261 introduction
DESCRIPTION
Hydraulics Information and IntroductionTRANSCRIPT
CE261: HydraulicsInformation and Introduction
ชยธวช เสาวพนธ
ภาควชาวศวกรรมโยธา คณะวศวกรรมศาสตร
มหาวทยาลยเชยงใหม
ภาคเรยนท 2/2552
IntroductionCE261 : Hydraulics 2
อ. ชยธวช เสาวพนธ• ผอานวยการสานกคอมพวเตอร มหาวทยาลยเชยงใหม
• ผอานวยการสถานบรการเทคโนโลยสารสนเทศ มหาวทยาลยเชยงใหม
• ผอานวยการศนยธรรมชาตวทยาดอยสเทพฯ มหาวทยาลยเชยงใหม
• ผชวยอธการบด มหาวทยาลยเชยงใหม
• รองคณบดฝายกจการนกศกษา คณะวศวกรรมศาสตร
• ทปรกษาอดตนายกรฐมนตร
Research Interests
การจดการนา (แกไขปญหานาตกหวยแกว คลองแมขา การแกปญหานาทวม)
การจดการเทคโนโลยสารสนเทศ
e-Learning
เกยวกบผสอน
IntroductionCE261 : Hydraulics 3
Time and Location
CE 261-Hydraulics, Section 2
Time: 11:00 - 12:30, TuF
Location: 08-206
Midterm: 15 December 2009
Time: 12:00 - 15:00
Midterm: 25 February 2010
Time: 8:00 - 11:00
IntroductionCE261 : Hydraulics 4
Textbook
Fluid Mechanics
Frank M. White
4th Edition
Available at คอมพวเตอร หอง 07-204
ชลศาสตร อ.ชยธวช เสาวพนธ
IntroductionCE261 : Hydraulics 5
Grading Policy
Quiz: 10%
Class attendance: 10%
Homework: 10%
Mid-Term: 30%
Final: 40%
IntroductionCE261 : Hydraulics 6
Attendance Policy
เซนชอทกครงทเขาเรยน
คะแนนเขาเรยน 10% ของคะแนนทงหมด
ขาดครงแรกโดยไมมเหตผล ไมหกคะแนน
ขาดครงท 2 โดยไมมเหตผล คะแนนหายไป 2%
ขาดครงท 3 โดยไมมเหตผล คะแนนหายไป 4%
ขาดครงท 4 โดยไมมเหตผล คะแนนหายไป 6%
ขาดครงท 5 โดยไมมเหตผล คะแนนหายไป 8%
ขาดเกน 6 ครงโดยไมมเหตผล ไมมคะแนนเขาชนเรยน
IntroductionCE261 : Hydraulics 7
Homework Philosophy
วธการทดทสดในการเรยนรคอการลองปฎบต learn by doing
การบานจงเปนสงสาคญในการเรยนวชาน
การบานทใหจะครอบคลมเนอหาทสอน เพอใหนกศกษาไดฝก
วธแกปญหา ซงจะทาใหเขาใจเนอหาทเรยนไดดขน หาก
นกศกษาทบทวนสงทเรยน ทาความเขาใจเนอหาและทา
การบาน กไมนาจะมปญหาในการทาขอสอบ
IntroductionCE261 : Hydraulics 8
Homework Policy
เพอฝกหดใหนกศกษาทางานเปนทม นกศกษาสามารถทาการบานเปนกลมไดไมเกนกลมละ 3 คน ใหแจงความประสงควาจะทาการบานแบบไหนภายในวนท 30 ตลาคม หากเลอกทางานเปนกลมใหสงเพยงกลมละ 1 ชด
การบานจะตองสงกอนเขาชนเรยนหรอไมเกน 11:15 น.
