II Flow of fluids, Orifices and Flow through Pipes

 II Flow of fluids, Orifices and Flow through Pipes

1. Define uniform flow. (Apr 2014)

In this flow, magnitude and direction of velocity do not change from point to point for any given instant of time.

(Ex.) Flow of liquid through long pipe of same diameter

பாய்ந்து செல்லும் ஒரு fluidன் சராசரி திசைவேகம், ஒரு குறிப்பிட்ட கணத்தில்,  எந்தப் புள்ளியிலும் மாறவில்லையென்றால் அந்த fluid flow, uniform flow எனப்படும், .

2. Define Non-uniform flow.

In this flow, magnitude and direction of velocity changes from point to point for any given instant of time.

(Ex.) Flow of liquid through a taper pipe

ஒரு குறிப்பிட்ட கணத்தில், ஒரு புள்ளியிலிருந்து மற்றொரு புள்ளிக்கு ஒரு fluidன் திசைவேகம், மாறிக்  கொண்டிருந்தால் அந்த flow, non-uniform flow எனப்படும்.

3. Define Steady flow. (Oct 2012, 14)

In this flow, properties of fluid such as pressure, velocity, density, temperature, viscosity, etc; at any point do not change with respect to time.

(Ex.) Discharge of liquid from a tank under constant head

           ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியில், பாய்ந்து செல்லும் ஒரு fluidன் திசைவேகம், அழுத்தம், அடர்த்தி, வெப்பநிலை போன்றவை,   எந்த நேரத்திலும்  மாறவில்லை என்றால் அந்த flow, steady flow எனப்படும்.

4. Define Unsteady flow.

           In this flow, properties of fluid such as pressure, velocity, density, temperature, viscosity, etc  at any point change with respect to time.

(Ex.) Discharge of liquid from a tank under variable head

ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியில், பாய்ந்து செல்லும் ஒரு fluidன் திசைவேகம், அழுத்தம் போன்றவை எந்த நேரத்திலும்  மாறிக் கொண்டிருந்தால் அந்த flow unsteady flow எனப்படும்.

5. What is Laminar flow? (Oct 2013)

           In this flow, liquid particles move in layers. Liquid particles do not cross from one layer to another layer. As liquid particles move in definite paths (or) stream lines, this flow is also called stream line flow. As viscous force is more in laminar flow, this flow is also called viscous flow. Reynold's number for laminar flow is less than 2000.

           (Ex.) (1)  Flow of high viscous liquid in a pipe at slow velocity (2)  Flow of liquid through capillary tube.   (3) Ground water flow

ஒரு fluidன் அடுக்குகளில் உள்ள particle-கள் ஒன்றுடன் ஒன்று குறுக்கிடாமல், எந்தப்புள்ளியிலும் அவற்றின் திசைவேகம் (Magnitude மற்றும் திசையில்) மாறாமல் flow ஒழுங்காக இருந்தால், அந்த flow, laminar flow எனப்படும்.

            நீர்மத்தின் ஒவ்வொரு துகளும் அதற்கு முன் செல்லும் துகளின் பாதையிலேயும், ஒவ்வொரு புள்ளியிலும் கடக்கும் துகளின் திசைவேகம் அதற்கு  ஓட்டம் முன் செல்லும் துகளின் திசைவேகத்திலேயும் செல்லும்

6. Define Turbulent flow. (Apr 2015, 16)

           In this flow, liquid particles move in random (zig zag way). Liquid particles cross each other. While crossing, eddies are formed. So, this flow is also called eddy flow. Reynold's number for turbulent flow is more than 4000.

(Ex.) i) River flow ii) floods iii) falls, etc.

fluid particles ஒன்றுடன் ஒன்று குறுக்கிட்டு ஒழுங்கற்ற முறையில் பாய்ந்து eddies தோன்றுவதால் அவற்றின் திசைவேகம் மற்றும் திசையில் ஏற்ற இறக்கங்கள் காணப்பட்டால் அந்த flow, turbulent flow எனப்படும்.

7. Define compressible flow.

           In this flow, density of fluid varies from point to point .

