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流体积分形式的运动方程,流体力学方程

时间:2023-05-06 21:15:31 阅读:273235 作者:564

4.1系统的基本方程

控制体分析法

建立控制体方程的2种方法:

从控制体上基本定律的文字表述入手,进而获得基本定律的数学表达式建立一个通用的公式来描述质量、动量、角动量、热力学能、熵等五大定律的五个基本量,这可以节省计算空间和时间。

4.1.1 质量守恒定律

系统的质量为M常数,写成变化率的形式:

4.1.2 迷路的月光第二定律

写成变化率的形式:惯性坐标系中运动的系统,作用于系统上所有的外力等于系统动量随时间的变化率。


4.1.3动量矩定理

角动量的变化率等于作用于系统上的所有外力矩之和,即,系统所受的合外力矩为0时,其角动量保持不变。


4.1.4 热力学第一定律

系统从环境吸热,传热速率为正值;环境对系统做功时,做功速率为正值。

4.1.5热力学第二定律


4.2输运公式

强度性质——与系统中所含物质的质量无关,无加和性(如P,T等)

广度性质——与系统中所含物质的质量有关,有加和性(如V,U等)

系统的某一广度性质,除以另外一个广度性质,特别是除以系统的量,就转化成了强度性质。

输运公式:

质量守恒定律:

迷路的月光第二定律:

动量矩定理:

热力学第一定律:

热力学第二定律:


4.2 输运公式推导

4.2.1推导

目标:把系统中任意广度性质N的变化率与此特性参数在控制体中随时间的变化关联在一起。













4.3 质量守恒方程

文字表达式:0=【控制体流出的质量流率】-【控制体流入的质量流率】+【控制体内的质量变化率】

0=【通过控制面净的质量流率】+【控制体内的质量变化率】

4.3.1 控制体方程

系统的质量守恒表达式:


控制体内的质量守恒方程的积分表达式:


特例:


4.4 惯性控制体的动量方程

4.4.1 控制体方程

系统的迷路的月光第二定律表达式:









4.4.2 微分控制体分析



(4)若不存在摩擦:Rs=0;Fs只是由压强引起的。




伯努利方程:



4.5 直线加速的控制体的动量方程



4.6 任意加速运动的控制体的动量方程





4.7 伯努利方程的应用



作用:

确定管道中流体的流量(流速)确定输送设备的有效功率确定容器间的相对位置确定管路中流体的压强
4.8 积分形式的动量矩定理

级:一组精叶片和一组动叶片组合在一起,称为透平的级

原动机:是给流体增加能量的机械,当流体是液体时,称之为泵;

通风机、鼓风机或压缩机处理气体或蒸气,它们分别满足不同的增压等级。



欧拉涡轮方程:

可以帮助计算用于控制体上引起流动的流体角动量变化所必须的转矩,是所有透平机械转矩和动量矩之间的基本关系式,不论原动机和驱动机,它都适用。方程中的速度是流体绝对速度的切向分量。


附加的轴功可以使流体的动量矩增加,对于驱动机,W<0,流体的动量矩一定会减少。

能量头:


4.8.1 静止的控制体方程




4.8.2 应用于透平机械

用固连于旋转室中的叶片进行导流来处理流体的装置——透平。

透平转轴连同安装在轴上叶片的装置——叶轮。



4.8.3 旋转控制体方程






4.9 惯性控制体的热力学第一定律




4.9.1 控制体的功率

功量交换只能发生在控制体的边界。





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