หากสงการบานชา จะถกหกคะแนนดงน:
1. 25% หากสงหลง 11:15 น. ในวนทครบกาหนดสง
2. 50% หากสงในชนเรยนทถดจากวนทครบกาหนดสง
เฉลยจะตดใหภายใน 1 อาทตยหลงครบกาหนดสง
IntroductionCE261 : Hydraulics 9
Homework Format
การตรวจจะดความตงใจในการทางาน เพอใหการตรวจทาไดสะดวกขอใหนกศกษาทาตาม format ทใหไว
IntroductionCE261 : Hydraulics 10
Course Topics
Fluid Properties
Statics
Control Volume Analysis
Quantify the effects of mass, momentum and energy flux
Explain why lawn sprinklers rotate
Bernoulli Equation
Explain why a ping-pong ball can be held in an air jet
Dimensional Analysis
IntroductionCE261 : Hydraulics 11
Course Topics
Pipe Flow
ทอผนนาจากลานาหวยแกวเอานาออกไปใชเทาไรสง
External Flows
จะตองใชกาลงเทาไรในการทาใหรถ VW beetle วงดวยความเรว 100 kph?
Open Channel Flow
ระดบนาในแมนาปงจะเพมขนเทาไรจากการสรางฝายประตเหลกทตาบลปาแดด
IntroductionCE261 : Hydraulics 12
My Goals for the next seven weeks...
นกศกษามการพฒนาความเขาใจในหลกการของกลศาสตรของ
ของไหล และมทกษะในการแกปญหา
เมอนกศกษาผานวชานแลวสามารถพดวา “Fluids makes sense”
และ “ฉนสามารถแกปญหาเกยวกบการไหลของของไหล”
That we have an enjoyable 7 weeks learning together
IntroductionCE261 : Hydraulics 13
Fluid Mechanics• Liquid and GasHydraulics• Only Liquid
Fluid Mechanics or Hydraulics
IntroductionCE261 : Hydraulics 14
Motivation for Studying Fluid Mechanics
Fluid Mechanics เกยวของกบศาสตรตางๆ มากมายAerodynamicsBioengineering and biological systemsCombustionEnergy generationGeologyHydraulics and HydrologyHydrodynamicsMeteorologyOcean and Coastal EngineeringWater Resources…numerous other examples…
Fluid Mechanics is beautiful
IntroductionCE261 : Hydraulics 15
Aerodynamics
IntroductionCE261 : Hydraulics 16
Bioengineering
IntroductionCE261 : Hydraulics 17
Energy generation
IntroductionCE261 : Hydraulics 18
Geology
IntroductionCE261 : Hydraulics 19
River Hydraulics
IntroductionCE261 : Hydraulics 20
Hydraulic Structures
IntroductionCE261 : Hydraulics 21
Hydrodynamics
IntroductionCE261 : Hydraulics 22
Meteorology
IntroductionCE261 : Hydraulics 23
Water Resources
IntroductionCE261 : Hydraulics 24
Automotive Design
http://knol.google.com/k/-/-/yvfu3xg7d7wt/8nue4f/volvocar.jpg
http://www.solusinc.com/images/basic-pr-frontsm.gif
IntroductionCE261 : Hydraulics 25
Sport
http://www.a2wt.com/images/A2web/A2%20Wind%20Tunnel%20Bicycle%20Testing.JPG
IntroductionCE261 : Hydraulics 26
Fluid Mechanics is Beautiful
IntroductionCE261 : Hydraulics 27
Tsunamis
Tsunami: มาจากภาษาญปน แปลวา “Harbour Wave”
เกดจาก แผนดนไหว ดนถลม ภเขาไฟระเบด อกาบาด
ถงแมนจะไมเกดบอย แตมความเสยงสงตอพนทชายฝง
IntroductionCE261 : Hydraulics 28
Tsunamis: role in religion, evolution, and apocalyptic events?
ในตานานของชาวเผาตางๆ มกมเรอง
เกยวกบหายนะทเกดกบมนษยชาต เกด
การทาลายครงใหญ ทาใหมคนรอดตาย
ไมกคน แลวมาเรมอารยธรรมใหมอก
ครง โดยเชอวาเกดจากความโกรธของ
พระเจา (God)
เหตการณเหลานอาจเกดจาก tsunami?
IntroductionCE261 : Hydraulics 29
Tsunamis: role in religion, evolution, and apocalyptic events?
