3. fejezet az áramlás alapjai III
3.2 az áramlás jellemzői
ez a fejezet bemutatja az áramlás néhány fontos jellemzőjét. Az áramlási jellemzők különbsége befolyásolhatja az áramlás elemzését. Ezenkívül az áramlási jellemzők ismerete nagyon fontos a kapott eredmény érvényességének értékelésekor.
3.2.1 összenyomható / összenyomhatatlan folyadékok
a tömörítés és a tágulás a folyadék fontos jellemzői. Ne feledje, hogy a folyadék lehet folyadék vagy gáz. Ha a tömörítés és a tágulás jelentős hatással van a folyadék sűrűségére (kg/m3), akkor a folyadékot összenyomható folyadéknak nevezzük. Vegyünk egy egyszerű példát a palackban lévő gázra a 3.10. ábrán látható módon. A henger lezárva van, így a gáz nem juthat be vagy távozhat. A folyadék térfogata változik, ahogy a dugattyú mozog. A rendszer tömege azonban nem változik, mert a gáz nem léphet be vagy nem hagyhatja el a hengert. Ezért a folyadék sűrűségének meg kell változnia a térfogatváltozás miatt.
3.10. ábra: összenyomható folyadék
másrészt, amikor a tömörítés és a tágulás nem befolyásolja jelentősen a folyadék sűrűségét, a folyadékot összenyomhatatlan folyadéknak nevezzük. Az összenyomhatatlan folyadék térfogata nem változik, sűrűségét állandónak tekintik. Vegyünk egy folyadékot egy hengerben. Ha a henger le van zárva, a dugattyú leáll, amint érintkezik a folyadékkal. Amint a dugattyú visszahúzódik, üres hely jön létre a folyadék felülete felett. A folyadék által elfoglalt hely (térfogat) nem változik (valójában a térfogat változik, de a változás nagyon kicsi). Mivel a folyadék mennyisége szinte változatlan, a folyadék sűrűsége (kg/m3) állandó. A folyadékokat mindig összenyomhatatlan folyadékoknak tekintik, mivel a nyomás és a hőmérséklet által okozott sűrűségváltozás kicsi.
míg intuitív módon a gázok mindig összenyomhatatlan folyadéknak tűnhetnek, ha a gáz mozgása megengedett, addig egy gáz összenyomhatatlannak tekinthető, ha sűrűsége kicsi. Tekintsük a gázzal töltött palackot a 3.11. ábrán látható módon. A hengerhez olyan portokat adnak, amelyek lehetővé teszik a gáz bejutását vagy elhagyását a hengerbe. Ahogy a dugattyú lefelé tolódik, a gáz kifolyik a nyílásból, mert a henger térfogata csökken. A gáz tömegének mennyisége is arányosan csökken, a gáz sűrűsége (kg/m3) a palackban változatlan. Amikor a dugattyú visszahúzódik, a rendszer térfogata növekszik, a gáz (tömeg) belép a nyíláson keresztül, és a gáz sűrűsége (kg/m3) ismét lényegében állandó marad. Ebben a helyzetben a gáz összenyomhatatlan folyadékként viselkedik. Szigorú értelemben egy teljesen összenyomhatatlan folyadék nem létezik. Ha azonban a sűrűség a nyomás miatt változik (a dugattyú mozgása nyomást gyakorol a hengerben lévő folyadékra), vagy a hőmérséklet kicsi, a folyadék összenyomhatatlan folyadékként való közelítése nagymértékben leegyszerűsítheti a számításokat.
3.11. ábra: összenyomhatatlan folyadék
a gáz összenyomhatóságának egyik mértéke az áramlás m Mach-száma. A Mach-szám a folyadék sebességének a hangsebességhez viszonyított aránya. Amikor M < kb. 0.3, a folyadék lehet kezelni, mint összenyomhatatlan. 20cc levegő hőmérséklete esetén a hangsebesség körülbelül 340 m/s. ezért, ha a folyadék sebessége 100 m/s vagy annál nagyobb, a számítások során figyelembe kell venni az összenyomhatóságot. 100 m/s-nál kisebb folyadéksebesség esetén a folyadék összenyomhatatlannak tekinthető. Ezen túlmenően, ha a folyadék hőmérséklete jelentősen változik (ez eltér attól, hogy a folyadék állandó magas vagy alacsony hőmérsékleten van), akkor a folyadék sűrűsége is jelentősen megváltozik a térfogat tágulása vagy összenyomása során. Ebben az esetben a folyadék összenyomható folyadékként is kezelhető.
A szerzőről
Atsushi Ueyama / született 1983 szeptemberében, Hyogo, Japán
az Osaka Egyetem Mérnöki filozófia doktora. Doktori kutatása a folyadék-szilárd interakciós probléma numerikus módszerére összpontosított. A Software Cradle tanácsadó mérnöke, és technikai támogatást nyújt a Cradle ügyfeleinek. Emellett aktív előadója a bölcső szemináriumoknak és képzéseknek.