Kapitola 3 Základy Tok III
3.2 Charakteristiky toků
v Této kapitole jsou uvedeny některé důležité vlastnosti toku. Rozdíl v charakteristikách průtoku může ovlivnit způsob analýzy toku. Kromě toho je znalost charakteristik toku velmi důležitá při hodnocení platnosti získaného výsledku.
3.2.1 stlačitelné / nestlačitelné kapaliny
komprese a expanze jsou důležitými vlastnostmi kapaliny. Nezapomeňte, že tekutina může být kapalina nebo plyn. Pokud má komprese a expanze významný vliv na hustotu tekutiny (kg / m3), tekutina se nazývá stlačitelná tekutina. Zvažte jednoduchý příklad plynu ve válci, jak je znázorněno na obrázku 3.10. Válec je utěsněn tak, aby plyn nemohl vstoupit nebo uniknout. Objem kapaliny se mění při pohybu pístu. Hmotnost systému se však nemění, protože plyn nesmí vstoupit nebo opustit válec. Hustota kapaliny se proto musí změnit kvůli změně objemu.
Obrázek 3.10: Stlačitelné tekutiny
Na druhou stranu, když komprese a expanze nejsou významně ovlivnit hustota kapaliny, kapaliny se nazývá nestlačitelné tekutiny. Objem nestlačitelné tekutiny se nemění a její hustota je považována za konstantu. Zvažte kapalinu ve válci. Pokud je válec utěsněn, píst se přestane pohybovat, jakmile se dostane do kontaktu s kapalinou. Když se píst zatáhne, vytvoří se nad povrchem kapaliny prázdný prostor. Množství prostoru (objemu), který kapalina zabírá, se nemění (ve skutečnosti se objem mění, ale změna je velmi malá). Vzhledem k tomu, že množství kapaliny je téměř nezměněno, hustota kapaliny (kg / m3) je konstantní. Kapaliny jsou vždy považovány za nestlačitelné kapaliny, protože změny hustoty způsobené tlakem a teplotou jsou malé.
zatímco intuitivně se plyny mohou vždy zdát nestlačitelnými tekutinami, pokud je plyn povolen k pohybu, lze s plynem zacházet jako s nestlačitelným, pokud je jeho změna hustoty malá. Zvažte láhev naplněnou plynem, jak je znázorněno na obrázku 3.11. Do válce se přidávají porty, které umožňují plyn vstoupit nebo opustit válec. Jak píst tlačí dolů, plyn vytéká z portu, protože objem válce klesá. Množství hmotnosti plynu také úměrně klesá a hustota plynu (kg / m3) ve válci se nemění. Když se píst zatáhne, objem systému se zvětší, plyn (hmotnost) vstupuje přes port a hustota plynu (kg/m3) zůstává opět v podstatě konstantní. V této situaci se plyn chová jako nestlačitelná tekutina. V přísném smyslu neexistuje zcela nestlačitelná tekutina. Nicméně, když změny hustoty v důsledku tlaku (pohyb pístu platí tlaku kapaliny ve válci), nebo teplota je malý, sbližování tekutiny jako nestlačitelné tekutiny může výrazně zjednodušit výpočty.
obrázek 3.11: nestlačitelná tekutina
jedním měřítkem stupně stlačitelnosti plynu je Machovo číslo M průtoku. Machovo číslo je poměr rychlosti tekutiny k rychlosti zvuku. Když M < cca. 0,3, může být tekutina považována za nestlačitelnou. Při teplotě vzduchu 20°C je rychlost zvuku přibližně 340 m / s. Proto je-li rychlost kapaliny 100 m / s nebo vyšší, měla by být ve výpočtech zohledněna stlačitelnost. Pro rychlosti kapaliny menší než 100 m / s může být tekutina považována za nestlačitelnou. Kromě toho, pokud se teplota tekutiny významně změní (to je jiné, než je tekutina při konstantní vysoké nebo nízké teplotě), hustota tekutiny se také podstatně změní během objemové expanze nebo stlačení. V tomto případě může být tekutina také zpracována jako stlačitelná tekutina.
o autorovi
Atsushi Ueyama / narozen v září 1983, Hyogo, Japonsko
má doktora filozofie ve strojírenství z Osaka University. Jeho doktorský výzkum se zaměřil na numerickou metodu pro problém interakce tekutina-pevná látka. Je konzultačním inženýrem ve společnosti Software Cradle a poskytuje technickou podporu zákazníkům Cradle. Je také aktivním lektorem kolébkových seminářů a školení.