O i hidraulički radijus Rh = A/O. Za pravokutni poprečni presjek: A h Rh O 1 2h / B (korita velike širine h/B0 ; Rh = h). Često se koristi trapezna forma proticajnog presjeka sa nagibom pokosa m. Kanalizacijski kanali često se izvode u formi kružnih poprečnih cijevi. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA U reguliranim vodotocima često se pojavljuju i kompozitni kanali. Prirodna korita su nejednolika a dubina se referencira na vertikalnu udaljenost između kote slobodnog vodnog lica i najniže kote dna. Ako su obale sačinjene od otpornog materijala koji se odupire djelovanju posmičnog naprezanja, profil će ostati stabilan i nepromijenjen tijekom vremena. Ako to nije slučaj te dolazi do erozije ili deponiranja materijala a profil će tijekom vremena meandrirati. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA Klasifikacija otvorenih vodotoka: jednoliko i nejednoliko Klasifikacija otvorenih vodotoka: stacionarno - nestacionarno STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA Klasifikacija otvorenih vodotoka: laminarno i turbulentno V4Rh Reh υ Kritični Reynoldsov broj za otvorene vodotoke D = 4Rh Rekrit 500 Klasifikacija otvorenih vodotoka: mirno, kritično i silovito STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA - otpori i turbulentno strujanje Za praktične potrebe usvaja se logaritamski profil brzina po cijeloj vertikali od dna do vodnog lica: u* u y = 1 + 2,5 1 + ln V V h Bezdimenzionalna jednadžba kojom su definirani odnosi brzina u pojedinoj točki vertikalnog profila brzina u, maksimalne brzine u vertikalnom profilu umax i srednjih brzina u vertikalnom profilu V. Intenzivnija turbulencija (hrapavije dno) uzrokuje manje „pune“ profile brzina odnosno manje pridnene i veće površinske brzine. Za logaritamski profil brzina, popravni Koriolis-ov koeficijent kinetičke energije poprima vrijednost 1,04. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA - otpori i turbulentno strujanje Raspodjele posmičnih naprezanja po konturama trapeznog proticajnog profila: Posljedica nejednolikog profila naprezanja je pojava „slabog“ sekundarnog strujanja u proticajnom profilu te pojava maksimalnih brzina strujanja sa pomakom od površine u dubinu. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – jednoliko tečenje Praktični interes je proračun srednjih brzina V i protoka Q u proticajnom profilu jednolike dionice otvorenog korita. Koristi se Chezyjeva jednadžba: V = C RhI0 C - Chezy-jev koeficijent hrapavost I0 - nagib dna kanala Za jednoliko tečenje vrijedi: I0 = IPL= IEL IPL - nagib linije vodnog lica IEL - nagib energetske linije IEL Za definiranje Chezy-jevog koeficijenta hrapavosti u praksi se često kristi Manning-ov koeficijent hrapavosti n: 16 C = Rh n STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – jednoliko tečenje Upotrebom Chezy-jeve jednadžbe u uvjetima jednolikog i stacionarnog tečenja određuje se funkcijski odnos Q(h) = V(h)A(h) koji se u dijagramskom prikazu naziva i konsumpciona krivulja. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – lokalne promjene u geometriji toka U tečenju sa slobodnim vodnim licem također se pojavljuju više ili manje nagle promjene geometrije strujanja kao posljedica u promjenama geometrije proticajnog profila (suženja, proširenja, stepenice itd.). Time se uzrokuje povećano vrtloženje i lokalni gubici energije: V2 hV = ξ 2g V - srednja brzina u proticajnom profilu (uobičajeno prije promjene proticajnog profila) STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – specifična energija pop. presjeka U koritima proizvoljnog (neprizmatičnog) proticajnog presjeka režim tečenja se dijeli na mirno, siloviti i kritično