UNIVERSITISAINS MALAYSIA

Peperiksaan Semester Pertama" Sidang Akademik 1989/90

Oktober/November 1989

EBS 305/3 Mekanjk Bendalir

Mas"a ." [3 jam]

ARAHAN KEPADA CALON

Sila pastikan bahawa kertas soalan ini mengandungi EMPAT muka surat bercetakdan I.l.GA muka surat lampiran sebelurn anda memulakan peperiksaan ini.

Kertas soalan ini mengandungi~ soalan semuanya .

Jawab U.MA soalan sahaja.

Semua jawapan mesti dimulakan pada rnuka surat baru.

Semua soalan MESTILAH dijawab di dalam Bahasa Malaysia.

93...21-

- 2 - [EBS 305/3]

1. ( ?l ) Sebuah plntu berbentuk bulat digunakan bagi menutup jalan masukkesebatang talian paip seperti yang ditunjukkan di rajah I.

~ ....':'"

T-5·0 m

Rajah I

[ i ] Tentukan jumlah daya yang menekan pintu tersebut. (30 markah)

[ i i ] Tentukan kedudukan pusat tekanan di atas pintu tersebut.

(30 markah)

( b) Sebuah baj mempunyai jumlah beban 2,934 x 106 N termasuk bsrat bajiti..! sendiri. Jika isipadu baj yang berada di bawah permukaan air adalah400 m3, tentukan daya tegangan bagi setiap kabel penyokonq seperti yangditunjukkan di dalam rajah 2.

(40 markah)

. -=-k -~~5a

1" -J

Rajah 2

...3/-

94

- 3 - [EBS 305/3]

2. (a) Buktikan formula Darcy-Weisbach hf = f (~) ;: bagi aliran bendalir

di dalam paip.(40 markah)

( b) Seienis minvak rnantah dannan nilal nraviti tentunva 0.925 menaalir--,_ ... - ....•. J _ .••.• _ •••_ •• --";;'-" .•••_. ;;" -- ••• '-"'-"J - -'--- ..• _ . . :;;1_ •••

melalui sebatang paip pada kadar 40 literlsaat. Suhu minyak 500C dangarispusat paip 10 em dengan nilai kekasaran, e nya 0.85 mm. Dengan

merujuk lampiran 1, 2 dan 3 tentukan kehilangan turus per unit panjangbagi aliran tersebut. .

(60 markah)

3. Suatu sistem pam kelikir memerlukan halaju air yang keluar dari rnuncunqpam yang bergarispusat 6 em pada kadar 30 rn/s. Penyusunan kedudukan pam,talian paip, dan takungan adalah seperti yang ditunjukkan di rajah 3. DariA dan B, nilai kekasaran relatif, .e.... adalah 0.002,· dan dari B ke C, nilai e/D

o0.001. Kehilangan turus di A adalah Ke v~, nilai Kc = 0.90, dan kehilangan

2g

turus di B kerana paip menirus adalah Kc Vz2, nilai Kc = 0.10 dan V2 adalah2g

halalu aliran di dalam paip yang lebih kecil (rujuk rajah Sampingan):Kelikatan, u, air adatah 10.1 x 10-4 N.S/m2 .

Rajah 3

( a) Tentukan kuasa pam yang diperlukan. (65 markah)

( b) Tentukan beza paras raksa hr dlmanorneter yang ditunjukkan

di dalam rajah sampignan. (35 markah)

...4/-

95

- 4 - [ESS 305/3]

4. Rintangan pergerakan, FD' sebuah rnanqkuk kapal korek yang tenggelam adalah

bergantung kepada saiz mangkuk D, halaju perjalanan mangkuk V, kelikatanair J,l., dan ketumpatan air f

( a) Serdasarkan maklumat di atas buktikan ungkapan FO = 0 (R) f D2v2

menggunakan teorem n: - Buckingham.(50 markah)

(b) Sebuah model dibina bagi mewakili prototaip di atas. Sendalir yangdigunakan oleh model adalah minyak SAE 30 Western dengan nitai kelikatan,u, 1.0 N.S/m2 dan ketumpatan, f . 850 kg/m3. Nisbah geometrimodel: prototaip 1:10. Nitai kelikatan air, u, adalah 10.1 x 10-4 N.S/m2 .

[ i ] Tentukan halaju model perlu digerakkan jikamangkuk prototaipbergerak pada halaju 0.5 meter per saat.

