261 Introduction

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


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


Textbook

Fluid Mechanics

Frank M. White

4th Edition

Available at คอมพวเตอร หอง 07-204

ชลศาสตร อ.ชยธวช เสาวพนธ


Grading Policy

Quiz: 10%

Class attendance: 10%

Homework: 10%

Mid-Term: 30%

Final: 40%


Attendance Policy

เซนชอทกครงทเขาเรยน

คะแนนเขาเรยน 10% ของคะแนนทงหมด

ขาดครงแรกโดยไมมเหตผล ไมหกคะแนน

ขาดครงท 2 โดยไมมเหตผล คะแนนหายไป 2%




ขาดเกน 6 ครงโดยไมมเหตผล ไมมคะแนนเขาชนเรยน


Homework Philosophy

วธการทดทสดในการเรยนรคอการลองปฎบต learn by doing

การบานจงเปนสงสาคญในการเรยนวชาน

การบานทใหจะครอบคลมเนอหาทสอน เพอใหนกศกษาไดฝก

วธแกปญหา ซงจะทาใหเขาใจเนอหาทเรยนไดดขน หาก

นกศกษาทบทวนสงทเรยน ทาความเขาใจเนอหาและทา

การบาน กไมนาจะมปญหาในการทาขอสอบ


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


Homework Format

การตรวจจะดความตงใจในการทางาน เพอใหการตรวจทาไดสะดวกขอใหนกศกษาทาตาม format ทใหไว


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


Course Topics

Pipe Flow

ทอผนนาจากลานาหวยแกวเอานาออกไปใชเทาไรสง

External Flows

จะตองใชกาลงเทาไรในการทาใหรถ VW beetle วงดวยความเรว 100 kph?

Open Channel Flow

ระดบนาในแมนาปงจะเพมขนเทาไรจากการสรางฝายประตเหลกทตาบลปาแดด


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


Fluid Mechanics• Liquid and GasHydraulics• Only Liquid

Fluid Mechanics or Hydraulics


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


Aerodynamics


Bioengineering


Energy generation


Geology


River Hydraulics


Hydraulic Structures


Hydrodynamics


Meteorology


Water Resources


Automotive Design

http://knol.google.com/k/-/-/yvfu3xg7d7wt/8nue4f/volvocar.jpg

http://www.solusinc.com/images/basic-pr-frontsm.gif


Sport

http://www.a2wt.com/images/A2web/A2%20Wind%20Tunnel%20Bicycle%20Testing.JPG


Fluid Mechanics is Beautiful


Tsunamis

Tsunami: มาจากภาษาญปน แปลวา “Harbour Wave”

เกดจาก แผนดนไหว ดนถลม ภเขาไฟระเบด อกาบาด

ถงแมนจะไมเกดบอย แตมความเสยงสงตอพนทชายฝง


Tsunamis: role in religion, evolution, and apocalyptic events?

ในตานานของชาวเผาตางๆ มกมเรอง

เกยวกบหายนะทเกดกบมนษยชาต เกด

การทาลายครงใหญ ทาใหมคนรอดตาย

ไมกคน แลวมาเรมอารยธรรมใหมอก

ครง โดยเชอวาเกดจากความโกรธของ

พระเจา (God)

เหตการณเหลานอาจเกดจาก tsunami?



นกวทยาศาสตรเรมเชอในทฤษฎเกยวกบการสญพนธครงใหญในยค Cretaceous Tertiary (K/T) ประมาณ 65 ลานปทผานมา ซงเกดจากอกาบาตหรอดาวหางวงมาชนโลก สงทยงหลงเหลออยใหเหนคอ แนวหลมขนาดใหญ (เสนผาศนยกลางประมาณ 200 กม.) ทจมอยในบรเวณ Chicxulub ของคาบสมทร Yucatan ประเทศเมกซโก และซากทบถมทเกดจาก tsunamis ในใจกลางทวปอเมรกาเหนอ ซงพบวาเกดในชวงเวลาเดยวกน



La Palma Mega-Tsunami = geologic time bomb?

หากภเขาไฟ Cumbre Vieja ระเบดจะทาใหซกตะวนตกของเกาะ La Palma

ถลมจมลงไปในมหาสมทรแอตแลนตก และเกดคลนยกษ (tsunami ) สง

ประมาณ 500 ม. วงเขาสชายฝงตะวนออกของประเทศสหรฐอเมรกา


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


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


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


Experimental Fluid Dynamics

Oregon State University Wave Research Laboratory

Model-scale experimental facilities

Tsunami Wave Basin

Large Wave Flume

Dimensional analysis(บทท 5) เปนวธการสาคญทใชในการออกแบบการทดลอง


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


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


Aerodynamic drag force on automobiles is 1/3 that of early 20th century designs

1914 2010

Advances in Fluid Mechanics

ASTON MARTIN RAPIDE


Key contributors to Fluid Mechanics


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


Automatic Temple of Alexandria




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



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)


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


http://www.cs.drexel.edu/~crorres/Archimedes/Stamps/stamp_italian.jpg

Archimedes.


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


http://www.loc.gov/today/pr/images/davinci_drawing.jpg

Leonardo da Vinci


http://philisoft.com//personal/misc/davinci/davinci-1024x768.jpg

Leonardo da Vinci


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


http://www.squidoo.com/Drawings-da-Vinci-Posters-Prints

Leonardo da Vinci


http://www.fallbrooktech.com/images/DaVinci_CVP_illustration.jpg

http://www.warthman.com/images/Davinci4.JPG

Leonardo da Vinci


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)


http://apod.nasa.gov/apod/image/IsaacNewton.gif

http://pico1.e.ft.fontys.nl/aot/newton.jpg

Sir Isaac Newton (1642-1727)


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)


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)


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)


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


Antoine Chezy (1718-1798)


http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/fluids/imgflu/venturi.gif

Italian physicis

Giovanni Battista Venturi (1746-1822)


http://cambridgeforecast.files.wordpress.com/2008/05/darcy.jpg

http://www.cig.ensmp.fr/~hydro/BIB/darcy/darcy_columnsmall.jpg


Henri Philibert Darcy (1803-1858)


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)


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)


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)


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)


Osborne Reynolds (1842-1912)


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)


Three researchers in Germany (1930)


http://en.wikipedia.org/wiki/File:Moody_diagram.jpg

Professor of Hydraulic Engineering at Princeton University

Lewis Ferry Moody (1880-1953)


http://www.artstamps.dk/Images%2027/12-Michel.jpg

Le Mont-Saint-Michel


http://en.wikipedia.org/wiki/File:Plan.mont.Saint.Michel.png



http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Mont_st_michel_aerial.jpg









http://www.projetmontsaintmichel.fr/en/pont.asp

Today

Tomorrow


Documents

261 Introduction