tečenje. Definiranje režima provodi se kroz analizu specifične energije poprečnog presjeka koja je definirana izrazom: αQ 2 E =h+ 2gA2 Ekstrem funkcije specifične energije poprečnog presjeka E dobiva se upotrebom prve derivacije: dE αQ 2 dA =1- 3 dh gA dh dA = Bdh αQ 2 B=1 3 gA Froudeov broj (**2) STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – specifična energija pop. presjeka Fr < 1 mirni režim Fr > 1 siloviti režim Fr = 1 kritično tečenje Dubina pri kojoj se pojavljuje Fr = 1 naziva se kritična dubina hkr a srednja brzina u takvom proticajnom presjeku kritična brzina vkr. V q/h q = Q/B q2 E = h+ 2gh2 2 q h3 - Eh2 + =0 2g U slučaju fiksiranja vrijednosti protoka Q = konst. i specifične energije E moguća su dva rješenja dubina h1 i h2. Smanjenjem specifične energije te dvije dubine se približavaju te pri ostvarenju minimuma E = Emin postoji samo jedna dubina i to kritična dubina hkr pri kojoj je Fr2 = Fr =1. Kritična dubina hkr za pravokutni kanal može se dobiti i eksplicitno: 1/3 q hkr = g 2 (pri kritičnoj dubini Vkr = q/hkr) Emin 1 3 = h + hkr = hkr 2 2 STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – specifična energija pop. presjeka Dijagram specifične energije poprečnog presjeka (dubina h je funkcija specifične energije poprečnog presjeka E pri konstantnom specifičnom protoku q) h>hkr (Fr < 1) mirno tečenje h<hkr (Fr > 1) silovito tečenje VAŽNO: Krivulja se dobiva pri varijaciji nagiba dna kanala uz Q,q = konst. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – specifična energija pop. presjeka Za bilo koju raspoloživu specifičnu energiju presjeka E postoji i odgovarajući maksimalni protok qmax koji se može transportirati u uvjetima kritičnog tečenja (hkr i Vkr). Primjer preljevanja preko tzv. širokog praga. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – specifična energija pop. presjeka Iz tih razloga tokovi svladavaju „prepreke“ poput preljeva i visokih pragova na „štedljivi“ način uz najviše kote „prepreka“ pojavljuju se uvjeti kritičnog tečenja sa kritičnim dubinama. Tečenja prije širokog je mirno, na širokom pragu je kritično a na nizvodnoj dionici režim tečenja ovisi o nizvodnom nagibu dna kanala te može biti miran (I0<Ikrit ; h>hkr, Fr < 1) ili silovit (I0>Ikrit ; h<hkr, Fr > 1). STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – specifična energija pop. presjeka Praktična primjena analize specifične energije u uvjetima stacionarnog tečenja i uz zanemarenjelinijskih i lokalnih gubitaka. Dubine prije i poslije pregrade predstavljaju par h1 i h2 pri istom specifičnom protoku q i pri istoj specifičnoj energiji E. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – specifična energija pop. presjeka Podizanjem pregrade iznad kritične dubine hkr nastupa maksimalni mogući specifični protok qmax za raspoloživu specifičnu energiju E. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – specifična energija pop. presjeka Tečenje preko pridnenog grebena relativno male visine h (iza grebena nema odvajanje graničnog sloja i pojava lokalnog gubitka uzrokovanog intenzivnim vrtloženjem). MIRNO SILOVITO MIRNO (Fr < 1) SILOVITO (Fr >1) Uzdizanje dna dz/dx > 0 Spuštanje dna dz/dx < 0 dh/dx < 0 dh/dx > 0 dh/dx > 0 dh/dx < 0 Proširenje dB/dx > 0 Suženje dB/dx < 0 dh/dx > 0 dh/dx < 0 dh/dx < 0 dh/dx > 0 STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – prelijevanje i istjecanje Oštrobridni široki preljev Preljev visine P u kanalu širine B s brzinom pristrujavanja u mirnom režimu V0 uz energiju E0 i dubinu h0. Energetski gubici se zanemaruju. Iznad najviše kote preljeva pojavljuje se kritična dubina hkr koja V02 2 2 iznosi: hkr = 3 E0 - P = hp + 3 2g hp - visina prelijevanja (vertikalna udaljenost između najviše kote preljeva i razine vodnog lica na “dovoljnoj” udaljenosti od preljeva. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – prelijevanje i istjecanje Obzirom na formirano kritično tečenje iznad samog preljeva protok se izračunava upotrebom jednadžbe: 2 V Q = qB = gh B = g hp + 2g 3 3 kr 2 0 3/2 B daljnjim sređivanjem prelazi u izraz: Q = CQ 2g hp3/2B CQ - bezdimenzionalni koeficijent preljeva Za slučaj visokog preljeva hp/P0 ; V00: 1 2 CQ = 2 3 3/2 = 0,385 Navedeni izraz se koristi i za ostale vrste preljeva, a koeficijent preljeva CQ se dobiva eksperimentalno. U općem slučaju preljeva koeficijent preljeva CQ u ovisnosti od: hp V0 V0 h0 V0 ,Fr0 ,forma,hrapavost,Re , We P gh0 hp STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – prelijevanje i istjecanje Češći primjer je primjena preljeva sa zaobljenom krunom odnosno preljev praktičnog profila : Moguće izvedbe u vidu tzv. vakumskog i bezvakumskog preljeva. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – prelijevanje i istjecanje Istjecanje Na dovoljnoj uzvodnoj udaljenosti od profila pregrade strujnice su paralelne, a raspodjela tlakova po vertikali (dubine h0) vodnog stupca je hidrostatska. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – prelijevanje i istjecanje U proticajnom profilu pregrade strujanje je nejednoliko a strujnice nisu paralelne. Na određenoj nizvodnoj udaljenosti od pregrade ponovno se uspostavlja proticajni profil s paralelnim strujnicama (kontrahirani proticajni presjek). Odnos visine odizanja pregrade “s” i kontrahirane dubine h1 je koeficijent kontrakcije CC (eksperimentalno dobiven ; h1 = CCs). STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – prelijevanje i istjecanje Za istjecanje ispod pregrade u kanalu jednolike širine B: - površina kontrahiranog presjeka A1=CC s B - jednadžba kontinuiteta Q0=Bh0V0 = Q1= BCC sV1 - specifična energija jednaka u oba presjeka E0 = E1 (pretpostavka odsustva energetskih gubitaka) V02 V12 h0 + = CCs + 2g 2g V1 = 2g h0 - CCs + V02 Q = CC s 1 - CC 2gh0 sB h0 Q = CQ 2gh0 sB U slučaju horizontalnog dna i visoke pregrade s/h0 0 ; Fr0 0 vrijednost koeficijenta istjecanja je CQ = 0,611. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – vodni skok Na prelasku iz silovitog u mirni režim strujanja pojavljuje se tranzicijski fenomen zvan vodni skok. Kroz vodni skok dolazi do smanjenja srednjih brzina i povećanje dubine te do visokog stupnja disipacije mehaničke energije toka hv. Normalni vodni skok Obzirom na gubitak energije toka hv koncept specifične energije nije moguće primijeniti (energetski gubici u vodnom skoku nisu apriori poznati). STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – vodni skok Moguća je primjena zakon o očuvanju količine gibanja na kontrolnom volumenu u kojem je sadržan normalni vodni skok. Normalni vodni skok h12 h22 ρg - ρg - τ 0L j = ρq V2 - V1 2 2 q =V1h1=V2h2 h1,h2 - prva i druga spregnuta dubina 0 - osrednjeno posmično naprezanje na dnu Lj - duljina vodnog skoka Umonožak Lj je zanemariv naspram sila hidrostatskog tlaka. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – vodni skok Jednadžba vodnog skoka (ZOKG i JK) definira međusoban odnos spregnutih dubina h1 i h2: h1 h2 = 2 2 1 1 + 8Fr - 1 h2 h1 = 2 2 2 1 + 8Fr - 1 Fr1 = v gh1 Fr1 - Froudeov broj u profilu prve spregnute dubine h1 Nakon izračuna druge spregnute dubine h2 i V2 može se izračunati i gubitak energije (disipacije) u vodnom skoku: hv h2 - h1 = 4h1h2 3 >1 STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – vodni skok Duljina vodnog skoka Lj dobiva se eksperimentalno a za praktične potrebe može se koristiti izraz Lj 