(20 markah)

[i i) Tentukan nllai rintangan pergerakan. FO mangkuk prototaip jika nilai

rintangan pergerakan, FO model 5.6 N.

(30 markah)

5. Rajah 4 menunjukkan keratan rentas sebatang terusari daripada tanah blasa yangdikorek. Air mengalir pada kadar 50 m3/s . . Gunakan nilai 0.030 untuk nllal ndi dalam formula Manning.

Formula Manning: Q (m3/s) = .-1 ARh2/3 So 1/2n

( a) Tentukan kecerunan terusan, dan tentukan penurunan parasnya ,bagi setiapkm.

(50 markah)

( b) Jika kadar dikurangkan kepada 25 m3/s, sedangkan data-data lain, termasukkecerunannya sama, tentukan kedalaman air diterusan tersebut.

(50 markah)

=:~ - - :..~-- - -- • ..-

Rajah 4

96 ...5/-

- 5 - [EBS 305/3]

6. ( a) Rujuk rajah 5. Tentukan daya tindakbalas yang berlaku ditapak Tpancutan ini. Anggap aliran unggul. Bendalir air, dengan beratspesifik 'r , 9800 N/m3.

(50 markah)

( b) [i] Jelaskan perbezaan antara aliran laminar daripada aliran gelora.

(10 markah)

[ i i] Jelaskan perbezaan antara aliran mantap daripada alirantidak mantap.

(10 markah)

[ iii] Jelaskan perbezaan antara "kinematik" dengan "dlnarnlk"

(1a. markah)

[ i v] Jelaskan perbezaan antara aliran subgenting dengan alirangenting lampau (subcritical/supercritical) di dalam aliransalur terbuka,

(10 markah)

[v] Tuliskan persamaan yang menentukan kecerunan permukaan bendaliryang berada di dalam sebuah bekas yang terpecut.

(10 markah)

4:0m

A''''~' r"",y,"YA'9

~--- "'arn.--+- 3 M 7f-

Rajah 5

:0000000 -

97

Lampiran I [EBS 305/3]

Temperature, ·C

Air

5002

I X )0- 3

8- - 6

200 300100so)0 20

30 4020

1 .. 10-5 Melhane ·CH.

810

Temperature , OF

Lampiran 2

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

0.008

0.006

0.005

0.004

0.003

0.002

Cl0.001

-.. 0.0008

=.. 0.0006'C&.

0.0005lIII

~ 0.00041i 00003a:

C:: :2

0-::01

000008

0,00006

0.00005

0.00004

0.00003

0.00002

0.00001

0.000008

i'..:>..c--+-~I---+--f--If--+--+-+--ft-+-+-I----+-.-+--+--+-1<,

-- f'oc",,--+--t-1r-+---iH-t-+++-+--1I---+--+--l~

~o

[EBS 305/3]

l>o (JI Cl'l 01»o 00 0

'Noo

woo

.." <J1 Cl'lo 0 0o 0 0

I»oo

IV

§wso

.." (JI

§ §Pipe diarn. 0 mm

100

Lampir~ 3 [EBS 305/3]

~'

a......

0.1

009

008

0_07

0.06

005

00':

::: I";. I ~~- i ....: 1:::: (03" '--<5

:g 002)cS?

~002

l~ ' ,-r, 641' iiI\. , -

r-- La mini! r flow f = R 11t+1+1H~U+ffh,1+--f---+--+-H--+-1f++~-+Jf+--+--+-+-+-I-+++++f-H-++--4----4--i-+-H~4-+++-f-++-~-+-H~++-++~+4 _4"'r- I . I I I I I ,III IN~ Laminar -. Cntical [ T!anSlllon·",1\.:---t----1t--H-+-+++t-t+t-H+--+--+-+++-+++++++++. +---it--+-+-+-+-Ht-H-t++-+++--+-HH-+-++++H+-H--i~ flow~ lone ;.-~ lOne ' " Complete turbulence. rough pipeS ==~±:~:±:tt~~:::!=-~r--r"H~tttt1ttttlr- I t:;:

f'I I ~ ~ ~~ I~ ! ~~ .I"'I'" N ..... r'-"

\ r.,.;:' \

\

\ I '" _ L!- I\ ~ --..... ._1 1 1 J. 4 ___

l I \ I - , ~~ -- I I j i IJ iJlilll+--W=1 i \ 1 ...f"\o , ~ I I I j I I ' I : :' .

