Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

FLUIDMEKANISKA TILLÄMPNINGAR AH1010 Fysik för den byggda miljön, 2008-04-24 Hans Bergh, Mark och vattenteknik.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "FLUIDMEKANISKA TILLÄMPNINGAR AH1010 Fysik för den byggda miljön, 2008-04-24 Hans Bergh, Mark och vattenteknik."— Presentationens avskrift:

1 FLUIDMEKANISKA TILLÄMPNINGAR AH1010 Fysik för den byggda miljön, Hans Bergh, Mark och vattenteknik

2 2 VATTEN (globalt)  RESURS Dricksvatten (10 %) Industri (20 %) Bevattning (70 %) Vattenkraft Transporter Rekreation Recipient

3 3 Size and numbers Inland lakes comprise about 0.02 percent of the water in the hydrosphere Rivers comprise percent 1.6 percent immobilized as ice Volume: –Total of all lakes: km 3 –Freshwater lakes: km 3 (53.6%) –Salt lakes: km 3 (44.6%) –Reservoirs: 500 km 3 (1.8%)

4 4 RISKFAKTOR  Höga flöden översvämningar: naturliga resp orsakade av dammras  Transporterar föroreningar  (Konkurrens om tillgång till vatten, orsak till konflikter)

5 5 JORDENS VATTENTILLGÅNGAR  Ytvatten sötvattensjöar0,009* vattendrag0,000 saltvattensjöar0,008  Grundvatten 0,614 *  Markvatten 0,005  Istäcke och glaciärer 2,147  Atmosfären 0,000  Världshaven 97,217  Totalt 100,000 % av totalvolym

6 6 VATTENANVÄNDNING I SAMHÄLLET

7 7 Vattenbalansekvationen

8 8  P = R + E + S (L 3 L -2 T -1 = L/T) P = nederbörd (mm/år) R = avrinning (mm/år) E =avdunstning + transpiration från växter (mm/år) S = förändring av den vattenmängd som magasineras i sjöar, som grundvatten eller som snö (mm/år)  Exempel: Östra SvealandSvenska fjällen P = 600 mm/årP = mm/år E = 400 mm/årE = 200 mm/år R = 200 mm/år R = mm/år

9 9 HÖGA FLÖDEN - ÖVERSVÄMNINGAR  Vattenföringen i ett vattendrag varierar under året. De högsta vattenföringarna uppträder i större delen av Sverige i samband med snösmältningen (april - juni), vårflod. Genom frekvensanalys av de årliga högsta värdena kan man beräkna  Återkomsttiden = den tid det i genomsnitt tar för att en viss vattenföring ska överskridas = inverterade värdet av sannolikheten för att en viss vattenföring ska överskridas under ett år  Vattenföringar med återkomsttiden 100 resp år, dvs varje år så är sannolikheten 1 resp 0,1 % att de ska överskridas, kallas 100- resp årsfloden.

10 10

11 11

12 12 SVERIGES ELPRODUKTION  Vattenkraft: %  Kärnkraft: %  Fossila bränslen: %  Vindkraft: 0,5 %

13 13 PRINCIPER FÖR VATTENKRAFT  Vattenkraft = potentiella energin hos vattnet utnyttjas genom omvandling till elektricitet då vattnet passerar en turbin som driver en generator  Genererad effekt P = η ρ g Q H (kW)

14 14  P = effekt (kW)  η = turbinens verkningsgrad (-)  ρ = vattnets densitet (t/m 3 )  g = tyngdaccelerationen (m/s 2 )  Q = vattenföring (m 3 /s)  H = fallhöjd = nivåskillnad mellan övre och nedre vattenyta (m)

15 15 Tvärsektion genom vattenkraftstaion

16 16

17 17 VATTENKRAFT  Några egenskaper ÐLagring av energi (vatten) för användning under vinterhalvåret ÐLättreglerbar, kompletterar kärnkraften (och vindkraften) ÐFörnybar ÐInga emissioner & Överdämning av stora omr den ovanför dammarna, stora vattenst ndsvariationer & Torrläggning av vissa älvsträckor

18 18 VATTENKRAFT - Sverige  ENERGIPRODUKTION (TWh/år)  Teoretiskt tillgänglig vattenkraft: 200  Praktiskt och tekniskt utbyggbar vattenkraft: 130  Ekonomiskt utbyggbar vattenkraft:1930: : : : : ca 100  Utbyggd vattenkraft (2004): ca 60