(Ex.) Flow of a gas through taper pipe

  

8. Define Incompressible flow

In this flow, density is constant for the fluid.

(Ex.) Flow of a liquid through pipe of any cross-section

9. Define path line. (Apr 2013, Oct 2013)

           A path line is the curve traced by a single fluid particle over a period of time. It shows the direction of velocity of the same fluid particle at successive instants of time.

ஒரு fluid particleன் பாதையைக் குறிப்பிடும் ஒரு கோடு, path line எனப்படும். அடுத்தடுத்த நேரங்களில் fluid particleன் திசை மற்றும் திசை வேகத்தை இது காட்டுகிறது.

10. Define stream line.

           A stream line is an imaginary curve drawn through a flowing fluid such that the tangent drawn at any point on it gives the direction of velocity at that point

ஒரு stream line என்பது ஒரு பாயும் திரவத்தில் வரையப்பட்ட ஒரு கற்பனை கோடு ஆகும், அதாவது எந்த புள்ளியிலும் வரையப்பட்ட தொடுகோடு அந்த இடத்தில் திசைவேகத்தின் திசையை அளிக்கிறது

  

11. What is mean velocity of flow?

 In laminar flow through a circular pipe, the velocity profile is parabolic, and the maximum velocity of the flow occurs at the centerline and velocity is zero at wall. The average of these values is known as the mean velocity of the flow.

           குழாய் வழியாக laminar ஓட்டத்தில், திசைவேக profile பரவளையமானது, மேலும் ஓட்டத்தின் அதிகபட்ச வேகம் சென்டர்லைனில் நிகழ்கிறது மற்றும் சுவரில் பூஜ்ஜியமாகும். இந்த மதிப்புகளின் சராசரி, ஓட்டத்தின் சராசரி வேகம் என அழைக்கப்படுகிறது.

12. Define discharge.

The volume of liquid flowing per second in a pipe at any point, is known as discharge.

Rate of discharge, Q = area x velocity       Unit : m3/s

            ஒரு குழாயில் எந்த ஒரு புள்ளியிலும், ஒரு வினாடிக்கு திரவம் பாயும் கொள்ளவு discharge என்று அழைக்கப்படுகிறது

13. What is equation of continuity? (Apr 2013, Oct 2015)

                  If an incompressible liquid is flowing through a pipe, the mass flow rate is constant at  all sections.

               ஒரு குழாய் வழியாக ஒரு அமுக்கமுடியாத திரவம் பாய்கிறது என்றால், mass flow rate அனைத்து புள்ளிகளிலும் மாறாதது.

ρa₁ v₁ =ρa₂ v₂ 

                        a₁ v₁ =a₂ v₂=Constant 

where ρ- density of liquid,

a₁- c.s.a at section 1, v₁- velocity at section 1

a₂- c.s.a at section 2, v₂-velocity at section 2  

a2- c.s.a at section 2, v2-velocity at section 2 

14. Name the different energies possessed by the flowing fluid.

1.potential energy, 2.pressure energy, 3.kinetic energy

        1. நிலை ஆற்றல் 2. அழுத்த ஆற்றல் 3. இயக்க ஆற்றல்

15. What is meant by pressure head?

Pressure head =W.d due to pressure(or)  Pressure            Energy)/weight

                           = (F×d)/(Volume displaced ×sp.wt.)

                           = (p× A×d )/(A×d ×w)

                            = p/ w

16. What is meant by potential head (or) datum head?

                              Datum head = (Potential energy)/weight

                                                 = mgz/ W

                                                 = (mgz )/ mg

                                                  = z

17. What is meant by velocity head?

                     Velocity head = (Kinetic energy)/weight

    = (mv²)/(2 ×W)

                                            = (mv²)/(2 ×mg)

                                            = v²/ 2g

18. What is meant by total head of fluid?

             The total head of flowing liquid is the sum of potential head(Datum head), pressure and kinetic head.

