FYSISCH TECHNOLOGISCH
BIJ-OE-HANDBOEK
L.P.S.M.
Janssen
BIJ-OE-HANDBOEK dr.ir. L.P.B.M.Janssen ir. M.M.C.G.Warmoeskerken n -,0 .... ~o 0 ' 0 N U l -.I~
1704
730
4
BIBLIOTHEEK TU Delft P 1704 73041111111111111
c
519762VOORWOORD
De aanleiding tot het samenstellen van dit boek vormde het feit dat ver -schillende gegevens welke de fysisch technoloog vaak nodig heeft om 'snel' iets door te rekenen in de literatuur verspreid worden aangetroffen.·
Door de meest gebruikte tabellen,correlaties en grafieken te bundelen (en eventueel te herleiden tot S.I.-eenheden) is dit naslagwerk ontstaan, dat nuttig kan zijn, zowel bij het bestuderen als bij de beoefening van de Fysische Transportverschijnselen.
Het boek is niet alles-omvattend; vaak moesten wij een keuze maken. Bij onze literatuurstudie is bijvoorbeeld gebleken, dat alleen voor de stofover-dracht aan deeltjes, druppels en bellen al meer dan 100 correlaties bestaan.
In dergelijke gevallen hebben wij gekozen voor de meest algemene of de
meest gebruikte correlaties. Dit betekent dat dit boek geen substituut is voor-een literatuurstudie.
Dit tabellenboek bestaat uit vier onderdelen:
Het eerste deel geeft de algemene informatie die, zoals de ervaring ons heeft geleerd, vaak nodig of handig is; variërend van Grieks alfabet tot ijkkutven van thermokoppels en omslaggebieden van indicatoren.
Het tweede deel is een uittreksel uit de veel gebruikte wiskunde en omvat naast algemene wiskundige technieken ook de vector- en tensorrekening voor-zover deze relevant is voor de stromingsleer en elementaire reologie.
Deel drie vormt een compendium van de Fysische Technologie. Bij het samen-stellen hiervan hebben wij gepoogd door systematische indeling snel opzoeken mogelijk te maken.Tevens hebben wij de grafieken zodanig uitgevoerd, dat zijnauwkeurig kunnen worden afgelezen.
Tenslotte hebben wij in deel vier stofeigenschappen van verschillende materi-alen getabelleerd. Hierbij is speciale aandacht geschonken aan de twee meest gebruikte stoffen: water en lucht.
Wij hopen dat dit boek nuttig zal zijn, zowel voor de studenten in, als voor de beoefenaren van de fysische technologie; wij houden ons aanbevolen voor suggesties, opmerkingen en aanvullingen.
4
INHOUD
3 Voorwoord 4 Inhoud 7 Algemeen 8 Grieks alfabet 8 Voorvoegsels 9 Periodiek systeem 10 Mathematische constanten I I Fysische constanten 12 Conversiefactoren 14 Temperatuurschalen15 Benaderingsformules voor fysische eigenschappen 15 water 15 waterdamp 15 vochtige lucht 16 droge lucht 17 thermokoppels 20 Omslaggebied indicatoren 21 Wiskunde
22 Volume en oppervlak van enkele lichamen 25 Integralen
33 Elementaire differentiaalvergelijkingen 35 Benaderingsformule voor Besselfuncties 38 Errorfunctie 39 Laplace transformaties 39 eigenschappen 41 veelgebruikte Laplacetransformaties 43 Tensoren 43 rekenkundige bewerkingen 44 invarianten van een tensor 44 andere vector en tensor operaties 45 Differentiëren in vector en tensornotatie 45 na bla opera tor
46 nabla operaties in een carthesiaans coördinatensysteem 46 veel voorkomende nabla identiteiten
47 scalaire afgeleiden naar de tijd 47 tensoriëIe afgeleiden naar de tijd 48 Lineaire regressie
49 Fysische Technologie 50 Concentratienotaties
51 Algemene balansvergelijkingen 51 continuïteitsvergelijking 51 massabalans voor component A 52 bewegingsvergelijking
53 energiebalans
54 continuiteits- en bewegingsvergelijking in tensornotatie 54 Bernoulli vergelijkingen
54 algemene Bernoullivergelijking
54 wrijvingsloze stroming van een incompressibel medium met if>A=0 54 isotherme stroming van een ideaal gas
54 adiabatische stroming van een ideaal gas 55 Balansvergelijkingen voor geïdealiseerde materialen
55 massabalans voor component A met constante dichtheid en constante diffusiecoëfficiënt
56 bewegingsvergelijking voor newtonse vloeistoffen met constante dichtheid 57 energiebalans voor newtonse vloeistoffen met constante dichtheid en
constant warmtegeleidingsvermogen
58 Veel voorkomende stromingsvelden in tensornotatie 59 Reologische modellen
59 ééndimensionaal 59 tensorieel
60 lineaire en logaritmische reogrammen ter herkenning van enkele vloeistoffen 61 Druk-debiet karakteristiek voor stroming van enkele veel gebruikte vloeistoffen
door een ronde buis 62 Verblijftijdspreiding 62 gemiddelde verblijftijd 62 variantie in de spreiding
62 relaties
62 ingangssignalen 63 responsie van systemen 64 Grootheden en hun dimensies
66 Alfabetische lijst van dimensieloze kentallen 71 Veel gebruikte dimensieloze correlaties
71 stroming
71 warmteoverdracht 72 stofoverdracht
73 Analogieën tussen warmteoverdracht en stofoverdracht 73 Chilton-Colburn analogie
73 analogie grootheden
75 Weerstandscoëfficiënt
Cw
bij stromingen om lichamen75 tabel
76 grafieken
77 Frictiecoëfficiënten bij stromingen door lichamen
77 tabel
79 grafieken voor buisstroming 81 Hydraulische diameters
82 Vochtigheidsdiagrammen voor water-lucht bij atmosferische druk 84 Fourier grafieken
85 temperatuur in het centrum 86 gemiddelde temperatuur
87 Vormen van bellen en druppels, vrij opstijgend in Newtonse vloeistoffen 88 Stijgsnelheid van luchtbellen in water
89 Stijg- of valsnelheid van druppels in laag viskeuze vloeistoffen 90 Gas-vloeistof stromingspatronen in horizontale pijpen bij meestroom 92 Gas-vloeistof stromingspatronen in vertikale pijpen bij meestroom 93 Vorming van bellen aan een nozzle
94 Stof- en warmtetransport bij omstroomde bollen 95 Stofeigenschappen 96 Water 97 Prandtl 97 tempera tu urvereffeningscoëfficiën t 98 verdampingswarmte 98 kubieke uitzettingscoëfficiënt 99 diëlektrische constante 99 oppervlaktespanning 99 elektrische geleidbaarheid
6
100 dichtheid
lOl verzadigde waterdampspanning 102 dynamische viscositeit 103 warmtegeleidingscoëfficiënt 104 compressibiliteit 105 soortelijke warmte 105 brekingsindex 106 Lucht 106 samenstelling 106 Prandtl 107 temperatuurvereffeningscoëfficiënt 107 dichtheid 108 dynamische viscositeit 108 warmtegeleidingscoëfficiënt 109 soortelijke warmte 109 geluidssnelheid
110 Eigenschappen Gronings aardgas 111 Eigenschappen van enkele metalen 112 Eigenschappen van enkele vloeistoffen
113 Eigenschappen van enkele gassen (25°C en atmosferische druk) 114 Kritsiche temperatuur en druk
115 Kunststoffen 119 Oplosbaarheidstabel 122 Diffusiecoëfficiënten
122 diffusiecoëfficiënt van gassen in water
122 diffusiecoëfficiënt van gassen en dampen in lucht (25°C en atmosferische druk)
123 diffusiecoëfficiënt van ionen in water bij zeer lage concentraties (25°C) 124 Henry coëfficiënt van enkele gassen in water
125. Henry coëfficiënt in ionen oplossingen 126 Dynamische viscositeit van alcohol-water mengsels 128 Dynamische viscositeit van glycerol-water mengsels 130 Dynamische viscositeit van rietsuiker, opgelost in water 131 Dynamische viscositeit van PVP, opgelost in leidingwater 132 Dynamische viscositeit van enkele gassen
133 Oppervlaktespanning van anorganische stoffen in water ten opzichte van lucht
134 Oppervlaktespanning t.o.v.lucht, en grensvlakspanning t.O.V. water van organische vloeistoffen
135 Oppervlaktespanning van mengsels van organische vloeistoffen met water t.O.V.
lucht
136 Kubische uitzettingscoëfficiënt van vloeistoffen 136 Eutectische temperaturen van koudmakende mengsels 137 Soortelijke electrische geleidbaarheid van waterige oplossingen 139 Index
ALGEMEEN
8 Grieks al fabet 8 Voorvoegsels 9 Periodiek systeem 10 Mathematische constanten 11 Fysische constanten I 2 Conversiefactoren 14 Temperatuurschalen15 Benaderingsformules voor fysische eigenschappen 15 water
15 waterdamp 15 voch tige lucht 16 droge lucht 17 thermokoppels
8,
GRIEKS ALFABET
A a alfa N IJ nu B (j bèta-
~ xir
r
gamma0
0 omikron ~ {) deltan
1T piE
e
epsilon P p rho Z ~ zèta ~ a sigmaH 'TI èta T T tau
e
f) thèta'T
v
upsilonI iota 4> 'P phi
K
K kappaX
X chiA À lambda 'I'
l/I
psiM
fJ. mun
w omegaVOORVOEGSELS
voorvoegsel symbool factor
exa E 1018 peta P 1015 tera T 1012 giga G 109 mega M 106 kilo k 103 hecto h 102 deca da 10 deci d 10-1 centi c 10-2 mili m 10-3 micro fJ. 10-6 nano n 10-9 pico p 10-12 femto f 10-15 atto a 10-18
HOOFDREEKSEN
periode IA 11A II1B IVB VB
NEVENREEKSEN
VI B VII B VlII B I B IIB lIl A
HOOFDREEKSEN
IV A V A VIA VIIA VIII A
1 1.0 0 7 9 2 4,0026
H AIOOlll ):C\\ichl H.
wate rstor Atoo mnum mer / (llJakjcs,wijzenop hetmeest Helium
3 6,939~ 9,01.2 --... stabieleIsot oop) 5 10 ,8116 12.01115 14 ,0 0 6 78 15,9 9 9 4 9 IS,9 9 lj 410 20,183
26 55.847
Li Be F. B C N 0 F N.
