Rozdział 3 Podstawy przepływu III
3.2 charakterystyka przepływu
ten rozdział przedstawia niektóre ważne cechy przepływu. Różnica w charakterystyce przepływu może wpływać na sposób analizy przepływu. Ponadto znajomość charakterystyki przepływu jest bardzo ważna przy ocenie ważności uzyskanego wyniku.
3.2.1 ściśliwe / niezciśnieniowe płyny
ściskanie i rozszerzanie są ważnymi cechami płynu. Pamiętaj, że płyn może być cieczą lub gazem. Jeśli kompresja i ekspansja mają znaczący wpływ na gęstość płynu (kg / m3), płyn nazywa się płynem ściśliwym. Rozważmy prosty przykład gazu w butli, Jak pokazano na rysunku 3.10. Butla jest uszczelniona tak, aby Gaz nie mógł dostać się ani uciec. Objętość płynu zmienia się wraz z ruchem tłoka. Jednak masa układu nie zmienia się, ponieważ gaz nie jest dopuszczony do wejścia lub opuszczenia butli. Dlatego gęstość płynu musi się zmienić ze względu na zmianę objętości.
rysunek 3.10: płyn ściśliwy
z drugiej strony, gdy ściskanie i rozszerzanie nie wpływają znacząco na gęstość płynu, płyn nazywa się płynem niezciśnionym. Objętość niezciśnieniowego płynu nie zmienia się, a jego gęstość jest traktowana jako stała. Rozważmy ciecz w cylindrze. Jeśli cylinder jest uszczelniony, tłok przestanie się poruszać po zetknięciu się z cieczą. Gdy tłok się chowa, nad powierzchnią cieczy tworzy się pusta przestrzeń. Ilość miejsca (objętości), którą zajmuje ciecz, nie zmienia się (w rzeczywistości objętość się zmienia, ale zmiana jest bardzo mała). Ponieważ ilość cieczy jest prawie niezmieniona, gęstość płynu (kg / m3) jest stała. Ciecze są zawsze uważane za płyny niezciśnieniowe, ponieważ zmiany gęstości spowodowane ciśnieniem i temperaturą są niewielkie.
podczas gdy intuicyjnie gazy mogą zawsze wydawać się niezrozumiałymi płynami, jeśli gaz może się poruszać, gaz może być traktowany jako niezrozumiały, jeśli jego zmiana gęstości jest niewielka. Należy rozważyć butlę wypełnioną gazem, jak pokazano na rysunku 3.11. Do butli dodawane są porty, które pozwalają gazowi wejść lub wyjść z butli. Gdy tłok popycha w dół, gaz wypływa z portu, ponieważ zmniejsza się objętość cylindra. Ilość masy gazu również zmniejsza się proporcjonalnie, a gęstość gazu (kg / m3) w cylindrze pozostaje niezmieniona. Gdy tłok się chowa, zwiększa się objętość układu, Gaz (masa) wchodzi przez port, a gęstość gazu (kg / m3) pozostaje ponownie zasadniczo stała. W tej sytuacji Gaz zachowuje się jak niezciśnięty płyn. W ścisłym tego słowa znaczeniu nie istnieje całkowicie niezrozumiały płyn. Jednakże, gdy gęstość zmienia się z powodu ciśnienia (ruch tłoka wywiera ciśnienie na płyn w cylindrze) lub temperatura jest mała, przybliżenie płynu jako płynu niezciśnieniowego może znacznie uprościć obliczenia.
rysunek 3.11: płyn Nieciśnieniowy
jedną z miar stopnia ściśliwości gazu jest Liczba Macha M przepływu. Liczba Macha to stosunek prędkości płynu do prędkości dźwięku. Gdy M < ok. 0,3, płyn może być traktowany jako niezrozumiały. Dla temperatury powietrza 20°C Prędkość dźwięku wynosi około 340 m/s.dlatego też, jeśli prędkość płynu wynosi 100 m / s lub więcej, w obliczeniach należy wziąć pod uwagę ściśliwość. W przypadku prędkości płynu poniżej 100 m/s, płyn można uznać za niezciśnięty. Ponadto, jeśli temperatura płynu zmienia się znacząco (jest to inne niż płyn jest w stałej wysokiej lub niskiej temperaturze), gęstość płynu również zmienia się znacząco podczas rozszerzania objętości lub kompresji. W takim przypadku płyn może być również traktowany jako płyn ściśliwy.
o autorze
Atsushi Ueyama / urodzony we wrześniu 1983, Hyogo, Japonia
posiada tytuł doktora filozofii w dziedzinie inżynierii na Uniwersytecie w Osace. Jego praca doktorska koncentrowała się na numerycznej metodzie problemu interakcji płyn-ciało stałe. Jest inżynierem konsultingowym w Software Cradle i zapewnia wsparcie techniczne klientom Cradle. Jest również aktywnym wykładowcą na seminariach i szkoleniach Kolebkowych.