 Total head = Potential head + pressure head + kinetic head

Datum head, pressure head , velocity head ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகை total head எனப்படும்

19. State the Bernoulli's theorem. (Apr 15)

        For an incompressible, non-viscous fluid in a streamlined flow, the sum of pressure energy, kinetic energy, and potential energy per unit weight remains a constant

           அமுக்க இயலாத, பாகுநிலையற்ற, ஓரலகு எடையுள்ள நீர்மத்தின் வரிச்சீர் ஓட்டத்தில், அழுத்த ஆற்றல், இயக்க ஆற்றல் மற்றும் நிலை ஆற்றல் ஆகியவற்றின் கூட்டுத் தொகை மாறாததாக இருக்கும்.

                       z₁  +  p₁/w +  v₁²/2g  =   z₂  +  p₂/w +  v₂²/2g

20. State the any two assumptions in Bernoulli's equation. (Oct 2012)

1. Fluid is non viscous  2. Incompressible  3. Flowing fluid is ideal fluid

 1. பாகுநிலையற்ற 2. அமுக்க இயலாத 3. ideal fluid

21. Name the practical applications of Bernoulli's theorem. (Apr 2013, 15)

1. Venturimeter 2. Orifice meter 3. Pitot tube  4. Nozzle  5. Orifice  6. Mouth piece

23. Differentiate between venturimeter and orificemeter.

S.No.	VENTURIMETER	ORIFICEMETER
1.	High coefficient of discharge.	Low coefficient of discharge.
2.	Losses are less due to smooth surfaces.	Losses are more due to sharp edges,
3.	More expensive in installation and replacement.	Cheaper
4.	Requires more space.	Requires less space.
5.	Less likelihood of becoming clogged with slurries.	Tends to clog and hence not suitable for slurries.
6.	Used in large pipes.	Used in small pipes.

S.No.	VENTURIMETER	ORIFICEMETER
1.	வெளியேற்ற குணகம் அதிகம்.	வெளியேற்ற குணகம் குறைவு.
2.	மென்மையான மேற்பரப்புகளால் இழப்புகள் குறைவாக உள்ளன.	கூர்மையான விளிம்புகள் காரணமாக இழப்புகள் அதிகம்,
3.	நிறுவ மற்றும் மாற்ற அதிக செலவு..	மலிவானது
4.	அதிக இடம் தேவை.	குறைந்த இடம் தேவை.
5.	சேறுகளால் அடைக்கப்படுவதற்கான வாய்ப்பு குறைவு.	சேறுகளால் அடைப்பு ஏற்படுகிறது,
6.	பெரிய குழாய்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.	சிறிய குழாய்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது

24. What is Pitot tube? (Oct 2014, 15)

           Pitot tube is an instrument used to measure the velocity water flowing in river or in an open channel based on Bernoulli's theorem.

Bernoulli's theoremன் தத்துவத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு, நதியிலோ திறந்த கால்வாயிலோ ஓடிக் கொண்டிருக்கும் ஒரு திரவத்தின் velocity ஐ அளக்கப்பயன்படும் ஒரு கருவி pitot tube ஆகும்.

25. What is the use of venturimeter?

           It is used to measure the quantity of a liquid  (volume/sec) in a pipe

ஒரு குழாயில் சென்று கொண்டிருக்கும் ஒரு திரவத்தின் கொள்ளவை (quantity) அளக்கப் பயன்படும்.

  

26. What is an orifice?

           An opening made in the bottom or side of a tank, through which the water is discharged from high pressure side to low pressure side,  is known as orifice

ஒரு tankன் அடியில் அல்லது பக்கவாட்டில் அமைக்கப்பட்ட ஒரு சிறிய துளையின் வழியாக தண்ணீர் செல்வதற்காகப் பயன்படும் போது அந்த துளையை orifice என்கிறோம்..

  

27. What is vena contracta?

In a jet of water coming out of  an orifice where cross section of the jet is at a minimum.

orifice வழியாக தண்ணீ ர் செல்லும்போது, water let குறைந்தபட்ச cross section -ஆக சுருங்கும்    section-ஐ vena contracta என்கிறோம்.

  

28. Name the types of orifice. (Apr 2015)

According to the size a) Small orifice b) Large orifice

According to the shape a) Circular b) Rectangular c) Square d) Triangular

According to the shape of upstream edge a) Sharp edged   b) Bell mouthed

According to discharge condition a) Free orifice b) Partially submerged orifice c) Submerged orifice.

