ΠΜ503 – Υδραυλική Μηχανική

Σκοπός μαθήματος: Το μάθημα έχει ως στόχο να δώσει στους φοιτητές τις βασικές γνώσεις και τα εφόδια Υδραυλικής Μηχανικής που θα τους καταστήσει ικανούς να παρακολουθήσουν και να εμβαθύνουν στα εξειδικευμένα αντικείμενα των ποικίλων υδραυλικών έργων που αποτελούν αντικείμενα των άλλων μετέπειτα μαθημάτων υδραυλικού χαρακτήρα.

Περιγραφή μαθήματος: Εισαγωγή στις αρχές της Μηχανικής Ρευστών και της Υδραυλικής Μηχανικής. Ιδιότητες των ρευστών. Ιδιάζουσες Ιδιότητες του Ύδατος. Επιφανειακή τάση. Τριχοειδή φαινόμενα. Αρχές Υδροστατικής. Θεμελιώδης Αρχή της Υδροστατικής.  Κέντρο πίεσης. Αρχή του Αρχιμήδη.  Άνωση και Άντωση.  Ισορροπία επιπλεόντων σωμάτων.  Δυνάμεις σε επίπεδες και καμπύλες επιφάνειες. Υπολογισμός φραγμάτων. Αρχές κινηματικής των ρευστών. Μεταβλητές Euler και Lagrange. Μελέτη πεδίου ταχυτήτων. Κυκλοφορία, Δυναμικό ταχυτήτων. Εξίσωση της συνέχειας. Στροβιλισμοί.  Αρχές υδροδυναμικής.  Στροβιλή και αστρόβιλη ροή. Ροϊκές συναρτήσεις (δυναμικού και ροής). Μόνιμες και μή μόνιμες ροές. Στρωτή και τυρβώδης ροή. Βασικές εξισώσεις συνέχειας, ορμής και ενέργειας. Θεώρημα και Εξίσωση Bernoulli για ιδανικά και πραγματικά ρευστά σε μόνιμες και μή μόνιμες συνθήκες, Φαινόμενο Venturi. Μετρητές πίεσης. Σωλήνας Pitot. Εξισώσεις Euler και Νavier–Stokes. Υπολογισμός ασκουμένων δυνάμεων από κινούμενο ρευστό (ριπή νερού σε επίπεδες ή καμπύλες επιφάνειες). Δυναμική των ιξωδών ρευστών. Θεωρίες οριακών στοιβάδων. Υδραυλικές απώλειες. Διάγραμμα Moody.  Πιεζομετρική γραμμή και γραμμή ενέργειας. Υδραυλική των κλειστών αγωγών. Βασικές αρχές υδραυλικών μηχανών (αντλίες και υδροστρόβιλοι). Ανοικτοί αγωγοί, Υδραυλική των ανοικτών αγωγών. Είδη ροών με ελεύθερη επιφάνεια. Ειδική ενέργεια. Κρίσιμο βάθος και κρίσιμη ροή.  Υδραυλικό άλμα. Ροή πάνω από υπερχειλιστές. Εκροή από οπές δοχείων. Υδραυλικά Παράδοξα. Βασικά έργα υδραυλικής μηχανικής κλειστών και ανοικτών αγωγών. Στοιχεία Υδραυλικής Μηχανικής και Υδραυλικών Έργων. Στοιχεία συσχέτισης «νερού και  ενέργειας».

Μεθοδολογία διδασκαλίας: Διδασκαλία από καθ’έδρας, ειδικές διαλέξεις και ατομικές αλλά και ομαδικές ασκήσεις Υδραυλικής Μηχανικής, τόσο στα πλαίσια της Θεωρίας όσο και του Εργαστηρίου. Υλοποίηση εργαστηριακών ασκήσεων, συγγραφή τεχνικών εκθέσεων αποτίμησης και αξιολόγησης των εργαστηριακών μετρήσεων

Περιγραφή του εργαστηρίου: Εργαστηριακή προσέγγιση των ιδιοτήτων υγρών, πειραματικός προσδιορισμός πυκνότητας και ειδικού βάρους με την βοήθεια υδροσκοπίων. Μέτρηση ιξώδους με την μέθοδο της πτώσης σφαιρών σε ιξωδόμετρο. Επιφανειακή τάση, δυνάμεις συνοχής και συνάφειας, ποιοτική και ποσοτική προσέγγιση της τριχοειδούς ανύψωσης και ταπείνωσης. Υδροστατική πίεση, εργαστηριακή επίδειξη του υδροστατικού παραδόξου. Άνωση, πειραματική επαλήθευση της αρχής του Αρχιμήδη. Εργαστηριακός προσδιορισμός υδροστατικών δυνάμεων στο μέτωπο σωληνοειδούς. Εργαστηριακή μέτρηση παροχής με Venturi. Πειραματική εφαρμογή της εξίσωσης Bernoulli σε οριζόντιο και κεκλιμένο κλειστό αγωγό, χάραξη πιεζομετρικής γραμμής και γραμμής ενέργειας. Μέτρηση γραμμικών και τοπικών απωλειών. Yδραυλικές μηχανές (στρόβιλος Pelton και φυγοκεντρική αντλία), χαρακτηριστικές καμπύλες. Ροές σε ανοικτούς αγωγούς, Μέτρηση παροχής κάτω από θυρόφραγμα και πάνω από εκχειλιστές ορθογωνικής και τριγωνικής διατομής & προσδιορισμός των αντίστοιχων συντελεστών παροχής. Πειραματικός προσδιορισμός στοιχείων του υδραυλικού άλματος. Πειραματική γένεση και εξέλιξη ενός στροβιλισμού. Πειραματική διερεύνηση των υδραυλικών παραδόξων.