КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ГИДРОГАЗОДИНАМИКА

такое текучая среда?

Какие бывают текучие среды?
Чем они отличаются друг от

друга?
Что у них общего?

that continually deforms (flows) under an applied shear stress. Fluids are a subset

of the phases of matter and include liquids and gases (http://en.wikipedia.org/wiki/Fluid).

Что такое текучая среда?

не имеют определённого положения, но в то же время им

недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии.
Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём.

Жидкость

молекулы почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями,

во время которых происходит резкое изменение характера их движения. Время столкновения молекул в газе значительно меньше среднего. времени их пробега. В отличие от жидкостей, газы не образуют свободной поверхности и равномерно заполняют весь доступный им объём.

Газ

несжимаемых;
b. их свойствах, основных единицах измерения и размерностях.
2. Изучить фундаментальные

законы механики применительно к движению жидкостей и газов.
3. Получить понимание ограничений теоретического подхода к изучению движения жидкостей а так же методов определения поправочных коэффициентов, коэффициентов трения и т.д. экспериментальными методами.

Цели курса:

свободная вода в виде водоемов (океанов, морей, озер, речек, болот

и др.) и различных (дождевых, снеговых, градовых) осадков, и, кроме того, в технике и быту широко используются разнообразные жидкие и газообразные продукты химической промышленности (иногда с ними приходится даже бороться), так что, по крайней мере, в пределах атмосферы Земли все пространство вне твердых или пористых тел заполнено текучими средами, то в инженерной практике необходимость расчета течений текучих сред (газов и жидкостей) возникает очень часто, если не повсеместно.

Кому и зачем нужна гидрогазодинамика?

и газов
«Бесконечно малый» объем равен

примерно

Такой объем, например, воздуха содержит примерно молекул.

Удельный объем– единица объема, приходящаяся на единицу массы.

сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате происходит

рассеяние в виде тепла работы, затрачиваемой на это перемещение.

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения.

Свойства жидкостей и газов

соответствующему приращению его температуры.

Удельной теплоёмкостью называется теплоёмкость, отнесённая к единичному количеству

вещества.

Свойства жидкостей и газов

Массовая теплоёмкость — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры.
Молярная теплоёмкость — это количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 молю вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры.

Эта величина определяет, какое нужно приложить внешнее давление для уменьшения

объёма в 2 раза.

Свойства жидкостей и газов

Сжимаемость — свойство вещества изменять свой объём при изменении внешнего давления. Сжимаемость характеризуется коэффициентом объёмного сжатия

Для воды при нормальных температуре и давлении Па, для воздуха Па.

или его элементы;
2 Расчеты силовых воздействий твердого тела на текучую

среду;
3 Расчет воздействия различных физических факторов на состав и движение текучей среды;
4 Решения задач сопряженного теплообмена;

Типовые задачи гидрогазодинамики

движется;
Движутся тело и среда.
1 Расчет силового воздействия текучей среды

на обтекаемое ею тело или его элементы

щиты и т. п., — для определения прочностной стойкости сооружений

к воздействию таких нагрузок;
силы, приводящие в движение тела, например, паруса кораблей, воздушные змеи, подвижные детали обратных клапанов, регуляторы давления, ветроэнергетические установки, сопла двигателей и т. п., — для определения движения тел под действием этих сил;
силы и моменты, которые необходимо преодолевать при управлении различными телами, например трубопроводной арматурой — затворами, вентилями, клапанами. В случае больших размеров этой арматуры (гидроэлектростанции, магистральные трубопроводы и т. п.) эти силы и моменты могут быть значительными.

Тело неподвижно, а среда движется

на движущиеся в ней (например, движущиеся по твердой или жидкой

поверхности, летящие в атмосфере или плывущие под водой) твердые тела (автомобили, поезда, самолеты, планеры, дирижабли, ракеты, снаряды, подводные лодки и т. п.).

Среда неподвижна, а тело движется

определить усилия (моменты), которые к этим телам надо приложить, чтобы

обеспечить заданную скорость их вращения; или нагрузки (силы), действующие на элементы этих устройств (например, на лопатки турбины), с целью последующей оценки их прочностной стойкости к действию этих нагрузок.