29. What is meant by large orifice?

           Head  < 5 × depth of orifice

30. What is meant by small orifice?

           Head  > 5 × depth of orifice

31. What is coefficient of contraction? (Apr 12, 14, 0er 2015)

It is defined as "the ratio between the area of the jet at vena-contracta(a_c ) and the area of the orifice(a)”. It varies from 0.62 to 0.69

32. What is coefficient of velocity? (out 2013, 14)

           It is defined as "the ratio between the actual velocity of the jet(v_a  )and" theoretical velocity of the jet(v_t )".  It varies from 0.95 to 0.99.

Actual velocity மற்றும் theoretical velocity ஆகியவற்றுக்கிடையேயுள்ள விகிதம் coefficient of velocity எனப்படும்.

33. What is coefficient of discharge?

           The ratio between actual discharge(Q_a)  and theoretical discharge(Q_t).It varies from 0.61 to 0.64.

Actual discharge மற்றும் theoretical discharge ஆகியவற்றுக்கிடையேயுள்ள விகிதம் coefficient of discharge எனப்படும்.

  

34. What are hydraulic coefficients?

           1. Coefficient of contraction   2. Coefficient of velocity  3. Coefficient of discharge 

35. Write the relation between hydraulic coefficients? (Apr 2015)

            Coefficient of discharge  =  Coefficient of contraction × Coefficient of velocity

36. What is wetted perimeter with respect to flow? (Apr 13, 15, Oct 2013)

            If water is running full through a pipe, the perimeter wetted by water is known as wetted perimeter(P=πd)

            ஒரு குழாய் வழியாக திரவம் பாய்ந்து செல்லும் போது ஈரமாகின்ற – நனைகின்ற - உள்பக்க சுற்றளவிற்கு wetted perimeter என்று பெயர். இது P என்ற எழுத்தால் குறிக்கப்படுகிறது. திரவம் குழாயின் சுவர்களை தொட்டுப் பாய்ந்தால், நனைகின்ற உள்பக்க சுற்றளவு P = πd.

37. What is hydraulic mean depth or hydraulic radius? (Apr 2012,14)

            Hydraulic mean depth is defined as, "the ratio of the area of flow and the wetted perimeter"

            Area of flow மற்றும் wetted perimeter ஆகியவற்றுக்கிடையேயுள்ள விகிதம் hydraulic mean depth (or) hydraulic radius எனப்படும்.

38. State laws of fluid friction for laminar flow.

The frictional resistance in the laminar flow is

1) Proportional to the velocity of flow.

2) Proportional to the area of surface in contact.

3) Independent of the pressure.

4) Independent on the nature of the surface in contact.

5) Varying greatly with the change in temperature of the flowing fluid.

Laminar flow-வில் ஏற்படும் உராய்வுத் தடை,

1) Velocity of flowவிற்கு நேர் விகிதத்திலிருக்கும்.

2) திரவம் நனைக்கும் பரப்பளவிற்கு நேர்விகிதத்திலிருக்கும்.

3) திரவத்தின் pressure-ஐ சார்ந்திருக்காது.

4)/திரவம் தொடும் பரப்பின் சொரசொரப்பு தன்மையைச் சார்ந்திருக்காது.

5) திரவத்தின் வெப்பநிலை மாற்றத்தைப் பொறுத்து அதிகளவு மாறுபடும்.

39. State laws of fluid friction for turbulent flow

The frictional resistance in the turbulent flow is

1) Proportional to (velocity)n where index n varies from 1.72 to 2.0

2) Proportional to the area of surface in contact

3) Proportional to the density of the flowing fluid.

4) Independent of the pressure.

5) Dependent on the nature of the surface in contact

6) Varying slightly with the change in temperature of  the flowing fluid.

Turbulent flow-வில் ஏற்படும் உராய்வுத் தடை,

1) velocityⁿ -க்கு நேர் விகிதத்திலிருக்கும். குறியீடு-ன் மதிப்பு 1.72 to 2 வரை இருக்கும்.

2) திரவம் நனைக்கும் பரப்பளவிற்கு நேர்விகிதத்திலிருக்கும்.

