Kapitel 3 Grunderna i Flow III
3.2 egenskaper hos flöden
detta kapitel introducerar några av de viktiga egenskaperna hos ett flöde. Skillnaden i flödesegenskaper kan påverka hur flödet analyseras. Dessutom är det mycket viktigt att känna till flödesegenskaperna när man utvärderar giltigheten för ett erhållet resultat.
3.2.1 komprimerbara / inkompressibla vätskor
kompression och expansion är viktiga egenskaper hos en vätska. Kom ihåg att en vätska kan vara en vätska eller en gas. Om kompression och expansion har en signifikant effekt på vätsketätheten (kg/m3) kallas vätskan en komprimerbar vätska. Tänk på ett enkelt exempel på en gas i en cylinder som visas i Figur 3.10. Cylindern är förseglad så att gas inte kan komma in eller fly. Vätskevolymen ändras när kolven rör sig. Systemets massa förändras emellertid inte eftersom gasen inte får komma in eller lämna cylindern. Därför måste vätsketätheten förändras på grund av volymförändringen.
figur 3.10: komprimerbar vätska
å andra sidan, när kompression och expansion inte signifikant påverkar vätsketätheten, kallas vätskan en inkompressibel vätska. Volymen av en inkompressibel vätska förändras inte och dess densitet behandlas som en konstant. Tänk på en vätska i en cylinder. Om cylindern är förseglad kommer kolven att sluta röra sig när den kommer i kontakt med vätskan. När kolven dras tillbaka skapas ett tomt utrymme ovanför vätskeytan. Mängden utrymme (volym) vätskan upptar ändras inte (faktiskt ändras volymen men förändringen är väldigt liten). Eftersom mängden vätska är nästan oförändrad är vätsketätheten (kg/m3) konstant. Vätskor anses alltid vara inkompressibla vätskor, eftersom densitetsförändringar orsakade av tryck och temperatur är små.
även om intuitivt gaser alltid kan tyckas vara inkompressibla vätskor om gasen tillåts röra sig, kan en gas behandlas som inkompressibel om dess förändring i densitet är liten. Tänk på cylindern fylld med en gas som visas i Figur 3.11. Portar läggs till cylindern som tillåter gas att komma in eller lämna cylindern. När kolven trycker ner, strömmar gasen ut ur porten eftersom volymen på cylindern minskar. Mängden gasmassa minskar också proportionellt och gasens densitet (kg/m3) i cylindern är oförändrad. När kolven dras tillbaka ökar systemets volym, gas (massa) kommer in genom porten och gasens densitet (kg/m3) förblir igen väsentligen konstant. I denna situation uppträder gasen som en inkompressibel vätska. I strikt mening existerar inte en helt inkompressibel vätska. Men När densiteten förändras på grund av tryck (kolvens rörelse applicerar tryck på vätskan i cylindern) eller temperaturen är liten, kan approximering av en vätska som en inkompressibel vätska i hög grad förenkla beräkningarna.
figur 3.11: inkompressibel vätska
ett mått på graden av kompressibilitet hos en gas är Mach-numret M för flödet. Mach-talet är förhållandet mellan vätskehastigheten och ljudets hastighet. När M < ca. 0,3, en vätska kan behandlas som inkompressibel. För en lufttemperatur på 20 kcal C är ljudets hastighet ca 340 m/s. Därför, om vätskehastigheten är 100 m/s eller mer, bör kompressibilitet beaktas i beräkningarna. För vätskehastigheter mindre än 100 m/s kan vätskan anses vara inkompressibel. Dessutom, om vätsketemperaturen förändras signifikant (detta skiljer sig från vätskan vid en konstant hög eller låg temperatur), kommer vätsketätheten också att förändras väsentligt under volymutvidgning eller kompression. I detta fall kan vätskan också behandlas som en komprimerbar vätska.
om författaren
Atsushi Ueyama | född i September 1983, Hyogo, Japan
han har en filosofie doktor i teknik från Osaka University. Hans doktorandforskning fokuserade på numerisk metod för flytande-fast interaktionsproblem. Han är konsultingenjör på Software Cradle och ger teknisk support till Cradle-kunder. Han är också en aktiv föreläsare på Cradle seminarier och utbildningar.