Lithium Beryllium IJz!."r Symb ool Uorium Koolstof Stikstof Zu ursto f Iluor Neon 11 22.989812 24,312
Naamj 132h,9 81514
28,08615 30,9'73816 32.06417 JS,4S)18 39.948
Na Mg AI Si P S Cl Ar
Natrium M3JnC'siurn Aluminium Silici um Fosfor zw av..1 Chloo r Ar,on
19 39.09 820 40 ,0 8 21 44,9 5 6 22 47,90 2350.942 24 51,996 25 54,938 26 S5.84727 58.93328 58.7129 63, 5430 65 .3831 69.7132 72.5' iJ3 74.92234 78,96 35 79,90936 83.80
K Ca Se Ti V Cr Mn F. Co Ni Cu Zn Ga G. A. S. Br Kr
Kalium Calcium Sc:m diurn Tilaan Va nadi u m Chroom ManlCaan IJzer Cu ball Nikkel Koper Zink tjalli urn Germaniun Arseen Seteen Broom Krypton 37 85.4 7j3s 87.62 39 88,905 40 91.22 41 92,906 42 95 ,9 4 43 (981 44 101,074510 2,90 546 106,4 47 10 7.8 7048 112.4 0 49 114.8250 118,··lsl 12 1.1552 12 7 .6053 126,90454~
Ab Sr Y Zr Nb Mo Tc Au Ah Pd Ag Cd In Sn Sb T. I x.
Ru b id iu m Sno nuu m Yll rium Zirkoo n Niubium Mnly bdee n 'recnn enc u m Itutho:n i um Rhodium Palladium Zilvo:r Cadmium Indi um Tin Antimoon Tell u ur Jodiu m Xenon
55132.90 54~6 131,34 57- 71 72 73 74 18 3,8 5 75 18 6.276 190.277 192.278 195.09 79 19 6 .0 9 80 200,59 81 204,3782 207 .19la320••••064 (210)85 (210)86 (222)
C. Ba 1) Hf Ta W A. O. Ir Pt Au Hg TI Pb Bi Po At An
Cao:sium Barium Ha fn iu m Ta nl all Wol fraam Renr um Osmi um Iridium "blina Go ud Kwik Thallium Lo o d Bismulh I'olonium Astatium Radon 87 (22388 (226) 89- 10 104 105
Fr Aa 2) Ha
Franci um Radium IIlhni um
1) Lanthaan reek s 2) Actinium reek.\ 57 138,9158 14 0.1259 140.96760 144.24 61 (147)62 1S0.3563 151,96
""
157,2S65 I58.'H46 6 162. 506 7 164.9 3I&B 167.26 6916 8. 9 34 0 173.04 1 174.9 7 La C. Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Oy Ho Er Tm Yb LuLa nthaan Cerium I'ru o:o dy· Ne od ymiu mPr om ethi um Samarium Euro pi um Gadolinium Terb tc m l)Ys pro s iu m lIolm i um Frhium Thuli um Yllo:rhiu m Lutenum miurn
89 (227)9023 8 .0 38 91 (231)9 2 238 ,0 39 3 (237)94 (237)95 (24396 (247)9 7 (241)9 8 (249)99 (2541100 (253)101 (256)102 (254)103 (257)
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf E. Fm Md No Lw
Thorium Ptot ac. auromlcm Einsteiniu m ler rniu m Meu c etevt u m Nobelium Lawr e nciu m
Acun tu m Iinium Uraan No:pl un ium Pturom um Ame rici u m Curi um IJ<.orkeliu m
10
MATHEMATISCHE CONSTANTEN
1T 3,1415926535 e 2,7182818284 1Te 22,4591577183 e7l' 23,1406926327 IOlog e 0,4342944819 elog 10 2,3025850929 1 radiaal 57° 17' 44,8"i
O 0,0174532925 radialen I' 0,0002908882 radialen I" 0,0000048481 radialenFYSISCHE CONSTANTEN
Gasconstante R 8,314413 I/mol K
Getal van Avogadro N 6,0220450 1 02 2 mol-1
Versnellingvan de zwaartekracht g
standaard 9,80665 m/s2
evenaar 9,81422 m/s2
pool 9,78039 m/s2
Delft (lab. Techn. Nat.). 9,81256 m/s2
Volume van een ideaal gas V 2,241380 1 0 -2 m3/mol
m
(bij standaard druk en -ternperatuur)
Stefan-BoItzman constante a 5,670320 1 0 -s W/mK4 Verschuivingsconstante van Wien b 2,2800 1 0 -3 mK BoItzman constante k 1,380662010-23 l/K Standaard temperatuur Ts 273,15 K Standaard druk Ps 1,013250 1 05 Pa Licht snelheid in vacuum c 2,998 mis
Waarden van de gasconstante
P x V=nRT (n in kmol/kg)
Tempe ratuur K (Kelvin) R (Rankin)
Volume liter m3 ft3 liter - m3 ft3
Druk
Pa 8314 8,314 294 4620 4,62 163
atm. 0,08205 8,205 x 10-5 0,00290 0,0456 4,56 x 10-5 0,00161
cm H20 84,79 0,08479 2,99 47,1 0,0471 1,66
mm Hg 62,4 0,0624 2,20 34,6 0,0346 1,22
voorbeeld : Wat is het volume in liters van 2 mol gas bij 30 mm Hg en 20°C ?
12
CONVERSIE FACTOREN
sym· vermenigvuldigen
mi!