นกวทยาศาสตรเรมเชอในทฤษฎเกยวกบการสญพนธครงใหญในยค Cretaceous Tertiary (K/T) ประมาณ 65 ลานปทผานมา ซงเกดจากอกาบาตหรอดาวหางวงมาชนโลก สงทยงหลงเหลออยใหเหนคอ แนวหลมขนาดใหญ (เสนผาศนยกลางประมาณ 200 กม.) ทจมอยในบรเวณ Chicxulub ของคาบสมทร Yucatan ประเทศเมกซโก และซากทบถมทเกดจาก tsunamis ในใจกลางทวปอเมรกาเหนอ ซงพบวาเกดในชวงเวลาเดยวกน
IntroductionCE261 : Hydraulics 30
Tsunamis: role in religion, evolution, and apocalyptic events?
La Palma Mega-Tsunami = geologic time bomb?
หากภเขาไฟ Cumbre Vieja ระเบดจะทาใหซกตะวนตกของเกาะ La Palma
ถลมจมลงไปในมหาสมทรแอตแลนตก และเกดคลนยกษ (tsunami ) สง
ประมาณ 500 ม. วงเขาสชายฝงตะวนออกของประเทศสหรฐอเมรกา
IntroductionCE261 : Hydraulics 31
วธการแกปญหาทาง Fluid Dynamics
Analytical Fluid Dynamics (AFD)ใชหลกการทางฟสกสและสมการคณตศาสตรวเคราะหสมการ ซงจะได คาตอบทงแบบ แนนอนและแบบโดยประมาณ (exact and approximate solutions) ซงเปนเปาหมายหลกของวชา CE 261
Computational Fluid Dynamics (CFD) ใชวธ Numerical Analysis ในการแกปญหา governing equations
Experimental Fluid Dynamics (EFD) ใชการทดลองในการเกบขอมล
IntroductionCE261 : Hydraulics 32
Analytical Fluid Dynamics
คลน tsunamis เคลอนทในมหาสมทรลกดวยความเรวเทาไร?Incompressible Navier-Stokes equations
Linearized wave equation for inviscid, irrotational flow
Shallow-water approximation, λ/h >> 1
For g = 9.81 m/s2 and h=3,000 m, C=171.5 m/s = 617 km/hr
IntroductionCE261 : Hydraulics 33
Computational Fluid Dynamics
In comparison to analytical methods, which are good for providing solutions for simple geometries or behavior for limiting conditions (such as linearized shallow water waves), CFD provides a tool for solving problems with nonlinear physics and complex geometry.
Animation by Vasily V. Titov, Tsunami Inundation Mapping Efforts, NOAA/PMEL
IntroductionCE261 : Hydraulics 34
Experimental Fluid Dynamics
Oregon State University Wave Research Laboratory
Model-scale experimental facilities
Tsunami Wave Basin
Large Wave Flume
Dimensional analysis(บทท 5) เปนวธการสาคญทใชในการออกแบบการทดลอง
IntroductionCE261 : Hydraulics 35
Experimental Fluid Dynamics
การทดลองบางครงจะทาใน
สนามหรอทาแบบ full scale
สาหรบ tsunamis ขอมลทเกบได
จะใชในการเตอนภย
DART: Deep-ocean Assessment
and Reporting of Tsunamis
Primary sensor: Bourdon tube
for measuring hydrostatic
pressure
IntroductionCE261 : Hydraulics 36
Advances in Fluid Mechanics
The most obvious impact of fluid mechanics is in aviation
Wright Flyer, 1903: 12 sec, 120 ft Glamorous Glennis, 1947: 25000 ft to 43000 ft @ Mach 1.06
Apollo-11, 1969 SpaceShipOne, 2004: @ 47000 ft sped to Mach 3 in 84 sec
IntroductionCE261 : Hydraulics 37
Aerodynamic drag force on automobiles is 1/3 that of early 20th century designs
1914 2010
Advances in Fluid Mechanics
ASTON MARTIN RAPIDE
IntroductionCE261 : Hydraulics 38
Key contributors to Fluid Mechanics
IntroductionCE261 : Hydraulics 39
http://gearratio.files.wordpress.com/2007/12/aeo.gif
Hero (Heron) of Alexandria (AD 20-62)
First stream engine
A Greek mathematician, scientist and inventor
IntroductionCE261 : Hydraulics 40
Automatic Temple of Alexandria
IntroductionCE261 : Hydraulics 41
Automatic Temple of Alexandria
IntroductionCE261 : Hydraulics 42
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.yannminh.com/img/CtTempleHeron2.JPG&i
mgrefurl=http://www.yannminh.com/english/CtTempleHeron.html&usg=__60LkPqvTqDTiITdQPh
Lmm_UWVLU=&h=800&w=800&sz=161&hl=en&start=6&um=1&tbnid=OcOtZ9UBlsTWYM:&
tbnh=143&tbnw=143&prev=/images%3Fq%3Dheron%2Bof%2Balexandria%26hl%3Den%26rlz%
3D1T4GGLR_enTH313TH313%26sa%3DX%26um%3D1
Automatic Temple of Alexandria
IntroductionCE261 : Hydraulics 43
http://library.thinkquest.org/C006011/english/sites/link.php3?link=http%3A%2F%2Fwww.history.rochester.edu%2Fsteam%2Fhero
%2Findex.html
Hero (Heron) of Alexandria (AD 20-62)
IntroductionCE261 : Hydraulics 44
http://neatorama.cachefly.net/images/2008-05/archimedes-eureka.jpg
http://twistedphysics.typepad.com/cocktail_party_physics/images/2007/07/16/archimedes.jpg
Archimedes.
