Last A Head xvii İ çindekiler 1 GİRİŞ 1 1.1 Akışkanların Bazı Karakteristikleri 3 1.2 Boyutlar, Boyutsal Homojenlik ve Birimler 3 1.2.1 Birim Sistemleri 6 1.3 Akışkan Davranışı Analizi 9 1.4 Akışkan Kütle ve Ağırlık Ölçüleri 9 1.4.1 Yoğunluk 9 1.4.2 Özgül Ağırlık 10 1.4.3 Suya Göre Yoğunluk 10 1.5 İdeal Gaz Kanunu 11 1.6 Viskozite 12 1.7 Akışkanların Sıkıştırılabilirliği 17 1.7.1 Bulk Modülü 17 1.7.2 Gazların Sıkışması ve Genleşmesi 18 1.7.3 Ses Hızı 19 1.8 Buhar Basıncı 21 1.9 Yüzey Gerilmesi 21 1.10 Tarihe Kısa Bir Bakış 24 1.11 Bölüm Özeti ve Çalışma Kılavuzu 27 Gözden Geçirme Problemleri 28 Problemler 28 2 AKIŞKANLAR STATİĞİ 32 2.1 Noktadaki Basınç 33 2.2 Basınç Alanının Temel Denklemi 34 2.3 Hareketsiz Bir Akışkanda Basınç Değişimi 36 2.3.1 Sıkıştırılamaz Akışkan 36 2.3.2 Sıkıştırılabilir Akışkan 38 2.4 Standart Atmosfer 39 2.5 Basınç Ölçümü 39 2.6 Manometre 42 2.6.1 Piezometre Tüp 42 2.6.2 U-Tüp Manometre 43 2.6.3 Eğik-Tüp Manometre 46 2.7 Mekanik ve Elektronik Basınç Ölçüm Cihazları 47 2.8 Düzlem Yüzeye Etkiyen Hidrostatik Kuvvet 47 2.9 Basınç Prizması 52 2.10 Eğri Yüzeylere Etkiyen Hidrostatik Kuvvet 54 2.11 Kaldırma, Yüzdürme ve Stabilite 57 2.11.1 Archimedes Prensibi 57 2.11.2 Stabilite 59 2.12 Katı-Cisim Hareketindeki Akışkanlarda Basınç Değişimi 60 2.13 Bölüm Özeti ve Çalışma Rehberi 60 Kaynaklar 61 Gözden Geçirme Problemleri 62 Problemler 62 3 TEMEL AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ BERNOULLİ DENKLEMİ 68 3.1 Newton un İkinci Kanunu 69 3.2 Akım Çizgisi Doğrultusunda F = ma 70 3.3 Akım Çizgisine Normal F = ma 74 3.4 Fiziksel Yorum 75 3.5 Statik, Durma, Dinamik ve Toplam Basınç 78 3.6 Bernoulli Denkleminin Kullanımına Örnekler 81 3.6.1 Serbest Jetler 81 3.6.2 Sınırlandırılmış Akışlar 82 3.6.3 Debi Ölçümü 89 3.7 Enerji Çizgisi ve Hidrolik Seviye Çizgisi 92 3.8 Bernoulli Denkleminin Kullanımındaki Sınırlamalar 94 3.9 Bölüm Özeti ve Çalışma Kılavuzu 95 Gözden Geçirme Problemleri 96 Problemler 97 xvii
xviii İçindekiler 4 FLUID KINEMATICS 102 4.1 Hız Alanı 103 4.1.1 Eulerian ve Lagrangian Akış Tanımları 105 4.1.2 Bir, İki ve Üç-Boyutlu Akışlar 105 4.1.3 Kararlı ve Kararsız Akışlar 106 4.1.4 Akım Çizgisi, Yol Çizgisi ve Yörünge 107 4.2 İvme Alanı 110 4.2.1 Kütlesel Türev 110 4.2.2 Kararsızlığın Etkileri 112 4.2.3 Konvektif (Yayılımsal) Etkiler 113 4.2.4 Akım Çizgisi Koordinatları 114 4.3 Kontrol Hacmi ve Sistem