Kapitel 3 Grundlagen der Strömung III
3.2 Eigenschaften von Strömungen
In diesem Kapitel werden einige der wichtigen Eigenschaften einer Strömung vorgestellt. Der Unterschied in den Durchflusseigenschaften kann die Analyse des Durchflusses beeinflussen. Darüber hinaus ist die Kenntnis der Fließeigenschaften sehr wichtig, wenn die Gültigkeit eines erhaltenen Ergebnisses bewertet wird.
3.2.1 Kompressible/inkompressible Fluide
Kompression und Expansion sind wichtige Eigenschaften eines Fluids. Denken Sie daran, dass eine Flüssigkeit eine Flüssigkeit oder ein Gas sein kann. Wenn Kompression und Expansion einen signifikanten Einfluss auf die Flüssigkeitsdichte (kg / m3) haben, wird die Flüssigkeit als kompressible Flüssigkeit bezeichnet. Betrachten Sie ein einfaches Beispiel eines Gases in einer Flasche, wie in Abbildung 3.10 gezeigt. Der Zylinder ist abgedichtet, damit kein Gas eindringen oder entweichen kann. Das Flüssigkeitsvolumen ändert sich, wenn sich der Kolben bewegt. Die Masse des Systems ändert sich jedoch nicht, da das Gas nicht in den Zylinder eintreten oder ihn verlassen darf. Daher muss sich die Flüssigkeitsdichte aufgrund der Volumenänderung ändern.
Abbildung 3.10: Komprimierbare Flüssigkeit
Wenn andererseits Kompression und Expansion die Flüssigkeitsdichte nicht signifikant beeinflussen, wird die Flüssigkeit als inkompressible Flüssigkeit bezeichnet. Das Volumen einer inkompressiblen Flüssigkeit ändert sich nicht und ihre Dichte wird als konstant behandelt. Betrachten Sie eine Flüssigkeit in einem Zylinder. Wenn der Zylinder abgedichtet ist, hört der Kolben auf, sich zu bewegen, sobald er mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt. Wenn sich der Kolben zurückzieht, entsteht ein leerer Raum über der Flüssigkeitsoberfläche. Die Menge an Raum (Volumen), die die Flüssigkeit einnimmt, ändert sich nicht (tatsächlich ändert sich das Volumen, aber die Änderung ist sehr gering). Da die Flüssigkeitsmenge nahezu unverändert ist, ist die Flüssigkeitsdichte (kg / m3) konstant. Flüssigkeiten werden immer als inkompressible Flüssigkeiten betrachtet, da Dichteänderungen durch Druck und Temperatur gering sind.
Während andere Gase immer inkompressible Flüssigkeiten zu sein scheinen, wenn das Gas sich bewegen darf, kann ein Gas als inkompressibel behandelt werden, wenn seine Dichteänderung gering ist. Betrachten Sie den mit einem Gas gefüllten Zylinder wie in Abbildung 3.11 gezeigt. Dem Zylinder werden Anschlüsse hinzugefügt, durch die Gas in den Zylinder eintreten oder ihn verlassen kann. Wenn der Kolben nach unten drückt, fließt das Gas aus dem Anschluss, da das Volumen des Zylinders abnimmt. Die Menge der Masse des Gases nimmt ebenfalls proportional ab und die Dichte des Gases (kg/ m3) im Zylinder ist unverändert. Wenn sich der Kolben zurückzieht, nimmt das Volumen des Systems zu, Gas (Masse) tritt durch die Öffnung ein und die Dichte des Gases (kg / m3) bleibt wieder im Wesentlichen konstant. In dieser Situation verhält sich das Gas wie eine inkompressible Flüssigkeit. Im engeren Sinne existiert keine vollständig inkompressible Flüssigkeit. Wenn sich jedoch die Dichte aufgrund von Druck ändert (die Bewegung des Kolbens übt Druck auf das Fluid im Zylinder aus) oder die Temperatur gering ist, kann die Annäherung eines Fluids als inkompressibles Fluid die Berechnungen erheblich vereinfachen.
Abbildung 3.11: Inkompressible Flüssigkeit
Ein Maß für den Kompressibilitätsgrad eines Gases ist die Machzahl M der Strömung. Die Machzahl ist das Verhältnis der Flüssigkeitsgeschwindigkeit zur Schallgeschwindigkeit. Wenn M < ca. 0,3 kann eine Flüssigkeit als inkompressibel behandelt werden. Bei einer Lufttemperatur von 20° C beträgt die Schallgeschwindigkeit ungefähr 340 m / s. Wenn die Flüssigkeitsgeschwindigkeit 100 m / s oder mehr beträgt, sollte daher die Kompressibilität bei den Berechnungen berücksichtigt werden. Bei Fluidgeschwindigkeiten von weniger als 100 m / s kann das Fluid als inkompressibel angesehen werden. Wenn sich die Fluidtemperatur signifikant ändert (dies unterscheidet sich von der konstanten hohen oder niedrigen Temperatur des Fluids), ändert sich außerdem die Fluiddichte während der Volumenexpansion oder -kompression erheblich. In diesem Fall kann das Fluid auch als kompressibles Fluid behandelt werden.
Über den Autor
Atsushi Ueyama / Geboren im September 1983, Hyogo, Japan
Er hat einen Doktor der Philosophie in Ingenieurwissenschaften von der Universität Osaka. Seine Doktorarbeit konzentrierte sich auf numerische Methode für Fluid-Solid-Interaktion Problem. Er ist beratender Ingenieur bei Software Cradle und bietet technischen Support für Cradle-Kunden. Er ist auch aktiver Dozent bei verschiedenen Seminaren und Schulungen.