He was born in 287 B.C and died in 212 BC in Syracuse, Sicily
IntroductionCE261 : Hydraulics 45
http://www.cs.drexel.edu/~crorres/Archimedes/Stamps/stamp_italian.jpg
Archimedes.
IntroductionCE261 : Hydraulics 46
http://neuronarrative.files.wordpress.com/2009/01/sk03davinci.jpg
He was born April 15, 1452 and died May 2, 1519.
Florence - Milan - Rome
Leonardo da Vinci
IntroductionCE261 : Hydraulics 47
http://www.loc.gov/today/pr/images/davinci_drawing.jpg
Leonardo da Vinci
IntroductionCE261 : Hydraulics 48
http://philisoft.com//personal/misc/davinci/davinci-1024x768.jpg
Leonardo da Vinci
IntroductionCE261 : Hydraulics 49
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/50/Leonardo_da_Vinci_helicopter_and_lifting_wing.jpg
http://speechbubble.files.wordpress.com/2007/05/eddy-davinci.jpg
Leonardo da Vinci
IntroductionCE261 : Hydraulics 50
http://www.squidoo.com/Drawings-da-Vinci-Posters-Prints
Leonardo da Vinci
IntroductionCE261 : Hydraulics 51
http://www.fallbrooktech.com/images/DaVinci_CVP_illustration.jpg
http://www.warthman.com/images/Davinci4.JPG
Leonardo da Vinci
IntroductionCE261 : Hydraulics 52
http://www.fondazioneblaisepascal.org/images/blaise_pascal_bn_figura_intera.jpg
http://home.wxs.nl/~brink494/hydr.htg/pascal.gif
French mathematician
Fondazione Blaise Pascal (1623-1662)
IntroductionCE261 : Hydraulics 53
http://apod.nasa.gov/apod/image/IsaacNewton.gif
http://pico1.e.ft.fontys.nl/aot/newton.jpg
Sir Isaac Newton (1642-1727)
IntroductionCE261 : Hydraulics 54
http://www.speedace.info/speedace_images/pitot_tube_simple_sketch.gifhttp://www.aerospaceweb.org/question/instruments/airspeed/pitot-static-system.jpg
http://www.weekendcfii.com/photos/c172preflt/C172_pitot.jpg
French hydraulic engineer
Henri de Pitot (1695-1771)
IntroductionCE261 : Hydraulics 55
http://www.mathematik.ch/mathematiker/DaBernoulli.jpg
http://74.125.155.132/search?q=cache:http://pass.maths.org.uk/issue1/bern/index.html
Dutch-Swiss mathematician
Daniel Bernoulli (1700-1782)
IntroductionCE261 : Hydraulics 56
http://www.pas.rochester.edu/~cline/P235W/Leonhard_Euler_2.jpg
http://www2.physics.umd.edu/~redish/Money/euler.jpg
Swiss mathematician and physicist
Leonard Euler (1707-1783)
IntroductionCE261 : Hydraulics 57
http://milestones.sdsu.edu/
http://www.real-estate-in-france.com/images/015APextairview1.jpg
http://www.hausboot.de/images/kartenmaterial/canal_de_bourgogne.jpg
Canal de Bourgogne, uniting the Seine and Rhône basins in 1764
French hydraulic engineer
Antoine Chezy (1718-1798)
IntroductionCE261 : Hydraulics 58
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/fluids/imgflu/venturi.gif
Italian physicis
Giovanni Battista Venturi (1746-1822)
IntroductionCE261 : Hydraulics 59
http://cambridgeforecast.files.wordpress.com/2008/05/darcy.jpg
http://www.cig.ensmp.fr/~hydro/BIB/darcy/darcy_columnsmall.jpg
French hydraulic engineer