in SI·baal grootheid uitgedruktin .. delen door stelsel
L lengte inch (in) 0.0254 m
foot (ft) 0.305 yard (yd) 0.914 mile 1609 Ängstrom (Ä) IQ-I 0 A oppervlakte in2 . 6.45 X IQ-4 m2 ft2 0.0929 yd2 0.836 acre 4047 mile2 2.59 x 106 V volume in3 1.64 x IQ-5 m3 ft3 0.0283 yd3 0.765 UK gallon 4.55 x IQ-3 US gallon 3.785 x IQ-3 tijd minuut 60 s uur 3600 dag 8.64 x 104 jaar 3.16 x 107
M massa grain 6.48 x IQ-5
kg ounce (oz) 2.84 x 10-2 pound (lh) 0.454 hundredweight (cwt) 50.8 ton 1016 K kracht poundal (pdl) 0.138 N pound force (lbf) 4.45 dyn IQ-5 kg kracht 9.81 <{Jv volumestroom ft3/min 4.72 x 10-4 m3/s UK gal/min 7.58 x IQ-5 US gal/min 6.31 x 10-5
<{Jm massa stroom lh/min 2.10 x IQ--6 kg/s
ton/h 0.282
p dichtheid 1h/in3 2.77 x 104 kg/m3
sym· ve11I(rmenigvuldigen m'Jret in SI· baal grootheid uitgedruktin delendoor stelsel
nSI· p druk, spanning lbf/in2
6.89 x 103 Pa= N/m2 telsel lbf/fe 47.9 m dyn/cm2 0.1 kgf/cm2 (= at) 9.81 x 104 atm(standaard) 1.013 x 105 bar 105 inch water 2.4 9 x 102 m2 mm water 9.80 ft water 2.99 x 103 inch Hg 3.39 x 103 mm Hg (torr) 1.33 x 102
dynamische viso- lb/ft h 4.13 x 10-4 Pa·s = Ns/m2
m3 siteit lb/ft s 1.49
Poise (P= g/cm s) 0.1 Centipoise(cP) 10-3
v
kinematischevis- fe/h 2.58 x 10-5 m2/scositeit Stokes (S = cm2/s) 10-4
s Centistokes (cS) 10-6
o
oppervlaktespan- dyne/cm (= erg/cm2) 10-3 N/m ning LH temperatuurverschil graad F (of R) 5/9 K tC) kg Q energie (arbeid, f:t lbl 0.04 21 J = W s= Nm warmte) ft lbf 1.36 BTU 1.06 x 103 CHU 1899 hph 2.68 x 106 N erg 10-7 kgf m 9.81 kcal 4.19 x 103 kWh 3.60 x 106m3/s \{JA vermogen BTU/h 0.293 W= J/s= Nm/s
(energiestroom) CHU/h 0.528 ft lbf/s 1.36 kg/s hp (British) 746 hp (metric) 736 kg/m3 erg/s 10-7 kcal/h 1.163 cal/s 4.19
"
warmtestroom- BTU/ft2h 3.15 W/m2 \{Jw dichtheid cal/cm2s 4.19 x 104 kcal/m2h 1.16314
sym- vermenigvuldigen met"11( . . in SI·
bool grootheid uitgedrukt in delen door stelsel
I
BTU/lboF 103
C soortelijke warmte 4.19 x J/kg K
kcal/kg °c 4.19 x 103
latente warmte BTU/lb 2.33 x 103 J/kg
kcal/kg 4.19 x 103
warmtegeleidings- BTU/ft hOF 1.73 Wim K
coëfficiënt cal/cm sOC 4.19 x 102
kcal/rn hOc 1.163
h warmteoverdrachts BTU/ft2hOF 5.68 W/m2K
coëfficiënt cal/cm2soC
4.19 x 104 kcal/m2hoC 1.163 Temperatuurornrekeningstabel naar °c oF van K R Kelvin K - 273,15 SK9 - 459,69
2K
5 °Celcius °c + 273,15ioC
+ 32 ,2°C+491 67 5 ' ° Fahrenheit~
oF + 255 37~
oF - 1778 oF + 459,7 9 ' 9 ' Rankine~R
~
R - 273 15 R - 459,7 9 9 'TEMPERATUUR SCHALEN
Temperatuur in temperatuur van temperatuur van smeltend ijs kokend water
Celsius
o
°c 100°CRankine 491,67 R 671,67 R
Fahrenheit 32 oF 212 oF
in SI
-stelsel
BENADERINGSFORMULES VOOR FYSISCHE EIGENSCHAPPEN
notatie: /kg K /kgvlm
K C soortelijke warmte p druk T temperatuur (OoC<
T<
100°C) 1'/ viscositeit À warmtegeleidingscoëfficiënt p soortelijke massa Ha absolute vochtigheid H r relatieve vochtigheid x molfraktie ID binaire diffusiecoëfficiënt M molekuulgewicht indices: kj/kg K Pao
e
Pa's WImK
kg/m3 m/s2 kg/krnol 1,67 d h TI s v droge luchtper massa eenheid droge lucht
netto droge lucht plus bijdragen van de waterdamp met water verzadigd lucht
waterdamp ',7 water: 1'/= 103 x exp (0.580 - 2.5208+0.909 8 2 - 0.26483 ) Pa's met 8 = 3.6610 T/(273.1
+
T)À= 0.5607
+
0.200(T/lOO) - 0.795 (T/IOO)2 WIm Kwaterdamp: My
=
18,02 kg/krnol C=
1,87 kj/kg K v Py=
2.167 P/(273,15 + T) kg/m3 1'/y=
(8,19 + 0,0407 T - P/2810)x 10-6 Pa's Ày=
0,0158 + 84 x 10-6 T WIm K vochtige lucht: Ha = 0,622 p)(P n-p) Hr = p)pvs xy = H)(0,622+ Ha)16
= (3,484 - 1,317 x ) p /(273,15 +T) kg/m3
,v n , :
= (11d
+
Y/O,7887 11y - 11d))/(1 - 0,2113 x) x 10-6 Pa-s= (Àd
+
x (0,8536 À - Àd))/(1 - 0,1464 x ) X 10-3 Wim K v v v=
Cd +HaCy kj/kg K = 0,222 (1+
T/273,15)1.75/Pn m/s2 droge lucht: = 28,97 = 1,00 = 3,484 Pd/(273, 15+
T) = (17,11+
0,05 36 T+
p/8280) x 10-6=
0,02402+ 74 x 10-6 T kg/krnol kj/kg K kg/m3 Pa·s Wim KTHERMOKOPPELS
Thermospanning in milivoits,referentiekoppel op 0°C.
oe
Chromel IJzer Koper Platina PlatinaAlumel Constantaan Constantaan Platina/ Rhodium Platina/ Rhodium
10% 13% 10 0,40 0,50 0,39 0,06 0,06 20 0,80 1,02 0,70 0,11 0,11 30 1,20 1,54 1,19 0,17 0,17 40 1,61 2,06 1,61 0,24 0,24 50 2,02 2,58 2,03 0,30 0,30 60 2,43 3,11 2,47 0,36 0,36 70 2,85 3,65 2,91 0,43 0,43 80 3,26 4,19 3,36 0,50 0,50 90 3,68 4,73 3,81 0,57 0,57 100 4,10 5,27 4,28 0,64 0,65 110 4,51 5,81 4,75 0,72 0,72 120 4,92 6,36 5,23 0,79 0,80 130 5,33 6,90 5,71 0,87 0,88 140 5,73 7,45 6,20 0,95 0,96 150 6,13 8,00 6,70 1,03 1,04 160 6.53 8,56 7,21 1,11 1,12 170 6,93 9,11 7,72 1,19 1,21 180 7,33 9,17 8,23 1,27 1,29 190 7,73 10,22 8,76 1,35 1,38 200 8,13 10,78 9,29 1,44 1,47 250 10,16 13,56 12,01 1,87 1,92 300 12,21 16,33 14,86 2,32 2,40 350 14,29 19,09 17,82 2,78 2,89 400 16,40 21,85 20,87 3,25 3,40 450 18,5: 24,61 3,73 3,92 500 20,65 27,39 4,22 4,46 550 22,78 30,22 4,72 5,00 600 24,91 33,11 5,22 5,56 650 27,03 36,08 5,74 6,14 700 29,14 39,15 6,26 6,72 750 31,23 42,32 6,79 7,32 800 33,30 7,33 7,92 850 35,34 7,88 8,54 900 37,36 8,43 9,18 950 39,35 9,00 9,82 1000 41,3\ 9,57 10,47
00
koper-conslanlaan Ijzer-conslanlaan
17/
, - ,
I
r-u---~i~Thermospannlngen bIJ lage t.emper-etur-en I
E(mvl
-1
·E(mVI
t
1
f
f I T
ITh~rmospannlng~n
bijhog~
IJz~r-constantaan
40f--
_I
t.ernp
er-et.ur-en chr-crnel-elurnet/
XI?
1 }/I;1
...
\0I ~
I ~ T(OCI--L
1000 I-L
800 I-'--
600 t II
400 200 - I IKleur 0 IV
rood oranje - blauw
;::
0rood - geel t'-lt'"' rood - geel
>
Cl rood - geelC1
rood - geelm
t:l:l rood - oranje-
m
geel - purper'='
geel - blauw-
:z
rood - geele
-geel - rood ( j>
geel - purper..,
geel - blauw 0 ~ rood - blauwm
rood - geel:z
geel _.rood geel - rood kleurloos - rood geel - blauw geel - blauw kleurloos - blauwgeel - oranje bruin
geel lila
kleurloos - oranje bruin ;,,1,'
;;;;
\;;;;
1:;; ,1,
;,:1
;;;;1;;;;;p
r ::
I;;"
lflP
t
" "I" " . .... .. ..I ;;::; :;;; , ~:
:!
12 13 14 pH-, +
;;
;;;;1;;;; 1:;:; ;;;;1;;;;1:;:; 10 9 8 7 ··'t:::-:I Omslaggebied 6 5 .l:;~:~::: :;::: :;: : ; :;:..:
~:::: ;::::~:::; ;:
:
J
:;;
.. :I::::1::::I: :::1: :::1: :::1::::1:::11::: n::.!:1::;:1:: : :I:: : 'I::::1:::: 4 3.
..i
~~L
~~I
U
~;~j
!~~l
2,
:;: ;L
o
Indicator Neutraal rood Phenol rood Kresol rood Phenolphtaleien Thymol blauw ClNaphtolbenzeïne ThymoJphataleien Salicylgeel AlizariengeeJ Nitrumine Methyl rood Chloor phenol rood Broom kresol purperWISKUNDE
22 Volume en oppervlak van enkele lichamen
25 Integralen
33 Elementaire differentiaalvergelijkingen
35 Benaderingsformule voor Bessolfuncties
38 Errorfunctie 39 Laplace transformaties 39 eigenschappen 4 I veelgebruikte Laplacetransformaties 43 Tensoren 43 rekenkundige bewerkingen
44 invarianten van een tensor
44 andere veetor en tensor operaties
45 Differentiëren in vector en tensornotatie
45 nabla operator
46 nabla operaties in een carthesiaans coördinatensysteem
46 veel voorkomende nabla identiteiten
47 scalaire afgeleiden naar de tijd
47 tensoriële afgeleiden naar de tijd
22
VOLUME EN OPPERVLAK VAN ENKELE LICHAMEN
v
= volumeo
= oppervlak OM = oppervlakte mantel A h = oppervlak = hoogte°
= 2(ab+ac+bc) V=a.b.c d =../a
2 +b2 +c
2°
= 6a2 V = a3 d =av'3
I ' I "d I \ I , I , I , ,...- - \ -,
---..-- ---~----:;;-Kubus Rechthoekig bloka
Piramideh
V Tetraëder Octaëder) Afgeknotte piramide Cilinder Buis Afgeknotte cilinder Cilinderhoef
/"-G---'~
~, d-
-
-
---hv
v
= .!.1Thd2 4 1°
= 1Td(ïd + h) OM = rrdhv
=~
1Td2(h l + h2) 1 1°
= - 1Td [h + h + - d + 2' I 2 2 +A
d 2+(hl - h 2 )2) 4 2 1 OM ="2
1Td (hl + h2) Kegelv
= ..!-1Td2h 12 1 1°
=2
1Td ( 2" d + s) 1°
M = -1Tds224 2 I
i
V = 7Th(
"2
d-3
h)o
= 7T(2dh- h2)h
7Th(D2+
Dd+
d2) 1 1 1 I - 7TD(- D+
s)+ -
7Td(~ 2 2 2 · V=
.!..7Td2h 6o
=~
7Td( 2h+
Vh d - hf)v
o
Bolsegment:Of
d I \ I \ / -, BolsektorOl
I \ d I I \ 1 \ / -, 1 <, / -""--
. / Bol Afgeknotte kegel1+ d2)
1 1
+
-1Td(~2 .
