Ústav aplikované fyziky a matematiky, Fakulta Chem.-technologická, Universita Pardubice
                             
                             
Zkušební okruhy z předmětu Hydromechanika a hydraulické stroje
                             
pro posluchače 2. ročníku presenční formy studia DFJP UPa, studijní obory
Dopravní prostředky: Kolejová vozidla (DP-KV), Dopravní prostředky: Silniční vozidla (DP-SV)
zimní semestr 2016/17
                             
1. Modul I - Hydromechanika Newtonských kapalin                  
                             
I. Fyzikální veličiny, měrné jednotky. Základní charakteristika tekutin              
1. Fyzikální veličiny a jejich jednotky: Mezinárodní soustava jednotek SI              
2. Základní vztahy vektorové algebry ve fyzice: skalární a vektorový součin, jejich definice a geometrický význam.    
3. Členění mechaniky tekutin (aero/hydrostatika, aero/hydrodynamika). Hydraulika gravitační a vysokotlaká (průmyslová), pneumatika, termostatika, meteorologie.  
 
4. Tekutina, Newtonská kapalina, ideální kapalina, ideální plyn. Měrný objem a hustota. Teplotní (objemová) roztažnost.      
5. Vnitřní tření, Newtonův zákon tečného napětí. Viskozita dynamická, kinematická; viskózní křivka, tekutost. Viskosimetr kapilární (Poiseuillův vztah), rotační.  
 
6.  Povrchové napětí (definice) a kapilární síly, elevace a deprese, smáčivost. Adhezní a kohezní síla.        
                             
II. Hydrostatika - absolutní a relativní klid kapaliny                  
7. Relativní klid kapaliny (vzhledem k nádobě). Hydrostatický tlak, atmosferický tlak, celkový tlak v kapalině, ekvipotenciální plocha.  
8. Eulerova rovnice hydrostatiky. Obecné a gravitační rychlení, potenciál silového pole.          
9. Archimédův zákon (definice, odvození) a chování ponořeného tělesa (hustota).            
10. Stabilita lodi a její podmínky: vzájemná poloha působiště vztlaku, těžiště tělesa (lodi) T a metacentra M.        
      Vztlak, výtlak, plavební osa, ponorová čára, plavební plocha, ponor.              
11. Velikost a působiště hydrostatické síly na rovinnou plochu. Zatěžovací obrazec, zatěžovací těleso, působiště zatěžovací síly (centrum hydrostatického tlaku). Statický moment plochy, moment setrvačnosti plochy k ose otáčení.  
 
12. Síly na zakřivené plochy. (Metoda zatěžovacích objemů). Základní postup řešení (směr složek sil pro vyduté a vypuklé víko (vrchlík) pod hladinou).  
 
13. Přímočarý rovnoměrně zrychleným pohyb nádoby s kapalinou. Setrvačná síla, hmotnostní síla, výsledná síla a výsledné zrychlení.  
      Vliv gravitačních a setrvačných sil na změnu tvaru hladiny kapaliny.              
14. Otáčející se nádoba s kapalinou s konstantní úhlovou rychlostí a s konstantním úhlovým zrychlením. Tvar hladiny kapaliny v nádobě a směr výsledného zrychlení (odvození) vůči ekvipotenciálním plochám. Technické aplikace (vysokotlaké lití, vodokružná vývěva).  
 
                             
III. Hydrodynamika                        
15. Klasifikace proudění tekutiny. Proudění (ne)stacionární, laminární, přechodové, turbulentní. Proudové vlákno, proudnice, proudová trubice. Reynoldsovo číslo.  
 
16. Okamžitá místní rychlost proudění, střední rychlost proudění (definice). Rychlostní gradient, rychlostní profil, Kármánův mocninový model ('sedminový vztah').  
 
17. Objemový a hmotnostní průtok (definice). Rovnice kontinuity (odvození). Rychlostní profil a průtočné množství ('sekundový objem') pro laminární a turbulentní typ proudění.  
 
18. Zákon zachování hybnosti, silové účinky volného proudu kapaliny na nehybnou (symetricky zatíženou) plochu (rovinná kruhová deska velkého průměru) .  
 
19. Zákon zachování hybnosti, silové účinky volného proudu kapaliny na pohybující se plochu - lopatka Peltonovy turbíny. Eulerova turbínová věta.  
 
20. Zákon zachování energie proudící tekutiny - Bernoulliho rovnice (odvození, význam jednotlivých členů). Základní tvary Bernoulliho rovnice (energetický, tlakový, výškový).  
 
