Výpočet vztlaku tělesa metodou potenciálního proudového pole

Abstract

Práce se zabývá výpočtem vztlakové síly působící na obtékaný válec. V první části definuje základní pojmy týkající se proudění a formuluje zákony bilance. Nabízí alternativní formulaci bilance hybnosti pro stacionární proudění - Croccovu větu - jež vysloví bilanci hybnosti pomocí celkové entalpie a dává do souvislosti změnu entropie a vířivost. Dále je odvozen Biotův-Savartův zákon pro vírové vlákno v tekutině. Pomocí potenciálního proudění a komplexního potenciálu popíše obtékání válce a spočte se vztlaková síla jako součin náběžné rychlosti, hustoty tekutiny a cirkulace. Za využití Croccovy věty uvažujeme uvolnění kondenzačního tepla, změnu entropie, a následnou generaci vířivosti, jež povede ke vzniku cirkulace, a tudíž i vztlakové síly. Práce muže sloužit jako podklad pro návrh fyzikálního experimentu. Klíčová slova: Croccova věta, Biotův-Savartův zákon, potenciální obtékání válce, vztlak, cirkulace generovaná změnou entropie.

The thesis is concerned with computation of a lift force generated by flow past a cylinder. It provides definition of fundamental terms regarding flow and recounts the laws of balance. It offers an alternative formulation of balance of momentum for the particular case of steady flow - Crocco's theorem - which formulates balance of momentum using total enthalpy and links the change of entropy with vorticity. Next, Biot-Savart's law for vortex filament in a fluid is derived. Potential flow and complex potential are then used to describe flow past a cylinder; lift force is calculated as a product of velocity at infinity, the fluid's density and circulation. Using Crocco's theorem, the thesis considers release of the heat of condensation, the change in entropy and the following emergence of vorticity resulting in circulation and, consequently, lift force. The thesis can be used to provide basis for an experiment. Keywords: Crocco's theorem, Biot-Savart's law, potential flow past a cylinder, lift force, circulation as a result of change of entropy.