INTEGRALEN
Bij alle oplossingen dient een integratieconstante te worden opgeteld. u en v zijn functies van x. n + du
-
=
In u u un du = Basisin tegralenf
a du=
auf
f
d- hf )f
eU du=
eUf
sin u du=
-cos uf
tan u du = -In cos uf
csc· u du=
-cot uf
cot u csc u du=
-csc uf
csc u du = In (csc u - cot u)f
aU du In uaUf
du1
arctan u of_1
arccot u a2+
u· a a a af
..ja2 du arcsini-
of -arccos J!-
u2 af
cos u du sin uf
cot u du In sin uf
sec2 u du=
tan uf
tan u sec u du=
sec uf
sec u du=
ln(sec u+
tan u)f
(u+
v) dx =f
u dx+
f
v dxf
u dv = uv -f
v du26
Functies die a + bx bevatten
1 f(a+ bx)ndx= ben + 1) (a + bx)n+l (n "*- 1)
f
x(a+ bx)ndx= b2(n 1+ 2) (a + bx)n+2 - b2(n a+ 1) (a + bx)n+l of (n "*- 1, -2) x (a + bx)n+1 1 ( + b )n+2 ben + 1) - b2(n + l)(n + 2) a xf
x2(a+ b )ndx x-_ (a + bx)n+l [ (a + bx)2 - 2a(a + bx )+ - -a2 ] b3 n + 3 n + 2 n + 1 (n "*- 1, -2, -3) dx 1f - -
=-In(a + bx) a + bx b 1 1-b a + -bx dx
f
(a + bx)2 xdx x af - -
=.- - -In(a + bx) a + bx b b2 xdx a 1f
(a + bx/= b2(a + bx) + b2 In(a + bx) x2dx 1 a2f (
a + bx)2= b3 [a + bx - - -a+ bx - 2a In(a + bxj] dx 11 xf
x(a + bx)= ;- n a + bxf
dx x(a + bx)2 1 _ - I na+
bx a(a + bx) a2 xFuncties die a
+
bxz bevatten dx 1A
f -
- -
= - -aretan(x -) (a.b'>
0) a+
bx2y'äb
a 1 ..;ä+x-yCh r:': In .1: .rr:
(a>
0, b<
0) 2 V-ab va - xv-b dx x 1 dxf
(a + bX2)2=
2a(a + bx2) + 2af
a + bx2 xdx 1 2 af -
-
= - In(x +-) a + bx2 2b b dx 1 x2f
x(a + bx2) = 2a In a + bx2Functies die a
+
bx+
cx2 bevattenf
dxa + bx +ex2
1 2ex + b - ylb2 - 4ae
ylb2 _ 4ae In 2ex +b+
Vb2
_ 4ae (b2>
4ae)f
dx 2= 2 aretan-=2~e=x=+=b::::::;:a + bx + ex
v
4ae - b2v
4ae _ b2 (b 2<
4ae)f
dx a + bx + ex2 2 2ex + b (b 2 = 4ae) xdx 1 2 b dxf
= - In(a + bx +ex ) - -f
a + bx + ex2 2e 2e a+
bx + ex2 x2 dx x b b2 - 2ae dxf
b 2= - - -2 2In (a + bx + ex2) + 2f
2 a + x + ex e e 2e a + bx + exFuncties die
va
+
bx bevatten1
f
x Va.
~b+ uXdx = 2(3bx - 2a)(a +.. 2 bx)228
y'ä+bX
dxf
dx = 2vî+bX
+af
--==-=-==
x xva+bxf
dx = 2v'a+bX
y';+bX
bf
~xdx _ 2(bx - 2a) .- 3b 2 va + bx~ va + bxf
- = =
dx =-I In Va + bx -va
(a> 0) x Va + bxva
.ya+ï)X
+va
dx 2 ~+bXf
= - -arctan -x~ ~ -aFuncties die~ bevatten
(a
<
0)~
a+va2+ x2f
x dx =V~
- aIn ( x )f
x dx =Va2 + x2v'7+7
3f
x~
dx =~(a2
+ x2)2Functies die v'a2 - x2 bevatten dx 1 a
+
Ja2 - x2f -.
,;;::;2;;:::='====i:2 = - - ln( ) x v a - x a x 1 1 3 2 3 4 Xf
(a2 - x2 ) 2 dx= i[x(a2 - x2) 2 +~
x Ja2 - x2 ++
arcsinal
3 2 2 X 2" a2 2 xf
x v'a2 - x dx =-4
(a2 - x2) +s(x v'a - x2 +a2arcsin ;)v'a2 _ x2 v'a2 _ x2
f
dx= -
-
arcsin X~ x a
Functies die v'x2 - a2 bevatten
a
-
30
f
~/2x dx 2 --.J
X2- a2 yx - a 3f
Xvx2 - a2 dx =t
(x 2 _ a2)2 x2dxJ
/ 2 2 yx - a Transcendente functies e3 Xf
xe3 Xdx =2(ax - 1) a e3 X 1 e3 X e3 Xf
-
dx=
-
-
[-
-
-
+
af - - dx1
x'' n- 1 xn - 1 xn - 1 n xf
Xn xa dx = - -x a - -nf
xn-l xa dx lna lna dx 1f
=- [n x - In(a + benx)] a+
benx an dx 1 ~f
= - -arctan( enx - ) aenx+
be -nx nv;lb
bf
Inx dx = x ln x - xf
(Inx)n dx=_1_ (Inx)n+ln
n
+
1f
sin2Xdx=
_1.sin 2x +! x=
_..!.sin x cos x +1.x4 2 2 2
f
sin nx dx = _ cos nxn
f
cos nx dx = sin nxn
f
sin mx cos nx dx = _ cos (m + n)x2(m+n)
cos(m- n)x
2(m- n)
f
sin mx sin nx dx = sin (m- n)x2(m - n)
sin (m +n)x
2(m+n)
f
cos mx cos nx dx = sin (m - n)x2(m - n) sin (m + n)x 2(m
+
n)f
- - =dx ln tan-x sin x 2 dxf
- - = lntan(~+~) cosx 4 2 dxf
= tan~ 1+ cos x 2 dxf
= - cot~ 1- cos x 2f
sinx cos x dx =1.2sin2x dxf
= In tan x sin x cos x 2E
-b
~ / 2 2arctan ( - - tan~) Va - b a+b 2 dxf - -
-a + b cos x ----;:=;::::1=== In b + a cos x + (sin x)
y~
yb2 _ a2 (a2<
b2) a + b cos xf
cos x dx =~ _ ~f
dx a + b cos x b b a + b cos x sin x dx 1f
+ b = - - In( a + b cos x ) a cos x bf
eax sin bx dx = a sin bx - b cos bx eax32
J
e3Xcos x xb d a cos bx= 2+
b sin bx2 e3 Xa + b Jaresin x dx = x aresin x + ~ Jareeos x dx
=
x arccos x -VI=?