Tanımları 115 4.4 Reynolds Transport Teoremi 116 4.4.1 Reynolds Transport Teoreminin Türetilmesi 116 4.4.2 Kontrol Hacmi Seçimi 120 4.5 Bölüm Özeti ve Çalışma Kılavuzu 120 Kaynaklar 121 Gözden Geçirme Problemleri 121 Problemler 121 5 SONLU KONTROL HACİM ANALİZİ 125 5.1 Kütlenin Korunumu Süreklilik Denklemi 126 5.1.1 Süreklilik Denkleminin Türetilmesi 126 5.1.2 Sabit, Şekil Değiştirmeyen Kontrol Hacmi 127 5.1.3 Hareketli, Şekil Değiştirmeyen Kontrol Hacmi 131 5.2 Newton un İkinci Yasası Lineer Momentum ve Momentumun Momenti Denklemleri 133 5.2.1 Lineer Momentum Denkleminin Türetilmesi 133 5.2.2 Lineer Momentum Denkleminin Uygulaması 134 5.2.3 Momentumun Momenti Denkleminin- Türetilmesi 144 5.2.4 Momentumun Momenti Denkleminin Uygulaması 145 5.3 Termodinamiğin Birinci Kanunu Enerji Denklemi 152 5.3.1 Enerji Denkleminin Türetilmesi 152 5.3.2 Enerji Denkleminin Uygulaması 154 5.3.3 Enerji Denklemi ile Bernoulli Denkleminin Karşılaştırılması 157 5.3.4 Enerji Denkleminin Üniform Olmayan Akışlara Uygulanması 162 5.4 Bölüm Özeti ve Çalışma Rehberi 164 Gözden Geçirme Problemleri 166 Problemler 166 6 AKIŞKAN AKIŞININ DİFERANSİYEL ANALİZİ 175 6.1 Akışkan Elemanı Kinematiği 176 6.1.1 Hız ve İvme Alanları 176 6.1.2 Lineer Hareket ve Deformasyon 177 6.1.3 Açısal Hareket ve Deformasyon 179 6.2 Kütlenin Korunumu 182 6.2.1 Süreklilik Denkleminin Diferansiyel Formu 182 6.2.2 Silindirik Koordinat Sistemi 184 6.2.3 Akım Fonksiyonu 185 6.3 Lineer Momentumun Korunumu 188 6.3.1 Diferansiyel Eleman Üzerine Etkiyen Kuvvetler 189 6.3.2 Hareket Denklemleri 191 6.4 Sürtünmesiz Akış 192 6.4.1 Euler Hareket Denklemleri 192 6.4.2 Bernoulli Denklemi 193 6.4.3 Dönmesiz Akış 195 6.4.4 Dönmesiz Akış İçin Bernoulli Denklemi 196 6.4.5 Hız Potansiyeli 196 6.5 Bazı Temel, Düzlemsel Potansiyel Akışlar 199 6.5.1 Üniform Akış 201 6.5.2 Kaynak ve Kuyu 201 6.5.3 Girdap 203 6.5.4 Doublet 207 6.6 Temel Düzlemsel Potansiyel Akışların Süperpozisyonu 209 6.6.1 Üniform Akış İçinde Kaynak Yarı Cisim 209 6.6.2 Dairesel Bir Silindir Etrafında Akış 212