19 19 BAKGRUND TILL ÖVNINGSUPPGIFT BEVARANDE(KONSERVERINGS) LAGARNA FÖR FLUIDER BEVARANDE AV Massa: Kontinuitetsekvationen (Kap 15.6) Q = V1 A1 = V2 A2 (L 3 T -1 = L T -1 L 2 ) Q = flöde, vattenföring (m 3 /s) V = medelhastighet (m/s) A = tvärsnitssarea (m 2 )

20 20 Energi: Bernoullis ekvation (Kap 15.7) y = nivå i ett höjdsystem (m) p = tryck (Pa) V = medelhastighet (m/s) ρ = densitet (kg/m 3 )

21 21 Rörelsemängd: Impulssatsen

22 22 TILLÄMPNINGAR Kontinuitetsekvationen  Flödesutjämning, magasinering, reglering sjöar och floder för bevattning eller vattenkraft, vattenförsörjningssystem, hantering av  avloppsvatten mm  Tillrinning = Avrinning + Magasinering (L 3 )  Saltvattenutbytet i Östersjön genom Öresund  Födesmätning genom mätning av salthalter (utspädningsmätning)

23 23 Tillförd mängd i sektion 1 = mängd som passerar sektion 2 C 0 Q 0 = C 2 (Q + Q 0 ) ≈ C 2 Q (Q>>Q 0 ) (M L -3 L 3 T -1 = M T -1 ) Q = flöde som ska mätas (m 3 /s) Q 0 = tillfört flöde i sektion 1 med hög koncentration av något spårämne (salt) (m 3 /s) C 0 = saltkoncentration i det tillförda flödet ( kg/m 3 ) C 2 = uppmätt saltkoncentration längre nedströms (kg/m 3 )

24 24 Bernoullis ekvation  Dimensionen L kan tolkas som energi per tyngdenhet vätska  “Acceleration = trycksänkning”. Kan orsaka lyftkrafter (rörledning p flod- eller havsbotten, hustak mm) eller sidokrafter.  I praktiken måste man i allmänhet ta hänsyn till friktionsförluster, Energiekvationen. En term tillkommer d i högra ledet och uttrycker att en viss del av den mekaniska energin omvandlats till värme som inte kan återvinnas i de processer som vi studerar i denna kurs.

25 25 Impulssatsen  Tillämpning förutsätter inte kännedom om strömningsmönstret i detalj  Snabb stängning av ventil i ledning: tryckslag, “vattenhammare

26 26 ΔV =hastighetsminskningen = vattnets hastighet före stängning om ventilen stängs helt (m/s) Δt =tid för stängningen (s) L =ledningens längd (m) A =ledningens/ventilens tvärsnittsarea (m 2 ) Δp =tryckökning på grund av vattenmassans uppbromsning (Pa) ρ =vattnets densitet (kg/m 3 )

27 27  Tryckökningen varierar under uppbromsningsförloppet. Det beräknade värdet är ett medelvärde, det maximala är 1,5 à 2ggr större. Detta kan inte beräknas på teoretisk väg utan måste bestämmas genom mätningar.  Ovanstående ansats förutsätter att vattnet uppträder som en stel kropp. Vid “momentan” stängning (Δt → 0) måste vattnets kompressibilitet och ledningsväggens elasticitet beaktas.

28 28 HYDROSTATIK  Stillastående vätska:  Inga skjuvspänningar existerar trycket verkar vinkelrätt mot ytor och tänkta snitt genom vätskan  Vattentrycket i en punkt är lika stort i alla riktningar Tryckets storlek är (hydrostatisk tryckfördelning), p = ρ g h (M L -3 L T -2 = M L -2 T -2 ) p = tryck (övertryck i förhållande till atmosfärstrycket = relativa trycket) (Pa) ρ =vätskans densitet (kg/m 3 ) g =tyngdaccelerationen (9,8 m/s 2 ) h=avstånd under vattenytan (m)

29 29 Ekvationen uttrycker den sk hydrostatiska paradoxen


Ladda ner ppt "FLUIDMEKANISKA TILLÄMPNINGAR AH1010 Fysik för den byggda miljön, 2008-04-24 Hans Bergh, Mark och vattenteknik."

Liknande presentationer


Google-annonser