J
aretan x dx = x aretan x - ~ ln( 1+x2)J
areeot x dx= x areeot x + ~ln(1+x2)J
~= _ cos x + n- 2J
_d_x__sinnx (n-l)sinn-1x n - 1 sinn-2x
J
~ = sin x +n- 2J
dxeerste orde:
= c scheidingvan variabelen:
ELEMENTAIRE DIFFERENTIAALVERGELIJKINGEN
lineair dy ~+
F(x) y =G(x) Ye!Fdx = fG(x) e!Fdxdx+
c Bernoulli (n :1= 1) dy + F(x) y=
G(x)v"
dx Bernoulli dy dx+
F(x) Y= G(x) y In y =f(G-F)dx + c exact: F(x,y)dx + G(x,y)dy= 0 aF aG met - = -ax aya
fFax+
f( G - ay fFêx) dy=
c homogeen: dy =F(X)
dx x + CyF(xy) dx
+
x G(xy) dy=
0 In x= f(XY)G d(xy)(G-F)+
c tweede orde:Algemeen: als uI en u
2 de wortels zijn van u
2 + au + b
= 0 kunnen drie gevallen worden onderscheiden:
1) uI en u
2 zijn reëel en verschillend 2) uI en u2 zijn reëel en gelijk 3) uI = pi+ q i en u2
=
p i - q i34 lineair, homogeen: d2y dy dx2 + a dx + by = 0 lineair, inhomogeen: d2y dy
ct;Z2
+ a dx + by = R(x) ) ( ) u1x u1x -u i x , 2 y = cl + x c 2 e + xe Je R(x)dx _eUl XJxe-Ut XR(x) dx 3) y=ePx [(c1COsqx+c2sinqx)++ sm qx Je-px R(x) cos qx dx +
q
_ ~ Je- px R(x) sin qx dx ] q
Euler of Cauchy:
x
2
~2;
+ axddY+ by = S(x) door substitutie x = et wordt deze vergelijking x x lineairvneau,inhomogeend2y dy t
dt2
+
(a-I) dt+
by = S(e ) Bessel: d2y dy x2 - + x - + (x2 - n2) y = 0 dx2 dx Gemodificeerde Bessel: d2y dy x2 - + x - - (x2 + n2) y = 0 dx2 dx Getransformeerde Bessel:~
cos n1T Whittaker en Watson Jahnke, Emde en Lösch Kn Abramowitz en SegunBENADERINGSFORMULES VOOR BESSELFUNCTIES
tweede soort Notatie: gemodificeerde tweede soort eerste soort gemodificeerde eerste soort K R( x)d
~(x) dxJ benadering voor kleine x
2P J (x)~- - xP -P (-p)! yo(x) ~-*-lnx TT Y ( )x ~ - 2n(n-l)!_nX n TT n*O ing 2P I (x)~ - - x-P -P (-p)! Ko(x) ~ - In x K (x)~2n-l (n-l)! x- n n*O n
benadering voor grote x J (x) ~
g
cos(x _ ?! _ p1T ) P 1TX 4 2 y (x) ~.jJ;
sin(x - !! - !!.E:) n 1TX 4 2 • (~"lJ 2/T r eX I (x) ~--P .J2TTX K (x) ~.J!fe-x n 2x1.0
.8
.6
.4
.2
o
-.2
-
. 4
-.
6
-.8
I \ J o
\
.\
...~?Î\
r\_
\ v.\
' IJO
\J1
.Yo
,
A
Jo
I \ \~
Y1
I \ \ ~...---
.,
:' !
I'\
\It!
1\7\
\[7
K---.x
1\
\1
I
\
\\,
,
l\
\J
IJ
0I
,~
\
r\/\~/
8/\:'0')('7
14 ,,,'
'
I'
I - -Yo
...\
I~
if,
'
,
c>
~ "'- ;,
,
'-'"
,
, Y1
,
,
,,,
,
I t:l:l W Cl> 0-til til Cl>?
::: o ... ;" tilgemodificeerde Besselfuncties
.4
3
2
1
Ka
.
:J
I
I
I
H
K
1
IJ
" 1
1
I
1 I/
,
I•
,
iI
/
.
I
I•
/
I\
,
I\
'
V
I/
I.v
I II
\
"
II
I I\\
I I ....L\
~
,
/~,
/x
-~
-/~-~,/
o
o
.8
1.6
1.2
2.0
2.4
co
I38
De
ERRORFUNCfIE
xerfx
x erfx x erf x 0 0,0000 1,00 0,8427 2,00 0,9953 0,05 0,0564 1,05 0,8624 2,05 0,9963 0,10 0,1125 1,10 0,8802 2,10 0,9970 0,15 0,1680 1,15 0,8961 2,15 0,9976 0,20 0,2227 1,20 0,9103 2,20 0,9981 0,25 0,2763 1.25 0,9229 2,25 0,9985 0,30 0,3286 1,30 0,9340 2,30 0,9989 0,35 0,3794 1,35 0,9438 2,35 0,9991 0,40 0,4284 1,40 0,9523 2,40 0,9993 0,45 0,4755 1,45 0,9597 2,45 0,9995 0,50 0,5205 1,50 0,9661 2,50 0,9996 0,55 0,5633 1,55 0,9716 3,00 0,99998 0,60 0,6039 1,60 0,9763 00 1 0,65 0,6420 1,65 0,9804 0,70 0,6778 1,70 0,9838 0,75 0,7112 1,75 0,9867 0,80 0,7421 1,80 0,9891 0,85 0,7707 1;85 0,9911 0,90 0,7969 1,90 0,9928 0,95 0,8209 1,95 0,9942LAPLACE TRANSFORMATIES
(uit: W.L. de Koning: P.D. Technical report no. 3) Notatie: t f(t) s F(s) a L
variabele in het reële domein functie in het reële domein
variabele in het complexe domein (getransformeerde t) functie in het complexe domein (getransformeerde f(t» a- :=lim a -
e
€+o a ene
reëel; €>
0 a" :="\im a+e
€+o transformatie Definitie: L{f(t)}=
F(s)={
f(t) e-st dt; 0-met f(t) := 0voor t<
0 Eigenschappen:eigenschap, t-domein. s-domein
I. lineariteit 2. gelijkvormigheid f(at) aF1(s) + bF2 (5) I s
j;ï
F(a) 3. verschuiving a. reëel f(t-T) F(s+a) sOF(s) sOlf(O) -_ r<0-I)(O-) F(o)(s) = dO F(s) ds" (-l)°tOf(t) n = 1,2, ... b. complex b. complex (dernpings- of verzwakkings-regel) 4. differentiatie a reëel r<0)(t) = dO f( t) . dto(ook geldig indien f(t) een sprong
n
=
1,2, .. vertoont op t = 0)40 I t t ' t I
f f f ..
f
f( r )dr. . .drn
F(s) 0- 0- 0- 0- s n-maal n-rnaal 5. integratie a. reëel(ook geldig indien f(t) een puls vertoont op t
=
0)b. complex
t
f(t )~
f
F(u)dus
mits lim tf(t) bestaat t+O 6. produktregel a. reëel fi(t) f2(t) b. complex fi(t)x f2(t) (convolu tie)
7
.
autocorrelatie q)11(t)= f(t) x f(-t)8. theorema's van Abel
a. beginwaarde f(O+) b. eindwaarde f(oo) 9. periodieke functies f(H T) =f(t) +j~ 1 C
-2
~f .
F1(u) F2(s ) 1TJ c-J ~ F(s)F(-s) lim s F(s) s+~ lim s F(s) s+o I - e-sTT(s) en N(s) zijn polynom en in s. Graad van de teller klein er dan graad van de noemer. N(s) =(s-a
i) . . .(s-an) met, a
n ongelijk.
10.partiële afgeleiden van f(x,t) a. naar x b. naar t 11. inverse transformatie 12.ontwikkelingstheorema van Heaviside af( x,t )
--a;z-af(x ,t)a t
+j~ I C-
.
f
.
estF(s) ds 211] C-J~ n T(ak) akI ~ - - e k=l N'(ak) aF(x,s) ax-sF( x,s) - f(x,O-) F(s) T(s) N(s)bestaat
Veelgebruikte Laplace transformaties: F(s) s
+
ai
(s+
a)2 1 (s+a)(s+b)w
f(t),f>O ó(t) ó(t-T) te-at sin(wt ) cos (wt) eenheidspuls g2+
2w z+
W 2 n nt
-w n zt - -e sin(J3t), (3= w yl - Z2 n!
s 1 -stse
1 s(s+
a) U(t) of 1 U(t-T) U(t) - U(t-T) eenheidsstap d s (s+a)(s+b) S(S2+2w Z+w 2) n n 1 be-at ae- bt - ( 1 - - + - - ) ab b-a b-a 1 2 (1- cos(wt))w
42 1 S2 S2 (s
+
a) 1 2"(at- 1+
e-at) aTENSOREN
(niet behandeld worden die operaties waarvan de orde groter dan twee is)
C'
T:")
xy tensor ""T= Txy Tyy yz Tzx Tzy T'Zz vector y = (vx vy v z) scalar s = srekenkundige bewerkingen (vectoren)
y
±
y! = (v x±
w x' vy±
wy ' Vz±
w z) = ~Qj (vj'+ w.) 1 sy = (svx ' sVy , sVz) = ~§i(SVj) I y. -w = v wx x + v w + v w = LV.W. y y Z Z 1 1{:
0:: )=
y y xYf. vy LLj [Qj x .QjlVjWj j W w y W x z [y x'Yl
f
uy !! • vy Ww
y x~)
z ( "Vx«, vw= vw - - y x vw z xrekenkundige bewerkingen (tensoren)
( a XX ±Tx x a±T= a ±T
=
= yx yx a ±T zx zx a ±T xy xy ayy±Tyy a ±T zy zy<:
± 7X Z) ayz ±Tyz = L Li jo.o
.
(aij +7..) -1-) - IJ a ±T zz zz ( S 7 X X ST = ST=
yx STzx a :T = a T +a T +a T+
===
xx xx xy yx xz zx aYXTXY +ayy yyT +ayzTzy+
«;
i;
+a T + a T = L L a..r; zy zy zz zz i j IJ IJ44
o 7 +0 7 +0 7 ( XX xx xy yx xz zx=
0yx xx7 +0yy yx7 +0yz zx7o
zx7xx+0zy yx7 +0zz zx7=
~ ~s
.
s.