, I I / .... "-. - I : I I I I ' I . ' I I .' -- 1 ~ , i ' I : ;, lfl. -U-L._U ~r-/ ~~ t"!"-.. ~- i II i .1 1 1 i.Ll ltll,II 'i 1 1\ 1 t.-;~~ i'~~ r--..... ~ !- . I , I I 1' 1 · 1 : I I I , j I I i PiH ! ; I I \ I -;~ .,..:---.. I r- !'- '1", - I i I I : ! I i I I I .1..1 i : : ; I I i

f..-L~Rl\l V, i 1'1'............. --r-~"" J i l l l-~ . ~ - U~~':"~...;.~.2\ V: : f\t' ~ .......... t"---. 1-'" 1--., I I I I i I j i I ! I I I il l I. l ; 11! I

~ i ~ ~J__L--t~~ - ! ~~, r-, r-- ~ ....~~.' I L .--L..-+-i ++11+ 1 ~ .i 1 i LLHt'W~ '.............l..~-l. -.. . "r-... . t-i- ~ ..L~ .J.. r:rI L .L ~ -L i j.. ~ 4-H .L.H~... +- • .!----.l.--...... ' ,,~...... ......... .. __._ + .~~~L.~\ . I c~~" I -t . t.. Httt+i'~ ........~-.J.--+.. ' c-~ -- ttf.l-~ .l t+·~-- ·- j..-·L . ' ,..... r-- -I--- ~-l.. ~ .+--~ .l+~l-j t ~ I l' " ~" .j..-d.l L~ - -_ _ • \ f I I C'.....,..... II. ... .. l L_L_.L._ __... J 1 1'1'" '- --r-- .._ __ _ I id ~ P - --: ~ ..l !\t--.L -IiJ i . r--- r-- -.... _ L1L

Ll L I 1 l.. 1 ~ I d . 11 J 11 __ _ ,.... ............... r- -- -, .,

'; S . ~ I I OJ ! ~ I S I ~ 2110'1 J ~ ~ &~~ll~~~~t"""""~~j~~~~~nm~~t~~'~~~~~~~~~3.~~~~~~~L~'~~i ~~I~10: 10J ~ I'.....~~ ~~,.... - - - - - -- ---. ......~~ 1--.... I

t ~r.1 .............--...,...::- ...... t'"-~ "' lI t u.u, --.L!R : \':, : :, ~ s~~ ·:· ; C?9 C015 L f'.. ~r--. ~ -_ I '" - I f! ITI T i !C- ~ ~ , •e lf c ;-~ t--- - • _ ..... i:.4

. <,: ,~ ,:,, _ : ~ ~.J" '" ~ _l t r-~ ~ "-. f'!, ' 1 ; I 'i j ! I LJ'. 'o:' ': ~ s ~ . : . ~ \1 ': : '. : : I ~~~r-...",,"-~ ' ...... r, 1 I I IiCast JrC:l Gi:l : I ,...~ r-I'- I .. ~ I L- L llll.l,IGalvanized non (I 15 ~ , . r>:::....... r- ,..... _ . ~ _~-...: -LAspnal:ed C2S: Irer. [11 2 001 I Smooth PlpeS- f::::~t"- ,I I .. +-+....-+'~~_H

I C0 r.<'71e rC ll~ 1 5 !~ e : cr ' r""-r--!,--~", / j OOOU'c'OI +-t-H-t+1...y:-H, MQU' :-: : ::.:'.... aO~ 5 0 (ltrC, : ~ ~....... /! j"O til~O - C'C 5 ~: " . .. ::1 : ~,...t'--l.~. V'• •

L~~~g_· O~~~ .. i., 0008 i ~~ I ~

005

0.04

0.03

0.02

OGi)

D.C I0.C08 __

. ...... ......r r r : ""'' .J ",,1._ ...- . '

"--'

o.ce.: :5"..:>

oCC2 .£0:::

0001crccsOIX06

COCO-t

:'.« :

CGee ;

GQCO . ~5

DeCO.O I

10 321 10' I J : ~ S I• :> 6 7 j

10 '

2riO ,.t ~ 6 7 910&

2110" 39lO ~

\/DReyno!ds numbe r R = -~ , c:J n ~J s t en! uru ts