İçindekiler xix 6.7 Potansiyel Akış Analizleri ile İlgili Diğer Hususlar 219 6.8 Viskoz Akış 219 6.8.1 Gerilme-Deformasyon İlişkileri 219 6.8.2 Navier-Stokes Denklemleri 220 6.9 Laminer, Viskoz, Sıkıştırılamayan Akışkanlar İçin Bazı Basit Çözümler 221 6.9.1 Sabit Plakalar Arasında Zamana Bağlı Olmayan Laminer Akış 222 6.9.2 Couette Akışı 224 6.9.3 Dairesel Borularda Zamana Bağlı Olmayan Laminer Akış 227 6.10 Diferansiyel Analizin Diğer Yönleri 229 6.11 Bölüm Özeti ve Çalışma Rehberi 230 Kaynaklar 232 Gözden Geçirme Problemleri 232 Problemler 232 7 BENZEŞİM, BOYUT ANALİZİ VE MODELLEME 238 7.1 Boyut Analizi 239 7.2 Buckingham Pi Teoremi 240 7.3 Pi Terimlerinin Belirlenmesi 241 7.4 Boyut Analizi Hakkında Bazı İlave Yorumlar 246 7.4.1 Değişkenlerin Seçimi 247 7.4.2 Referans Boyutların Belirlenmesi 247 7.4.3 Pi Terimlerinin Özgünlüğü 247 7.5 Pi Terimlerinin İnceleme Yoluyla Belirlenmesi 248 7.6 Akışkanlar Mekaniğinde Yaygın Kullanılan Boyutsuz Gruplar 249 7.7 Deney Verilerinin Düzeltilmesi 250 7.7.1 Tek Pi Terimli Problemler 251 7.7.2 İki veya Daha Fazla Pi Terimli Problemler 252 7.8 Modelleme ve Benzeşim 254 7.8.1 Modeller Teorisi 254 7.8.2 Model Ölçekleri 258 7.8.3 Eksik Modeller 259 7.9 Bazı Tipik Model Çalışmaları 260 7.9.1 Kapalı Kanallarda Akış 260 7.9.2 Daldırılmış Cisimler Etrafında Akış 262 7.9.3 Serbest Yüzeyli Akışlar 264 7.10 Bölüm Özeti ve Çalışma Rehberi 267 Kaynaklar 268 Gözden Geçirme Problemleri 269 Problemler 269 8 BORULARDA VİSKOZ AKIŞ 274 8.1 Boru Akışının Genel Karakteristikleri 275 8.1.1 Laminer veya Türbülanslı Akış 275 8.1.2 Giriş Bölgesi ve Tam Gelişmiş Akış 277 8.2 Tam Gelişmiş Laminer Akış 278 8.2.1 Bir Akışkan Elemanına F = ma nın Doğrudan Uygulanması 278 8.2.2 Navier-Stokes Denklemleri 282 8.3 Tam Gelişmiş Türbülanslı Akış 282 8.3.1 Laminer Akıştan Türbülanslı Akışa Geçiş 283 8.3.2 Türbülanslı Kayma Gerilmesi 284 8.3.3 Türbülanslı Hız Profili 285 8.4 Boruda Akış İçin Boyut Analizi 285 8.4.1 Ana Kayıplar 286 8.4.2 Yerel Kayıplar 290 8.4.3 Dairesel Olmayan Kanallar 298 8.5 Boru Akışı Örnekleri 299 8.5.1 Tek Borular 300 8.5.2 Karışık Boru Sistemleri 307 8.6 Boru Debisi Ölçümü 309 8.7 Bölüm Özeti ve Çalışma Rehberi 313 Kaynaklar 314 Gözden Geçirme Problemleri 315 Problemler 315 9 DALMIŞ CİSİMLER ETRAFINDA AKIŞ 321 9.1 Genel Dış Akış Karakteristikleri 322 9.1.1 Kaldırma ve Sürükleme Kuvveti Kavramları 322 9.1.2 Bir Cisim Üzerinden Akışın Karakteristikleri 325 9.2 Sınır Tabaka Karakteristikleri 328 9.2.1 Düz Bir Levha İçin Sınır Tabakanın Yapısı ve Kalınlığı 328 9.2.2 Prandtl/Blasius Sınır Tabaka Çözümü 330 9.2.3 Düz Bir Levha İçin Momentum İntegral Sınır Tabaka Eşitliği 332 9.2.4 Laminerden Türbülanslı Akışa Geçiş 334 9.2.5 Türbülanslı Sınır Tabaka Akışı 336 9.2.6 Basınç Gradyanının Etkisi 338 9.3 Sürükleme Kuvveti 341 9.3.1 Sürtünme Sürükleme Kuvveti 342