(~ Ou 7 1J· i j -I - J 1o
7 +0 7 +0 7 xx xy xy yy xz zyo
yx xy7 +0yy yy7 +0yz zy7o
7 +0 7 +0 7 zx xy zy yy zz zyo
7 +0 7 +0 7 xx xz xy yz xzZZ)
o
yx xz7 +0yy yz7 +0yz zz7 0 7 + 0 7zx xz zy yz+ 0 7zz zz 7 0 V='(7 V +7 V + 7 V 7 V +7 V +7 V 7 V + 7 V +7 V ) 1= - xx X xy y xz z ' yx x yy y yz z ' zx x zy y zzvz e- ~ 0. (~7..V.) i - I j IJJ invarianten van een tensor eerste invariant IT=
~7 ü=
tr ~ 1 tweede invariant 11 = ~ ~ 7..7.. = tr (707 ) T i j IJ IJ = = derde invarianttweeandere veelgebruikte invarianten:
TI
= 1.(12 - 11 'T 2 T or'
III
=
-61 (13 - 3 I 11 +2 III ,=
det 171T T T T r' =
andere vector en tensor operaties (§ 0 y)= (y 0 §)= y (y y 0 ~) = y (y 0 ~) (\y 0 yY) = (\y 0 y) y y y : \y~
=
(y~ :Y.?;)=
Ü! 0 .?;) (y0 ~) ~ : !!y=
(~ 0 !!) 0 y YY : I=
u 0 (y 0 ~)(Z:ZZ
)
I
Z
zz tz1"zzDIFFERENTIEREN IN VECTOR- EN TENSORNOTATIE
Notatie: r,s : scalar y,y:!.: vector 1" : tensor Q : eenheidsvector
§, :
eenheidstensor Qx: eenheidsvector in de x-richtingVoor de sommatie geldt: XI
=
X; x2=
y; x3=
z.nabla operator carthesiaans coördinatensysteem
a
a
a
a
IJ=-x êxÖ - +-yÖ -ay
+Ö --z êz = ~i -\ö.-aX
j cylindrisch coördinatensysteem sferisch coördinatensysteem /)
46
nabla operaties in een carthesiaans coördinatensysteem gradiënt van een scalarveld
divergentie van een vecto rveld
rotatie van een vectorveld
Laplace van een scalarveld
Laplace van een vectorveld
veel voorkomende nabla identiteiten
Vrs =rVs+sVr Vos
s.
= ( VSoz) + s ( V0 y) Vo(yxW) =wo(V xx) - y o ( V o ~) Vxsy = ( Vsxx) + s (V xx) VoVy = V(Voy)-V x( Vxz) y0 Vy. = Y2V (y0y) -s
x (Vxy)Vo~!y =~oV!y + w(Vov)
v-
-z
= VS°,r+ s(Vol)scalaire afgeleiden naar de tijd partiële afgeleide dc dt totale afgeleide substantiële afgeleide De de de de de de de - = - +v - +v - +v - = - +L v· -Dt dt x êx Y dY Z êz dt I dX j
tensoriële afgeleiden naar de tijd
meedeformerende of Oldroyd afgeleide
r = b
r = b
48
LINEAIRE REGRESSIE
'curve-fit' van lineaire, exponentiële en machtfuncties gemiddelden x
=
("Lx)/n y = ("Ly)/n. standaarddeviatiess
=j
"Lx2 - ("LX)2/n x n - I S=
j"L y2 - ("Ly)2/n y n - I y = a+ bx b=
n"Lxy - "Lx"Ly n"Lx2 - ("LX)2 a= "Ly - b"Lx n n"Lx2 - ("Lx)2 _ b Sx n"Ly2- ("Ly)2 - Sy Y = aexp(bx) b= n"L(xlny) - "Lx"Llny n"Lx2 - ("LX)2 "Llny - b"Lx a= exp n y = ax!' b=
n"L(lnx-lny) - "Llnx"Llny n"L(lnx)2 - ("Llnx)2 "Llny - b"Llnx a= exp n n"L(ln x)2 - ("Llnx)2 n"L(lny)2 - ("Llny)2b~
if
I)
~
k
~
Cl.)'
fj
t
r
V1FYSISCHE TECHNOLOGIE
50 Concentratienotatics
51 Algemene balansvergelijkingen
54 Bernoulli vergelijkingen
55 Balansvergelijkingen voor geïdealiseerde materialen
58 Veel voorkomende stromingsvelden in tensornotatie
59 Reologische modellen
61 Druk-debiet karakteristiek voor stroming van enkele veel gebruikte vloeistoffen
door een ronde buis
62 Verblijftijdspreiding
64 Grootheden en hun dimensies
66 Alfabetische lijst van dimensieloze kentallen
71 Veel gebruikte dimensieloze correlaties
73 Analogieën tussen warmteoverdracht en stofoverdracht
75 Weerstandscoëfficiënt
Cw
bij stromingen om lichamen77 Frictiecoëfficiënten bij stromingen door lichamen
81 Hydraulische diameters
82 Vochtigheidsdiagrammen voor water-lucht bij atmosferische druk
84 Fourier grafieken
87 Vormen van bellen en druppels, vrij opstijgend in Newtonse vloeistoffen
88 Stijgsnelheid van luchtbellen in water
89 Stijg- of valsnelheid van druppels in laag viskeuze vloeistoffen
90 Gas-vloeistof stromingspatronen in horizontale pijpen bij meestroom
92 Gas-vloeistof stromingspatronen in vertikale pijpen bij meestroom
93 Vorming van bellen aan een nozzle
50
CONCENTRATIENOTATIES
basisgrootheden dichtheid molaire concentratie P =Pi+Pj c =ci+
Cj [kg/m3] [krnol/rrr' ] afgeleide grootheden massafractie wi=
Pi/P molfractie xi= c/c molgewicht Mi=p/ciaantal gemidd.molgewicht M=p/c
relaties xi
+
Xj= 1 wi+Wj= 1 xiMi + xjM j=M w· w· I ---!+~=-Mi Mj M w·M· x.=
I J I WiMj+wjMi M·M· dx. = I J 2 dw, 1 (w.M.+w.M.) 1 J J I [-] [- ] [kg/krnol] [kg/krnol]ALGEMENE BALANSVERGELIJKINGEN
Notatie: x, y, z, r, {J,'IJ:coördinaten
p:dichtheid
v: snelheid t : tijd
T: schuifspanning
g: versnelling van de zwaartekracht
p: druk continuiteitsvergelijking carthesiaans coördinatensysteem(x,y, z)
èo
a a a -+-(pv )+-(pv)+ -(pv )=0 at êx x ay y az Z cylindrisch coördinatensysteem (r,(J,z) ap 1 a 1 a a - +--(prv)+ - -(pv~)+ -(pv)=0 at r ar r ra
{J êz Zsferisch coördinatensysteem(r,(J,'IJ)
C, :soortelijke warmte bij
gelijkblijvend volume T : temperatuur Q":warmteflux c : molaire concentratie R :molaire productie N : molaire flux. èp 1
a
2 1a
.
1a
_
at +r::2a-(pr vr r )+r sm~ a·Q(pv~smV ' v (J)+r sm~ir-a'IJ(P~n)T - 0
massabalans voor component A
carthesiaans coördinatensysteem(x, y, z) aCA (aNA X aNA y aNA Z) _ at + êx + ay + êz - RA cylindrisch coördinatensysteem(r,(J,z) êc ( a aN aN) ~+ l-(rN ) +1 ~ +~ = R at r ar Ar r a{J az A
bewegingsvergelijking carthesiaans coördinatensysteem (x,y, z) ( avx a a a )
~
a a aJ
ap pat
+ Vxax Vx + vy ay Vx + Vz az Vz =- l a x 7xx + ay 7yx + az 7zx - ax +pgx (avy a a a )I
a a aJ
app at+VxaxVy+Vyay Vy+VzazVY =-t:ax7Xy+ay7yy+az7Zy - a y + p gy
(avz
a a a ) _ [a a a ] êp
p
ät
+ Vx ax Vz + Vy ay Vz + Vz az Vz - - ax 7xz +äY
7yz + az 7zz - az +pgzcylindrisch coördinatensysteem(r,{J,z)
Ü
a Vr aVr v,') aVrv~
aVr)[1
a1
a a 7,'),')] êpp _ +v - + - - - - + v - =- - - (r 7 )+- - 7 +- 7 - - -_+pr! at r ar r a{J r z êz r ar rr r a{J ,')r az zr r ar or
(
av,')
~ ~
av,') VrV,') av,')) =_[ 1~
211..
1.
7,')r-7r,')J
_1
ap Pat +vr ar +r a{J +-r-+vzaz 7ar(r 7r,'))+ra{J7,'),')+az 7z,')+ r ra{J+pg,')(a vz
avz
~
avz av )[1
a1
a aJ
app - + v - + - +Vz ~ =- - -(r T )+- - 7.• + -T - -+ p r! at r ar r a{J az r ar rz r a{J vZ az zz êz Ol
sferischcoördinatensysteem (r,{J,'IJ)
(
av, av, v av, v av, v~ +v' )
[I
a 2 I a .I
a T " "+T ] app a-I + v' r-a +~r a{) +r~{),,-- ~ = - :'Ia-(r Trrl +- .-{)a-{)(T",sin{)l +- .-{) a- Top,- ~r - -a + pg,
Sin o.p r r r rSin rsm .p r
(av" av" ~av" ~av" ~_V; COI{)) _
[I
a 3 1 a . 1 a(T",-T,,,)-T,,,,,COI{)] lap
p ät+ v,ar- + r a{) +rsin{)a.p + r r - - fljh(r T,,,l+rsin{)a{)(T,,,,sm{)) +rsin{) a.pTop,,+ r - r a{) + p g"
p
l ~
+v~
+~ ~
+~ ~
+
~~
+~
COI {))=
_
f
-:!J~
(r3T )+
-~
-~
(T"
sinI'})+-
~
-~
T +(Toj,,- T, op)+Top "col{)1
-
-
!