6,1h2. Povećanje Fr1 uzrokuje povećanje omjera h2 / h1 i hv / E1. Ukoliko su uvjeti nizvodne dionice vodotoka takvi da je normalna dubina manja od druge spregnute dubine h2 doći će do odbačenog vodnog skoka koji propagira nizvodno (ugrožena stabilnost korita). Potrebno je osigurati potopljeni vodni skok u kojem je druga spregnuta dubina h2 manja od nizvodne normalne dubine. STRUJANJE U OTVORENIM VODOTOCIMA – vodni skok Ukoliko se ne mogu osigurati uvjeti potopljenog vodnog skoka izvodi se bučnica ili slapište. Bučnica osigurava stabilizaciju (potapljanje) vodnog skoka u njenim gabaritima. Bučnica se izvodi na kraju preljevne građevine ukapanjem ispod kote dna prirodnog korita (produbljenje). STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Darcyjeva brzina v = Q/A primjenjuje se primarno u analizi strujanja podzemnih voda, odnosno strujanja u poroznim sredinama podzemnih vodonosnika. Oslanja se na pretpostavku kontinuuma (v = Q/A) u kojoj prisustvo krute faze unutar proticajnog presjeka A nije uzeto u obzir. Posljedica toga je veća stvarna brzina strujanja od Darcyjeve brzina, a što posebno ima važnosti u analizi pronosa onečišćenja s tokovima podzemnih voda. STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Darcyjev eksperimentalni uređajem služi za određivanje Darcyevog koeficijenta filtracije (propusnosti) k poroznog filtarskog materijala. Dobiva se iz mjerenja vrijednosti Darcyeve brzine v = Q/A i hidrauličkog pada I = h/l (omjer pada piezometarske visine h na duljini puta l ). Δh v =k Δl QΔl k= AΔh STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA U općem 3D slučaju k je tenzor u funkciji karakteristika geološkog sloja i same proticajne tekućine. Strujanje podzemnih voda može se promatrati ako potencijalno. h v k I I l h h h v ui v j wk u k ; v k ; w k x y z kh kh kh v i j k x y z kh POTENCIJAL v grad v grad kh p fizikalno: h z g STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Strujno polje u potencijalnom strujanju definirano je mrežom ekvipotencijala i strujnica. STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Hidraulička (Dupuitova) teorija strujanja pretpostavlja zanemarenje utjecaja vertikalne komponente strujanja (ekvipotencijale su vertikale). U neposrednoj blizini zdenca vertikalna komponenta strujanja ne može se zanemariti (narušavanje Dipuitova pretpostavke). STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Vodonosnici se pojavljuju u dva karakteristična oblika, sa slobodnim vodnim licem i pod tlakom. STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA U slučaju vodonosnika sa slobodnim vodnim licem korisno je uvesti i pojam potencijala Girinskog. STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA q l q grad potencijal protoka h2 h q k h k 2 l l h2 k 2 l l h2 k 2 STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Analiziramo samo jednostavnije slučajeve izvedbe potpunih zdenaca (do nepropusne podine) za slučaj vodonosnika pod tlakom i sa slobodnim vodnim licem. 2 0 2 H -h Q = π k R ln r nelinearna veza između Q i h STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA H0 -h Q = 2π k M R ln r linearna veza između protoka Q i sniženja s STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Primjenom potencijala Girinskog u slučaju crpljenja iz vodonosnika sa slobodnim vodnim licem dobiva se linearni odnos između protoka crpljenja Q i pada potencijala Girinskog . 