Capitolul 3 Bazele fluxului III
3.2 caracteristicile fluxurilor
acest capitol prezintă câteva dintre caracteristicile importante ale unui flux. Diferența dintre caracteristicile fluxului poate afecta modul în care este analizat fluxul. În plus, cunoașterea caracteristicilor fluxului este foarte importantă atunci când se evaluează validitatea unui rezultat obținut.
3.2.1 fluidele compresibile/incompresibile
compresia și expansiunea sunt caracteristici importante ale unui fluid. Amintiți-vă că un fluid poate fi un lichid sau un gaz. Dacă compresia și expansiunea au un efect semnificativ asupra densității fluidului (kg/m3), fluidul se numește fluid compresibil. Luați în considerare un exemplu simplu de gaz într-un cilindru, așa cum se arată în figura 3.10. Cilindrul este sigilat astfel încât gazul să nu poată intra sau scăpa. Volumul fluidului se modifică pe măsură ce pistonul se mișcă. Cu toate acestea, masa sistemului nu se schimbă deoarece gazul nu are voie să intre sau să părăsească cilindrul. Prin urmare, densitatea fluidului trebuie să se schimbe din cauza modificării volumului.
figura 3.10: fluid compresibil
pe de altă parte, atunci când compresia și expansiunea nu afectează semnificativ densitatea fluidului, fluidul se numește fluid incompresibil. Volumul unui fluid incompresibil nu se schimbă și densitatea acestuia este tratată ca o constantă. Luați în considerare un lichid într-un cilindru. Dacă cilindrul este sigilat, pistonul se va opri din mișcare odată ce intră în contact cu lichidul. Pe măsură ce pistonul se retrage, se creează un spațiu gol deasupra suprafeței lichidului. Cantitatea de spațiu (volum) pe care o ocupă lichidul nu se schimbă (de fapt volumul se schimbă, dar schimbarea este foarte mică). Deoarece cantitatea de lichid este aproape neschimbată, densitatea fluidului (kg/m3) este constantă. Lichidele sunt întotdeauna considerate fluide incompresibile, deoarece modificările de densitate cauzate de presiune și temperatură sunt mici.
în timp ce gazele intuitive pot părea întotdeauna fluide incompresibile dacă gazul este permis să se miște, un gaz poate fi tratat ca fiind incompresibil dacă modificarea densității sale este mică. Luați în considerare cilindrul umplut cu un gaz așa cum se arată în figura 3.11. Porturile sunt adăugate la cilindru care permite gazului să intre sau să iasă din cilindru. Pe măsură ce pistonul împinge în jos, gazul curge din port, deoarece volumul cilindrului scade. Cantitatea de masă a gazului scade, de asemenea, proporțional, iar densitatea gazului (kg/m3) din cilindru este neschimbată. Când pistonul se retrage, volumul sistemului crește, gazul (masa) intră prin port și densitatea gazului (kg/m3) rămâne din nou esențial constantă. În această situație, gazul se comportă ca un fluid incompresibil. Într-un sens strict, nu există un fluid complet incompresibil. Cu toate acestea, atunci când densitatea se schimbă datorită presiunii (mișcarea pistonului aplică presiune fluidului din cilindru) sau temperatura este mică, aproximarea unui fluid ca fluid incompresibil poate simplifica foarte mult calculele.
figura 3.11: fluid incompresibil
o măsură a gradului de compresibilitate a unui gaz este numărul Mach M al debitului. Numărul Mach este raportul dintre viteza fluidului și viteza sunetului. Când M < aprox. 0.3, un fluid poate fi tratat ca incompresibil. Pentru o temperatură a aerului de 20 CTC, viteza sunetului este de aproximativ 340 m/s. Prin urmare, dacă viteza fluidului este de 100 m/s sau mai mare, compresibilitatea trebuie luată în considerare în calcule. Pentru viteze ale fluidului mai mici de 100 m / s, fluidul poate fi considerat incompresibil. În plus, dacă temperatura fluidului se schimbă semnificativ (aceasta este diferită de cea a fluidului care se află la o temperatură constantă ridicată sau scăzută), densitatea fluidului se va schimba substanțial și în timpul expansiunii sau compresiei volumului. În acest caz, lichidul poate fi, de asemenea, tratat ca un fluid compresibil.
despre autor
Atsushi Ueyama / născut în septembrie 1983, Hyogo, Japonia
el are un Doctor în filosofie în inginerie de la Universitatea din Osaka. Cercetările sale doctorale s-au concentrat pe metoda numerică pentru problema interacțiunii fluid-solid. Este inginer consultant la Software Cradle și oferă asistență tehnică clienților Cradle. De asemenea, este lector activ la seminarii și cursuri de formare.