-
~
p
+pg \ul ' ur r a.:l 'Sinv u.p r r Lr ar 'op rSIn .:lal'} op r SIn .:l a.p .pop r rsmI'}u.p .pVI
dl rlIr r dl} r sin dl/' r r r ilr r sin ill} r sin dl/' r r sm (Jo(!
energiebalans
carthesiaanscoördinatensysteem (x,y, z)
C (aT
ar
ar
aT)[aQ~ aQ~ aQ~
] (ap) (avx avv avz) \1 avx avv avzJp - + v - +v - + v - = - - +----'- + - - T - - +----'- + - - 7 - + 1' --'- + 1' - + y at x êx y ay z êz êx ay êz aT ax êy êz xx êx yyêy zz êz p { (avx
3)
(avx av z)(~av
z)
J - 7xy ay + êx + 7xzaz
+ ax +1'y z êz +ay
cylindrisch coördinatensysteem(r, {), z)(aT
ar
vaT aT) [I a "laQ~ aQ
~]
(a p) (1 a Iavt') avz) { a vr 1(avt') )
pC - + v -+:J:!.-+v - =- - -(r Q )+- - + - - T - - - (r v ) +- - + - - 7 - +.7 - - + v +
v at r ar r a{) z êz r ar r r a{) az
ar
r ar r r a{) êz rr ar ~~ r a{) rp
avz} {
I
a(v~)
1 aVrJ
(
avz avr) (1 avz avt'))J+ 7zz az - 7r~Lr
ar r
+r a{) +1'rzar
+ az +1'~zr
a{) +az
sferischcoördinatensy steem (r, {),tp)
(
aT aT vt')aT
~
aT) [
= 1~
2 " _ 1_
.i- ".
+ _1_a"J
~
pC; .êt + Vr ar +
r
a{) + r sin {) atp-
?
ar (r Qr) + r sin {) a{)(Q~sm
{) r sin {) 3.p(ap ) (1 a 2 1 a 1 av) {av. (1
av~
v) ( 1 êv v. v cot {))}-T - - - r v + . - v sin é +_ _:....:::2. ---!+1' --+...! +7 - - :....:..:E.+..r+~
ar
p r2 ar ( r) rsr.rïf} a{)(o
)
rsin {) atp - 7rr aroo
r a{) r 'fJ'fJ r sin {) atp r r +_ {7
(av~
+! aVr _~)
+T(~+
_ 1_ aVr_~)
+ r(1
~
+_1_av~
_ cat {) v )}r~ ar r a{) r r'fJ ar rsin {) atp r t')'fJ r a{) r sin {) atp r 'fJ
V>
54 continuiteitsvergelijking in tensornotatie compressibel
a
-p=-(V·py)at
incompressibel V·y=O bewegingsvergelijking in tensornotatiea
at
(PY) = - (V .pyy) - [V ·(P§.+ z)] +pgBERNOULLI VERGELIJKINGEN
notatie:rf>m
:
massastroomrf>
A : totaal toegevoerde energie Awr : energiedissipatie permassa-eenheid
Kw : weerstandsgetal of frictieco-efficiënt
algemene Bernoulli vergelijking
R : gasconstante
M : molecuulgewicht
" : Cv/Cp
Dh :hydraulische diameter f : frictiefactor
0= - ddP + g(h 2 - hl) + Y2«V2>2 - <VI>2)}
rf>m
+rf>A
-
Awrrf>mI p
met Awr=
~
(4f·Y2<V>2DLh)j+
~
(Kw· Y2<v>2)j1 J
wrijvingsloze stroming van incompressibel medium met
rf>A
= 0~
+
gh+
Y2<v>2= constant langs stroomlijn isotherme stroming van een ideaal gasadiabatische stroming van een ideaal gas K-I
} dP
=
PI _,,_ {(P2)- K- _ I}BALANSVERGELIJKINGEN VOOR GEÏDEALISEERDE
MATERIALEN
Notatie: x, Y, z,r,~,I{): coördinaten
p :dichtheid v: snelheid TI:viscositeit p: druk t : tijd T:temperatuur
g : versnelling van de zwaartekracht Cp: soortelijke warmte bij constante
druk
À :warmtegeleidingsvermogen C :molaire concentratie
ID :diffusiecoëfficiënt
R :molaire productie. continuiteitsvergelijking voor vloeistoffen met constante dichtheid
carthesiaans coördinatensysteem (x,y, z)
cylindrisch coördinatensysteem (r,~,z)
I a I av êv
- - (rv)
+-
2+
~ =0 r ar r r a~ êzsferisch coördinatensysteem (r, ~,I{))
1
a
2 Ia .
l~_:2 -a (r vr)+~ a_Q(v~sin~)+~ a - 0
r r r smiz u r sm e I{)
massabalans voor component A met constante dichtheid en constante diffusiecoëfficiënt
carthesiaans coördinatensysteem (x,y, z)
cylindrisch coördinatensysteem (r, ~, z)
~;A
+ (
vr
~~A
+
v~
t
~~A
+
V
z
~~A
)
= IDAB(
~
:r(r
~~A)
+
~ ::~A
+
::~A)
+
RA
bewegingsvergelijking voornewtonse vloeistoffen met constante dichtheid
cilindrisch coördinatensysteem (r,~,z)
(av aVr voav V2 avr) _ ap [a (I a ) I a 2v
r 1
~
a2v] p::...J+v - + -=.J -.:.Il..+v_ -->c+71 'i"": - >r:(rv) + 2 - - 3 +.:..-I. +pgat r ar r ae r z az or or r er r r ae 2 r ae az2 r
I
~
+ v aVtl +~avo
+ vrvo + v ayo) =_1
ap +[
~( 1
È.(rv») +..!. a2vo +1.
~
+ a2vo]p
~at
r ar r ae -r- z az r ae 71 ar r ar 0 r2 a0 2 r2 ae az 2(a vz avz
'!E
avz avz) apl
-
I
a ( aVz)I
a 2Vz a2vJ p
at
+ vra;:- + rae
+ vZ(lZ =-Ol
+ 71r
ar
rar:- +? ae 2 + ~ + pgzUI 0\ + pg'fJ
+
pgy +pgx +pgzsferisch coördinatensysteem (r,~,I{)) (a vr aVr voavr v'fJ aVr v0
2
+ v2)_ ap ( 2 2 2 av" 2 2 ~)
p -
+
v- + - - + ~- - ~ - - "'r:: + 71 IJ v - 2"v - 2 ----'L - :3v cot 0 - ~-:-o a +pgr- at r ar r ae rsin 0 al{) r or r r r r ao r 0 r sin I{)
(avo av" v"avo v.; avo vvo V'fJ2c
o t
0
) _
1ap (2 2 aVr Vo 2cose
~)
p - + v----'L + ...ll _ + _,,_ - -+ _r- - - --'\71"+ 71 IJ v +-:2 - - - ~ + P gat rar r ae r sin
e
al{) r r roue
r ae r2sin?e
r sin__e al{) 0(avlp av'fJ
v;
av", v'fJ av",v
:
vrV
o
VI{!0
)
I êpI
2 v; 2 aVr 2cos0
avo
)
p - -'- + v- + J l- - L +- --r..+ --"---'-+ co t = -- - - + 71lIJ v - ---"- +-2- - - +-,,---;,-'-
':-"-at r ar r ae rsin
e
al{) r r rsino
al{) \ 'fJ r2sin 2e r sin0 al{) r2sin 20 al{)Cartesiaans coördinatensysteem (x.y,z)
(avx
avx avx avx) ap
I
a2Vx a2Vx a2vx) p - + v - + v - + v - = -..,-:: + 711 --- + --;:--"<" +--at x ax yay z az ox \a.x2 ay' az 2 (a v av êv QV) ap (a
2
v a2v a2v) p _êt + v ::....:Y. + v ::...:1 + v -~ = --a+ 71 ~ + =--..Y.+ =---->:
at x ax y êy z êz y ax a y2 az2
(avz avz avz avz) _ ap (a
2
vz a2vz a2vz)
warmtegeleidingsvermogen
carthesiaans coördinatensysteem (x,y, z)
(
aT
ar
ar
aT)_ ... [a2T a2T a2T] {(avx)'2
(avy)2 (avz)2} {(avx avv)2
(avx avz)
2
I~ ~)2}
pCp at+Vxax+Vyay+Vzaz -l\ax2+ay2+az2 +211 ax + ay + az +11 ay +a; +äi"+~
+\az+ ay cylindrisch coördinatensysteem (r,f),z)( ( {( )
2 [ (
)J
2} {( ,2 ( 2ar
ar
var
ar
I aar
I a2T a2T aVr 1av~
2 avzav~
1 avz avz êvpC -+v -+:x!-+v
_)=Àr~-r-)+:::2
-+-J+211 - + - - + v +(-) +11 - +- - ) + -+---!) +p at r ar r af) z az
lj
ar ar r af)2 az2 ar r af) r az êz r af) ar az+
[i
aVr + r~(S2)J2}
r af) ar r
sferisch coördinatensysteem (r, f), i{))
C (aT+v aT+S2 aT
+~aT)=À[l..