2 2 kh kH0 ; x 0 x ; x x 0 x ; 0 2 2 2x kh2 kH02 2 ; s H0 h; x ; h H0 k 2 2 Q R 0 x ln LINEARNI ODNOS x i Q 2 r x Time se omogućuje primjena principa superpozicije i za slučajeve grupe zdenaca u vodonosniku sa slobodnim vodni licem. STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Primjena principa superpozicije za grupu zdenaca (dva zdenca) u vodonosniku pod tlakom i sa slobodnim vodnim licem daje jednadžbe sniženja piezometarske visine (pod tlakom) i sniženja razine vodnog lica (sa slobodnim vodnim licem) u proizvoljnoj točki horizontalne ravnine. STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA x 1 2 m m Qi R sx si ln ri 1 1 2 kM Q1 R Q2 R x ln ln 2 r1 2 r2 m m sx s1 s2 Qi R x i ln ri 1 1 2 Q1 R Q2 R sx ln ln 2 kM r1 2 kM r2 kH02 khx2 x 0 x 2 2 STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Ideja superpozicije koristi se i u sklopu analize utjecaja otvorenog vodotoka na strujno polje. Vodotok se zamjenjuje fiktivnim anti-zdencem (-Q znači unos vode) s jednakim intenzitetom i pozicijom na istoj udaljenosti L od vodotoka kao što je to i stvarni zdenac. STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Q R Q R sx ln ln 2 kM r1 2 kM r2 Q R R sx ln ln 2 kM r1 r2 Q r2 sx ln 2 kM r1 SNIŽENJE U ZDENCU: r2 2L r1 r0 Q 2L s0 ln 2 kM r0 STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Ideja superpozicije koristi se i u sklopu analize utjecaja vertikalne nepropusne granice na strujno polje. Vertikalna nepropusna granica se zamjenjuje fiktivnim zdencem s jednakim intenzitetom crpljenja Q te pozicijom na istoj udaljenosti L od linije vertikalne nepropusne granice, kao što je to i stvarni zdenac. STRUJANJE U POROZNIM SREDINAMA Q R Q R sx ln ln 2 kM r1 2 kM r2 Q R2 sx ln 2 kM r1 r2 SNIŽENJE U ZDENCU: r2 2L; r1 r0 Q R2 s0 ln 2 kM 2L r0 SILE NA OPSTRUJAVANO TIJELO Pri opstrujavanju tekućine na tijelo djeluju hidrodinamičke sile. Sile i njihov intenzitet u direktnoj su vezi s viskoznosti. Kod malih brzina u cijelom području opstrujavanja tijela dominira utjecaj viskoznosti. Kod velikih brzina utjecaj viskoznosti dominira samo u blizini konture opstrujavanog tijela. Ovisno o formi tijela, pojavljuje se i odvajanje graničnog sloja od njegovih kontura (utjecaj na raspodjelu tlakova u „nizvodnom“ području od samog tijela). SILE NA OPSTRUJAVANO TIJELO Promatra se dvodimenzionalno tijelo proizvoljnog oblika u kartezijevoj x-y ravnini. Površina oplošja tijela je A, a infinitezimalni element površine dA definira se sa kutom nagiba naspram pozitivne x osi. Naprezanja po konturi tijela dijele se na tlačna i posmična. Integracijom po smjeru x dobiva se sila otpora tijela : FX = -pcosθ dA + τsinθ dA A A Integracijom po smjeru y dobiva se sila hidrodinamičkog uzgona: Fy = -pcosθ dA + τsinθ dA A A SILE NA OPSTRUJAVANO TIJELO SILE NA OPSTRUJAVANO TIJELO Sila otpora tijela Fx sadrži dva člana: - sila otpora oblika (prvi član desne strane) - sila otpora trenja (drugi član desne strane) U slučaju opstrujavanja tijela koje ima simetričnu formu sila hidrodinamičkog uzgona Fy je nula. Primarni inženjerski interes je vezan uz opstrujavanje tijela pri relativno velikim Reynolds-ovim brojevima kada uvjeti strujanja u graničnom sloju najviše ovise o formi konture tijela. Na području gradijenta tlakova dp/ds < 0 graničan sloj je zadržan uz konture tijela a na području dp/ds > 0 pojavljuje se odvajanje graničnog sloja i formiranje vrtloga koji se tokom pronose nizvodno. SILE NA OPSTRUJAVANO TIJELO Odvajanje graničnog sloja pojavljuje se u točki separacije A. Pri opstrujavanju ovalnih formi točka separacije ne mora biti stacionarna (stabilna). Sila otpora tijela FX bitno ovisi o položaju točke separacije A. (A “prije”- zona vrtloženja je veća - otpor tijela veći) Sila otpora tijela Fx je u većini slučajeva bliska sili otpora oblika FO. SILE NA OPSTRUJAVANO TIJELO VAŽNO UOČITI: „Nizvodni“ vrtlozi uzrokuju gubitak mehaničke energije pa integral tlakova po površini „nizvodne“ polovice opstrujavanog tijela ima manju vrijednost od integrala tlakova po površini „uzvodne“ polovice opstrujavanog tijela (gledano u x smjeru). U slučaju opstrujavanja idealne tekućine koja nema graničnog sloja, kao ni odvajanje graničnog sloja i pojavu turbulentnih vrtloga, sila otpora oblika je jednaka nuli. Za potrebe praktičnih proračuna definirana je jednostavna jednadžba za silu otpora tijela FX odnosno silu otpora oblika FO: V02 FX = CXρAP 2 V02 ® FO = COρAP 2 ® C X = CO CX i CO - bezdimenzionalni koeficijenti otpora tijela i otpora oblika - gustoća tekućine koja opstrujava tijelo AP - površina ortogonalne projekcije tijela na vertikalnu ravninu okomitu na x os. SILE NA OPSTRUJAVANO TIJELO Koeficijenati otpora tijela CX i otpora oblika CO dobivaju se temeljem eksperimentalnih istraživanja: CO = FO V02 ρAP 2 U općem slučaju opstrujavanja koeficijent otpora tijela CX je u funkciji oblika opstrujavanog tijela, Reynolds-ovog broja, hrapavosti i Mach-ovog broja (može se zanemariti u većini praktičnih problema, npr. do brzine vjetra cca 200km/h). Pri opstrujavanju kratkih hidrauličkih objekata koji imaju oštre bridove Reynoldsov broj nema utjecaja (točka separacije fiksirana ; FX = FO i CX = CO) SILE NA OPSTRUJAVANO TIJELO Pri opstrujavanju horizontano položene ravne ploče prisutan je samo član (sila otpora tijela = sila otpora trenja): FX = τsinθ dA A pa ne vrijede ni jednakosti FX = FO odnosno CX = CO. 2D forme 3D forme DIMENZIONALNA ANALIZA Upotrebljava se u svim granama znanosti. Jednadžbe kojima se opisuju procesi u fizici i koje sadrža fizikalne veličine moraju biti dimenziono homogene. Postoji neovisan sustav jedinica kojima se izražavaju pojedine fizikalne veličine. Temeljne fizikalne veličine sa pripadnim dimenzijama u mehanici su duljina L=m, masa M=kg i vrijeme T=s. Izvedenice su primjerice brzina L/T ima dimenziju m/s a sila F ima dimenziju kgm/s2=N. Za primjer se promatra slučaj određivanja koeficijenta otpora oblika CO kugle pri opstrujavanju realnom tekućinom. DIMENZIONALNA ANALIZA Fizikalnim veličinama koje su relevantne u samom procesu: - brzina pristrujavanja v - dinamički koeficijent viskoznosti - gustoća tekućine - promjer kugle D U funkcionalnoj formi dobiva se slijedeća formulacija: F 0 = f1 (v , , , D) Dimenzije fizikalnih veličina procesa su: F 0 = F ; v = L/T ; = FT/L2 ; = FT2/L4 ; D = L DIMENZIONALNA ANALIZA Potrebno je definirati funkcional koji sadrži samo bezdimenzionalne fizikalne veličine s kojima je također opisan proces. Te bezdimenzionalne veličine formirane su od prethodno definiranih dimenzionalnih veličina. Koraci provedbe dimenzionalne analize: Odabere se neovisna fizikalna veličina za eliminaciju F iz preostalih neovisnih i ovisnih fizikalnih veličina koje također sadrže dimeziju F. DIMENZIONALNA ANALIZA To se ostvaruje dijeljenjem ovisne fizikalna veličina F 0 i neovisne fizikalna veličina sa . Dobiva se novi funkcional s dimenzijama: FO μ = f2 v, ,D ρ ρ FO L4 = 2 ρ T μ L2 = ρ T Odabire se neovisna fizikalna veličina v u svrhu eliminacije T. U F 0 / je dimenzija T prisutna sa drugom potencijom a u / sa prvom potencijom. Dijeljenje se provodi sa V 2 i sa v . Dobiva se novi funkcional s dimenzijama: μ = f3 ,D 2 ρv ρv FO FO ρv 2 = L 2 μ = L ρv DIMENZIONALNA ANALIZA Odabire se neovisna fizikalna veličina D u svrhu eliminacije L. Član F 0 /V dijeli se s D2 a član /v sa D. 2 Dobiva se novi funkcional koji sadrži samo bezdimenzionalne parametre : μ = f4 2 ρvD ρv D FO FO 2 ρv D = 1 μ = 1 ρvD Prvobitni skup od pet dimenzionalnih članova sveden je na samo dva bezdimenzionalna člana. Time je znatno pojednostavljuje prikaz rezultata ekperimentalnih istraživanja.