Henri Philibert Darcy (1803-1858)
IntroductionCE261 : Hydraulics 60
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/93/Weisbach.jpg
http://en.wikipedia.org/wiki/Julius_Weisbach
Darcy–Weisbach equation
German mathematician and engineer
Julius Weisbach (1806-1871)
IntroductionCE261 : Hydraulics 61http://www.ib.cnea.gov.ar/~fluidos/ns.jpg
Claude-Louis-Marie Navier (1785-1836)and George Stokes (1819-1903)
French Civil Engineer (1821)A specialist in road and bridge building
British mathematician and physicist (1842)
IntroductionCE261 : Hydraulics 62
http://wpcontent.answers.com/wikipedia/commons/6/64/Williams_Froude.jpeg
http://www.btinternet.com/~philipr/froude.htm
British engineer
A pioneer in the use of ship models for hydrodynamic research
Chelston Cross Tank at Torquay Circa 1871
William Froude (1810-1879)
IntroductionCE261 : Hydraulics 63
http://milestones.sdsu.edu/manningphoto150b.jpghttp://manning.sdsu.edu/
Irish Engineer
The first best-fit formula was the following:
V = 32 [RS (1 + R1/3 )]1/2
He then simplified this formula to:
V = C Rx S1/2
In 1885, Manning gave x the value of 2/3 as follows:
V = C R2/3 S1/2
On December 4, 1889, at the age of 73,
Manning first proposed his formula to the
Institution of Civil Engineers (Ireland)
V = C (gS)1/2 [R1/2 + (0.22/m 1/2 )(R - 0.15 m)]
"Handbook of Hydraulics," King (1918)
V = (1/n) R2/3 S1/2
Robert Manning (1816-1897)
IntroductionCE261 : Hydraulics 64
http://wpcontent.answers.com/wikipedia/commons/d/df/Osborne_Reynolds.jpg
http://www.perdiamateria.eng.br/Nomes/Imagens/Reynolds2.jpg
Professor of Engineering at Owens College (University of Manchester)
Osborne Reynolds (1842-1912)
IntroductionCE261 : Hydraulics 65
Osborne Reynolds (1842-1912)
IntroductionCE261 : Hydraulics 66
http://en.wikipedia.org/wiki/Buckingham_%CF%80_theorem
US Physicist
(soil physics, gas properties, acoustics, fluid mechanics, and blackbody radiation)
"The principle of similitude” (1915)
Edgar Buckingham (1867-1940)
IntroductionCE261 : Hydraulics 67
Three researchers in Germany (1930)
IntroductionCE261 : Hydraulics 68
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Moody_diagram.jpg
Professor of Hydraulic Engineering at Princeton University
Lewis Ferry Moody (1880-1953)
IntroductionCE261 : Hydraulics 69
http://www.artstamps.dk/Images%2027/12-Michel.jpg
Le Mont-Saint-Michel
IntroductionCE261 : Hydraulics 70
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Plan.mont.Saint.Michel.png
Le Mont-Saint-Michel
IntroductionCE261 : Hydraulics 71
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Mont_st_michel_aerial.jpg
Le Mont-Saint-Michel
IntroductionCE261 : Hydraulics 72
Le Mont-Saint-Michel
IntroductionCE261 : Hydraulics 73
Le Mont-Saint-Michel
IntroductionCE261 : Hydraulics 74
Le Mont-Saint-Michel
IntroductionCE261 : Hydraulics 75
http://www.projetmontsaintmichel.fr/en/pont.asp
Today
Tomorrow
Le Mont-Saint-Michel