21. Aplikace Bernoulliho rovnice. Statický, dynamický a celkový tlak, měření tlaku (tlakoměry). Pitotova trubice, Venturiho trubice (vodoměr), Prandtlova (rychlostní) sonda.  
 
22. Proudění vazké nestlačitelné tekutiny potrubím. Rozšířená Bernoulliho rovnice, tlaková ztráta, hydraulický odpor. Charakteristický (hydraulický) poloměr nekruhového průřezu potrubí. Reynoldsovo kritické číslo pro kruhový průtočný profil.  
 
23. Výtok kapaliny z nádoby malým otvorem (Torricelliho vztah - odvození) a velkým zcela zatopeným otvorem (metodika řešení).    
24. Rychlostní profil při turbulentním proudění v potrubí - Prandtlův model (základní charakteristika). Tloušťka laminární podvrstvy-turbulentní mezní vrstva-turbulentní jádro. Kármánův mocninový model ('sedminový vztah'), odhad v(střední)/v(max).  
 
25. Hydraulický odpor proti pohybu kapaliny lineární a kvadratický (definice). Hydraulický odpor třecí a místní, všeobecný odporový koeficient λ = f(Re) pro laminární a turbulentní proud (Blasius).  
 
26. Hydraulický odpor proti pohybu kapaliny (definice). Hydraulický odpor úseku potrubí při laminárním a turbulentním proudění a v hydraulicky hladké stěně potrubí. Výpočet tlakové ztráty - univerzální vztah, Dp = f(λ,ρ,v).  
 
27. Hydraulický odpor proti pohybu kapaliny v potrubí. Nikuradzeho a Moodyho diagram pro vodu v technickém potrubí (drsný povrch). Příklady.  
 
28. Místní hydraulický odpor (kriterium L/D), tlaková ztráta na místním odporu (základní vztah). Odporový koeficient místního odporu (ξ). Náhlé rozšíření/zúžení (kruhového) průtočného profilu. Průtokový koeficient μ, rychlostní koeficient φ.  
 
29. Odporová síla působící na obtékané těleso tekutinovým kontinuem (definice, odvození). Tvarový koeficient cX (kapkovitý tvar, koule), jeho experimentální určení pro motorová silniční vozidla (nákladní, osobní), aerodynamický tunel, hydrodynamická podobnost.  
 
30. Charakteristické druhy obtékání tělesa - proudění v mezní vrstvě obtékajícího kontinua. Geometrický (aerodynamický) tvar obtékaného tělesa, náběhová hrana, úplavová hrana, bod odtržení. Turbulentní vír (vortex), Kármánova vírová stezka.  
 
                             
2. Modul II - Hydromechanika reálných a Nenewtonských kapalin                
                             
IV. Základní vlastnosti reálných tekutin. Úvod do vysokotlaké hydrauliky              
31. Nenewtonská tekutina, viskoelestická tekutina, viskoelestický jev a jeho charakteristika (τ = f(t,dv/dr), Barusův a Weissenbergův jev). Technická kapalina a směs (definice).  
 
32. Teplotní roztažnost plynu. Izotermická, adiabatická a polytropická stlačitelnost plynu. Teplotní rozpínavost plynu.    
33.  Isotermická stlačitelnost plynu. Rychlost šíření isotermických tlakových vln (isotermická rychlost zvuku).        
34. Teplotní roztažnost kapaliny, teplotní rozpínavost kapaliny. Isotermická a adiabatická stlačitelnost kapaliny.        
35. (Objemový) modul pružnosti kapaliny, isotermická a adiabatická rychlost zvuku v kapalině.          
36. Vysokotlaká nádoba. Otevřený, uzavřený přenosový kanál, rychlost šíření tlakových změn v kapalině. Hydraulický lis.      
37. (Vysokotlaký) hydraulický mechanismus. Hydrogenerátor, hydromotor, hydraulický (brzdový) válec.        
38. Hydraulický obvod. Jednosměrný (logický) ventil. Hydraulický zámek, Hydraulická rychlospojka. Provozní tlak pracovního media.  
39. Pneumatický mechanismus, pneumatický lis (schema). Pracovní medium, pracovní tlak plynu (běžný, maximální).      
40. (Hadicová) rychlospojka, parametry pružiny rychlospojky, tuhost pružiny (definice). Seriové, paralelní a semiparalelní zapojení pružin - výpočet výsledné tuhosti pružinové sestavy.  
 
41. Hydraulický a elektrohydraulický řídící prvek. Rozvaděč - šoupátkový řídící prvek. Hydraulický regulátor. Přenosový prvek - hydrostatický převodník zubový a šroubový (vřetenový).