TPS200 Innføring i fluidmekanikk

Fluidmekanikk er studiet av krefter og bevegelse i fluider, dvs. væsker og gasser. Dette er et grunnleggende tema i fysikk med mange praktiske anvendelser, og formålet med TPS200 er å gi en introduksjon til fluidmekanikk som er egnet for ingeniørstudenter. Emnet inneholder en betydelig laboratoriekomponent som illustrerer viktige strømningsfenomener i praksis. Emnet er særlig relevant for studenter i vann- og miljøteknikk, maskin- og prosessteknikk (teknologi og produktutvikling) og miljøfysikk. Det er gjort justeringer i emneinnholdet for studieåret 2024/2025 som styrker denne relevansen (kanalstrømning er flyttet til THT211 og pumper/turbiner er tatt inn i TPS200).

Følgende liste oppsummerer temaene som dekkes i emnet:

Viskositet og fluiders mekaniske egenskaper. Fluider i ro og likevekt (fluidstatikk). Kinematisk beskrivelse av fluidbevegelse. Eulers likning og Bernoullis likning for friksjonsfri strømning. Reynolds transportteorem. Bevaring av masse (kontinuitetsligningen), bevegelsesmengde (impulsligningen) og energi (energiligningen) på kontrollvolumform. Kavitasjon. Grensesjikt (enkelt). Inkompressibel strømning i fylte rør. Dimensjonsanalyse, similaritetslover. Pumper og turbiner. Løft- og dragkrefter på objekter. Introduksjon til ideell, friksjonsfri strømning, Navier-Stokes likninger og CFD.

Kunnskap:

• Studenten kan beskrive de viktigste fysiske egenskapene til fluider og hente verdier for disse egenskapene fra tabellverk e.l.
• Studenten kan forstå og beskrive formelverket for å beregne trykkkrefter, momenter og flytestabilitet for objekter neddykket i fluider i ro og likevekt
• Studenten kan forstå og beskrive kinematiske begreper i fluidmekanikken og har kjennskap til Reynolds transportteorem
• Studenten kan forstå og beskrive Eulers likning og Bernoullis likning for stasjonær ikke-viskøs strømning
• Studenten kan forstå og beskrive de grunnleggende bevaringslovene i fluidmekanikken og de tilhørende likningene på kontrollvolumform (kontinuitetslikningen, impulslikningen, energilikningen)
• Studenten har kjennskap til grensesjiktsbegrepet og hvilken rolle det spiller i rørstrømning og for drag- og løftekrefter
• Studenten kan forstå og beskrive formelverket for inkompressible rørstrømningsproblemer
• Studenten kan forstå og beskrive de grunnleggende prinsippene for dimensjonsanalyse og similaritetslover, og redegjøre for de vanligste dimensjonsløse tallene i fluidmekanikken
• Studenten kan forstå og beskrive den prinsipielle virkemåten til de vanligste pumper og turbiner, og forstå hvordan man gjør beregninger knyttet til driftspunkt, effekt, virkningsgrad og kavitasjon
• Studenten kan forstå og beskrive beregninger av drag og løft i stasjonær, inkompressibel strømning og forklare betydningen av Reynoldstallet i denne sammenhengen
• Studenten kan beskrive Navier-Stokes likninger for inkompressibel, Newtonsk strømning
• Studenten kan beskrive prinsippene for ideell, ikke-viskøs strømning (potensialstrømning)
• Studenten har kjennskap til begrepet CFD og mulighetene som ligger i CFD

Ferdigheter:

• Studenten kan anvende kunnskapen beskrevet over til å løse enklere strømningsproblemer, i hovedsak for stasjonær, inkompressibel strømning og ved hjelp av kontrollvolumanalyse
• Studenten kan skille mellom ulike kategorier av strømningsproblemer og identifisere relevante likninger for et gitt problem
• Studenten kan utføre praktiske forsøk knyttet til fluider i bevegelse

Generell kompetanse:

• Studenten har erfart at problemløsning i naturvitenskap og teknologi som regel krever bruk av flere grunnleggende prinsipper/likninger
• Studenten har erfart at problemer i naturvitenskap og teknologi ofte må løses numerisk
• Studenten har erfaring med kritisk tolkning av resultater fra forsøk i lys av teori og måleusikkerhet
• Studenten har erfaring med å samarbeide i grupper