3) திரவத்தின் density-க்கு நேர் விகிதத்திலிருக்கும்.

4) திரவம் தொடும் பரப்பின் சொரசொரப்புத் தன்மையை சார்ந்திருக்கும்.

5) திரவத்தின் pressure-ஐ சார்ந்திருக்காது.

6) திரவத்தின் வெப்பநிலை மாற்றத்தைப் பொறுத்து சிறிதளவே மாறுபடும்

40. What is Froude’s experiment?

           When water is flowing through pipes,

 1. frictional resistance is proportional to velocityⁿ

 2. frictional resistance is proportional to wetted area

 1. உராய்வுத் தடையானது velocityⁿ –க் கு நேர்விகிதத்தில் இருக்கும்.

 2. உராய்வுத் தடையானது நனைந்த பரப்பளவிற்கு நேர்விகிதத்திலிருக்கும்.

41. What are two types of losses in flow through pipes?

        1. Major loss - loss of head due to friction.

2. Minor loss -Loss of head due to sudden enlargement,  Loss of head due to sudden contraction etc

  

42. Mention the Darcy's equation to find the loss of head due to friction.

loss of head due to friction,h_f= (Flv²)/2gd

   where F-friction factor,   v-velocity, d-dia.of pipe, l-length of pipe,g-acceleration due to gravity

43. Define Chezy's formula. (Oct 2015)

                                  v=C√mi

where C - Chezy's constant , v- velocity, m – hydraulic mean radius,  i - loss of head due to friction per meter

44. What is meant by slope of hydraulic gradient?

           Slope of hydraulic gradient, i  =Loss of head due to friction/ length  of pipe

Loss of head due to friction மற்றும் குழாயின் நீளம் ஆகியவற்றுக்கிடையேயுள்ள விகிதம் slope of hydraulic gradient எனப்படும்.

45. What is meant by hydraulic gradient line? (Oct 2015)

        Hydraulic gradient line is a line representing the pressure heads available at all  sections  from the centre line of the pipe.

Pressure head, குழாயின் மையக் கோட்டிலிருந்து செங்கத்துக் கோடுகளாக வரையப்பட்டால், இந்த கோடுகளின் மேல் பக்கபுள்ளிகளை இணைக்கும் கோடு, Hydraulic gradient line (H.G.L) எனப்படும். Hydraulic greadient line என்பது குழாயின் அனைத்து இடங்களிலும் உள்ள அழுத்தங்களை காட்டும் கோடாகும்.

46. What is meant by total energy line?

Total energy line is a line representing the sum of pressure heads and velocity heads  at all  sections from the centre line of the pipe  .

Pressure head மற்றும் Velocity Head-ன் கூட்டுத்தொகை குழாயின் மையக் கோட்டிலிருந்து செங்குத்துக் கோடுகளாக வரையப்பட்டால், இந்த கோடுகளின் மேல் பக்கபுள்ளிகளை இணைக்கும் கோடு, total energy line (T.E.L) எனப்படும்.

  

47. Mention any two minor losses.

1.Loss of head due to sudden enlargement.                     

2. Loss of head due to sudden contraction.

3. Loss of head due to bend                     

4. Loss of head at entry

5. Loss of head at exit

1. திடீர் விரிவாக்கம் காரணமாக loss of head.           

2. திடீர் சுருக்கத்தால் loss of head.

3. வளைவு காரணமாக loss of head

4. நுழைவாயிலில் loss of head      

5. வெளியேறும் போது loss of head

48. State expression for efficiency of power transmitted by pipe.

η = (Power at outlet)/(Power at inlet)

                 = (wQ(H-h_f))/wQH

                  = ((H-h_f))/H

w-specific  wt.,  Q-Discharge,  H-Head at inlet,  (H-h_f )- Head at outlet, h_f - loss of head due to friction

49. State the condition at which the power transmitted through a pipe is maximum.

Pressure head at inlet-ல் மூன்றில் ஒரு பங்கு head lost due to friction இருக்கும் போது ஒரு குழாயின் மூலம் power transmitted அதிக பட்ச மதிப்புடன் இருக்கும்