Движутся тело и среда

среду;
Перемешивающего воздействия твердого тела на состав текучей среды.
2 Расчеты силовых

воздействий твердого тела на текучую среду

(клапаны, вентили, колена, сужения, расширения, тройники и т. п.);
Расчет расхода

текучей среды через насосы, компрессоры, крыльчатки, шнеки, вентиляторы в результате воздействия на эту среду подвижных частей этих устройств

Силовые воздействия канала на протекающую через этот канал текучую среду

перемешаны друг с другом в сосуде до заданной однородности с

помощью вращающейся мешалки;

Расчет расстояния, на котором две поступившие в канал текучие среды перемешаются друг с другом до заданной однородности.

Перемешивающее воздействие твердого тела на состав текучей среды

отвода его от нее;
Кавитации;
Для решения задач сопряженного теплообмена;

Определение эффективности нагрева или охлаждения твердых тел текучей средой;
при наличии только свободной конвекции (приготовление пищи в котелке над костром);
в системах проточного наружного охлаждения (конвертерных печей для плавки металлов, их фурм, плазмотронов);
Определение эффективности нагрева или охлаждения текучей среды твердыми телами.

3 Расчет воздействия различных физических факторов на состав и движение текучей среды

нагрева или охлаждения текучей

среды твердыми телами;
Определение эффективности нагрева или охлаждения твердого тела при радиационном теплообмене с учетом естественной или вынужденной конвекции.

4 Решения задач сопряженного теплообмена

пространстве и времени, его надо сначала математически смоделировать.
Поскольку физические

процессы — результат действия законов физики, то наиболее адекватные физическим процессам математические модели представляют собой систему дифференциальных и/или интегральных уравнений (с привлечением, если надо, полуэмпирических и эмпирических констант и зависимостей) с граничными и начальными условиями, привязывающими данную математическую модель к поставленной конкретной физической (инженерной) задаче, т. е. определяющими данные физические процессы в этой задаче.

Математическое описание физического процесса

основе стандартизированных методик (ГОСТ, СНиП, различные РД и т.д.);
Экспериментальные

исследования на натурных объектах и моделях.

Методы определения параметров текучей среды

применимости;
Большое количество программных продуктов для проведения моделирования;
Возможности моделирования сложной геометрии

объекта;

НЕДОСТАТКИ
Высокая стоимость расчетов;
Большое время подготовки исходных данных и проведения расчетов;
Необходимость обосновывать полученные результаты в контролирующих органах при защите проекта.

подготовки исходных данных и проведения расчетов;
Широкая доступность документов, регламентирующих расчеты;
Стандартные

процедуры защиты проектов в органах надзора.

НЕДОСТАТКИ
Низкая точность расчетов;
Необходимость перекрывать неточности коэффициентами запаса;
Узкие границы применимости методик;
Большое количество ведомственных РД, регламентирующих расчеты в отдельных отраслях промышленности.

в «рабочих» условиях;
Максимальная простота трактовки результатов;

НЕДОСТАТКИ
Необходимость соблюдения большого количества условий

для получения корректных результатов;
Необходимость проведения повторных измерений для исключения погрешности измерений;
Трудность переноса результатов экспериментов на натурные объекты;
Невозможность во многих случаях провести эксперименты на натурных объектах.

сторон рассмотренных выше методов применительно к рассматриваемому процессу.
Эксперимент, несомненно, является

единственным методом исследования новых фундаментальных явлений. В этом смысле расчет следует за экспериментом. Однако расчет более эффективен для изучения проблемы, включающей несколько взаимодействующих известных явлений. Но и в этом случаев обосновать результаты расчета путем сравнения их с экспериментальными данными.
Таким образом, оптимальное исследование должно разумно сочетать расчет и эксперимент. Пропорция, в которую должны входить каждый из ингредиентов будет зависеть от существа проблемы, от целей исследования и от имеющихся экономических и других ограничений.

Выбор метода исследования