.!(r2aT)+_I_~(sinf)aT)+
I a2TJ+2
{(avr)2 +(1
av~+~)2
+p p at r ar r af) r sin f) ai{) r2 ar ar r2 sin f) af) af) r2sin2f) ai{)2 11 ar r af) r
( I
êv v v ot.o.) 2}
{~a
(v ) Iav~
'2 [ 1 êv a (v )J2 [ . .0.~
V 'J Iav~
2}+ _ _ .:...:.'2+J +
~c
ir + r :iJ. + _ _r + --!:+r- J2 +~
+ Jr sin f) ai{) r r 11
or
r raf) r sinïJ
ai{) ar r r asïlîJ
r sinïJ
ai{)Vl ..,J
58
VEEL VOORKOMENDE STROMINGSVELDEN IN TENSORNOT
ATIf
Notatie: 'V
• av
= - x .e
• =av
x.'V• deformatietensorI ay' dX'.1..
eenvoudige afschuiving (simple shear) 1
o
o
eenvoudige rekrek in de x-richting, geen krachten in de y- en z-richting.
i=
o
-Y2
o
_~~)
1
unaxiale rek
rek in de x-richting, geen krachten in de y-richting en geen snelheden in de z-richting
o
-I
o
biaxiale rekREOLOGISCHE MODELLEN
Notatie: eendimensionaal: T : schuifspanning 7'/ : viscositeit T0 : zwichtspanning k : consistentie n : machtwet index tensoriee1: 1..
: schuifspanningstensor;r :
deformatietensor 7'/ : viscositeit A,B : constanten À : tijdconstante A,B,C : constanten • dv; 1 . = -. dy 7'/ := lim 7'/ ~ i+oII'.: tweede invariant van de 'Y deformatietensor k : consistentie n :macht wet index
eendimensionaal Newton Machtwet T
=
-7'/1 T=
-klrln-1r Bingham-plastic T - T O= -T/'Y Casson Prandtl Prandtl-Eyring Eyring Powell-Eyring Williamson tensorieel Newton tweede ordeVi
-
Vi;,
=~I
r
'
T=A arcsin(B) T=-A arcsin(Br) T=r
+
c sin(~)
B
A
T= Ar+
B arcsinhfCj') Ar • T=--·+7'/1 B+
1 ~r=wr
r
=Ai
+Bi
2 n-l 1 -macht wetr
= k(ï IIi
)
2:r
.
i h .
klassieke Maxwellt
+À a~ =7'/0b
met II.=
L L r .. r.· 'Y i j 1 ) 1 ) *)60
ST •
Oldroyd Maxwell
I.
+ À&t
= 1)0r
met8Tji _ aTij ~
-:.<_-+~
ót
at
klineaire en logaritmische reogrammen ter herkenning van enkele vloeistoffen t
/
1Ja\\
./"
. \
i
, . /I
\.
'"
-~\
~--, / "....
--
--Y"-:
,,-/ ; ' /l/
,,-<,
.- /....
/--
-.
-y
~v
~ I Fig.l. Fig.2.'rl.-j'
I I I I ---1~~ logy
Fig. 3. log 1Ja-,
, /1
<,
, / ,0/-,
<,
, /. , /\
< , ,0/ , /--
-
--,0/ ----l~. logy
Fig.4.Fig. 1 t/m 4: Lineaire en iogarithmische reogrammen,
- - - : Bingham; - - : Newton; _._._.- : Power iaw;- - - : Poweriaw
DRUK-DEBIET KARAKTERISTIEKEN VOOR STROMING VAN
ENKELE VEEL GEBRUIKTE VLOEISTOFFEN DOOR EEN
RONDE BUIS
Notatie: algemeen l{)y :volumedebiet 70 :zwichtspanning 'TI :viscositeit k :consistentie n :machtwet-index7w :schuifspanning aan de buiswand
R :straal van de buis
p :druk 7 :schuifspanning ,y ._~ I • - dr
-
--y
Newton 7= -1/')-machtwet 7= - kIrl
n- 1r
1 n31
R dPIn
l{)y=
3n+
I tt R 2k dz Bingham plastic 7 - 70=
-
r/i'
= _ 1rR3(
~
_~
dP_:0
)
62
VERBLIJFTIJ DSPREIDING
Notatie: E:"exit age" verdeling F : "internal age" verdeling of
verdelingsfunctie t :tijd
r :gemiddelde verblijftijd {) : dimensieloze tijd (=tir) )
a
:
standaardafwijkingV :volume 'Py: volumedebiet to : doorbraaktijd
Pé: peeletgetal(Pé
=
<vi;D)n : aantal ideale mengers
gemiddelde verblijftijd
r
=VI'P
y ~ r =J
t E(t) dt o ~ r =J
(I - F)dt o variantie in de spreidinga
2=
j ({) _
1)2 E({)) d{) o relaties t F(t) =J
E(t) dt o ~ 1 - F(t) =J
E(t) dt t ~J
E({)) d{) = I o eeJ
1- F({)) d{)= I o ingangssignalen t = 0 E=oo ti: 0 E=O t< 0 F=O t>O F=lresponsie van systemen propstroom E =0 E =00 1=T F =0 I< T F = I t>T to=T ideale menger E = e-~ t>O F = 1- e-~ t
>
0laminairestroming ineen ronde buis E - _1_ t > T/2 - 8t13 E = 0 1
<
T/2 F = l -~ t> T/2 4t1 F= O t<
T/2 propstroo m met ax iale dispersieE = Y,
J
Pé exp{_ Pé (I _ t1)2} 11t1 4t1 E "'"'hf t
exp{- Pé(I - t1)2} 11 4(
Pé~ I OO) ~
F "'"'h {I - erf(Y2(I - t1)y'Pé)} ~ (Pé ~100) 02=~
-(P~)2
{I - exp(-Pé)}.
.
.
.
.
.
..
th-n (n> 5) (Pé> 100) 2 (n>
5)thJthf.
·
nn t1n- 1 E = - - - e-n~ (n - I)! E'"~t1n-1
exp {-n(t1 - l)} 211' F "'" I _ e-~ {I +nt1+(n t1)2+(nt1)3 +... +(nt1)n-1 } 2! 3! (n --l)! n ideale mengers in serie64
GROOTHEDEN EN HUN DIMENSIES
~
basis-symbool dimensie dimensies betekenis komt voorin:
T
-a m2. m 2 temperatuurvereffenings- Fo,Gz,Le,Pé,Pr s s vcoëfficiënt (zie ook onderÀ)
Cp J m2 soortelijke warmte Da IV, St
kgK S2K Ar,Bm, Bd,Da I,Da 11,Da
111
.
{3 d m m diameter,karakteristieke afmeting Da IV,Da V,De,El,Eo, f,F
a.
Ga, Gz,Gr,Pé,Ra, Re,Sh,T,e
We,Ws D m m roerderdiameter Fr, P, Re 1] Ds m m spiraaldiameter De m2 m2 ~In diffusiecoëfficiënt Bi, Bo, Da lIl, Fo, Ha,Le,pe,
s s Sc, Sh,T À E J m 2 activeringsenergie Ah Kg
~
IJm
m versnelling van de Ar,Bd,Eo, Fr,Ga,Gr,Ri g"'1"
S2 zwaartekracht p h W ~ warm teoverdrachts- Bi,Nu,St m2K Ks3 coëfficiënt Á{. H m m hoogte Fr,Ri k ms ms stofoverdrachts- Bi,Ha,Sh a coëfficiëntkr SI I reactieconstante Da I, Da 11,Da lIl, Da IV,aa,1 Ta
s
I
L m m lengte (in de transport- Bi,Bo,Db, f,Gz,Nu "Pr
richting)
N S-I I toerental Fr, Po, Re,We
s p Pa
.ss.
m s? druk f P W kgm 2 toegevoerd vermogen Po~
R J m 2 gasconstante Ah kgK S2k
~l
dime nsie bdimasis-ensies betek enis komt voor in:s s tijd Fa
--
T K K temperatuur Ah,Br,Da 111, Da IV,Grv m m snelheid Bm, Ba, Br,C, DaI,Da IV, Da V,
S- s De,Db,
r,
Fr,Gz,Ho, Pé,Ra,Re, Ri,St,We, Ws {3 K-1 I kubieke uitzettings- GrDa 111
.
K
,
coëfficiënt >, f,Fa
.
.sa.
Sh ,T, € Pa elasticiteitsmodulus C,Ho m s?17 Pa-s
.!.8.-
ms dynamische viscositeit AI,Bm, Br, Da V, De,El,Ga, Re (zie ook onderIJ)~ S s relaxatie tijd Db, EI,Ws
Le, pe,
À W kgm vvarmtegeleidings- Bi,Br,Da IV, Nu
mK S3K coëfficiënt
(zie ook onder a)
IJ m2 m
2
kinematische viscositeit Gr, Pr,Sc
s s
(zie ook onder 77) Ri
p kg
~
dichtheid,soortelijke AI,C, Da 111, Da V,De, EI,r
,
m3 m
Ga,Ho, Po, Ra, Re, Ri, St, We massa
t::.p
kg kg dichtheidsverschil AI,Bd,Eo, Rim3
ffiJ
0 N ~ oppervlaktespanning Bd, Eo, Ra,We m S2 TO Pa kg zwichtspanning Bm V, fla,r ms2I
'PrL
m 2reactiewarmte per een- Da lIl, Da IV
kg