xx İçindekiler 9.3.2 Basınç Sürükleme Kuvveti 342 9.3.3 Sürükleme Kuvveti Katsayısı Verileri ve Örnekler 343 9.4 Kaldırma Kuvveti 357 9.4.1 Yüzey Basınç Dağılımı 357 9.4.2 Sirkülasyon 361 9.5 Bölüm Özeti ve Çalışma Rehberi 363 Kaynaklar 364 Gözden Geçirme Problemleri 364 Problemler 364 10 AÇIK KANAL AKIŞI 370 10.1 Açık Kanal Akışının Genel Karakteristikleri 370 10.2 Yüzey Dalgaları 371 10.2.1 Dalga Hızı 372 10.2.2 Froude Sayısı Etkisi 374 10.3 Enerji Hususları 374 10.3.1 Özgül Enerji 375 10.4 Üniform Derinlikli Kanal Akışı 378 10.4.1 Üniform Akış Yaklaşımı 378 10.4.2 Chezy ve Manning Denklemleri 378 10.4.3 Üniform Derinlik Örnekleri 381 10.5 Yavaş Yavaş Değişen Akış 385 10.6 Hızla Değişen Akış 386 10.6.1 Hidrolik Sıçrama 386 10.6.2 Keskin Kenarlı Savaklar 390 10.6.3 Geniş Tepeli Savaklar 393 10.6.4 Alt Akış Kapıları 395 10.7 Bölüm Özeti ve Çalışma Rehberi 397 Kaynaklar 398 Gözden Geçirme Problemleri 398 Problemler 398 11 TURBOMAKİNELER 403 11.1 Giriş 404 11.2 Temel Enerji Hususları 404 11.3 Temel Açısal Momentum Hususları 408 11.4 Santrifüj Pompa 410 11.4.1 Teorik Hususlar 410 11.4.2 Pompa Performans Karakteristikleri 414 11.4.3 Sistem Karakteristikleri ve Pompa Seçimi 416 11.5 Boyutsuz Parametreler ve Benzerlik Yasaları 419 11.5.1 Özgül Hız 422 11.6 Eksenel Akış ve Karışık Akış Pompaları 423 11.7 Türbinler 426 11.7.1 İmpuls Türbinleri 427 11.7.2 Reaksiyon Türbinleri 433 11.8 Sıkıştırılabilir Akış Turbomakineleri 436 11.9 Bölüm Özeti ve Çalışma Rehberi 437 Kaynaklar 438 Gözden Geçirme Problemleri 439 Problemler 439 A SAYISAL AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ VE FLOWLAB 443 B AKIŞKANLARIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ 458 C U.S. STANDART ATMOSFERİN ÖZELLİKLERİ 463 D REYNOLDS TRANSPORT TEOREMİ 465 E KAPSAMLI BİRİM DÖNÜŞÜM FAKTÖRLERİ ÇİZELGESİ 470 ONLINE EKLER LİSTESİ 474 F VİDEO KÜTÜPHANESİ Bu imkân sadece ABD için vardır. ABD dışındaki coğrafik bölgeler için kullanım ücretlidir.
İçindekiler xxi G GÖZDEN GEÇİRME PROBLEMLERİ H LABORATUVAR PROBLEMLERİ I HAD-BİR YÜZEYİ HAREKETLİ KAPALI HACİM ÖRNEĞİ L TEK NUMARALI ÖDEV PROBLEMLERİ CEVAPLAR C1 475 DİZİN D1 481 SÖZLÜK S1 488 AKIŞKAN OLAYLARI VİDEOLARI DİZİN VD1 496 TABLO 1.2 500 J FLOWLAB REHBERİ VE KULLANICI KILAVUZU K FLOWLAB PROBLEMLERİ