Лекция по Газодинамике

Тема: Основные понятия

Механика жидкостей и газов

При горении топлива в металлургических печах образуется большое количество горячих печных газов, часто они по весу превышают количество перерабатывемого материала. Движение газов в рабочем пространстве печей и в газоходах влияет на весь технологический процесс, теплопередачу, сжигание топлива. Движение газов определяет размеры, форму печей, газоходов, дымовых труб, дымососных установок.

Поэтому для проектирования и эксплуатации печей необходимо знать основные закономерности газовой механики (гидрогазодинамики).

Газовая механика основывается и широко применяет понятия и уравнения механики жидкости, т.е. гидравлики.

Для математического описания движения газов используется ряд упрощений, позволяющих рассматривать газ как капельную жидкость с небольшой вязкостью.

Газы и жидкости рассматривают как сплошную среду, т.е. среду размеры которой значительно больше межмолекулярных расстояний.

(Это позволяет при рассмотрении элементарного объема среды считать его свойства такими же, как и в макроскопическом).

Большинство капельных жидкостей при изменении давления и температуры изменяют свой объем незначительно, что позволяет считать жидкости практически несжимаемыми.

Газы, наоборот, весьма существенно реагируют на изменение давления и температуры.

Для упрощения описания процессов и возможности решения диф. уравнений, описывающих движение газов, введено понятие «идеальный газ».

Идеальный газ – отсутствие силы взаимного притяжения и отталкивания между молекулами, а объемы самих молекул малы по сравнению с объемом газа. В идеальном газе отсутствует вязкость, т.е. сила внутреннего трения, препятствующая относительному перемещению слоев жидкости или газа.

Реальные газы отличаются от идеальных тем, что молекулы этих газов имеют конечные собственные объемы и связаны между собой силами взаимодействия, имеющими электромагнитную и квантовую природу.

(Реальные газы обладают вязкостью, которая вызвана взаимодействием между частицами жидкости или газа).

Газы изменяют свой объем в зависимости от давления по

закону Бойля - Мариотта:

p₁ v₁ = p₂ v₂

PV=const, при Т= const

в зависимости от температуры по закону Гей - Люссака:

Vt=Vo(1+βt), р = const.

где Vo- объем при нормальных физических условиях; β- коэф. Термического расширения

Реальные жидкости и газы обладают вязкостью, которая характеризует сопротивление сдвигу одного слоя относительно другого прилежащего, при движении реальных жидкостей необходимо преодолеть силу вязкости и совершить необходимую работу затрачивая на это энергию.

Для большинства жидкостей с увеличением температуры вязкость уменьшается, для газов с увеличением температуры вязкость увеличивается.

Для характеристики вязкости используется:

- коэффициент динамической вязкости μ, выражающий силу трения приходящую на единицу поверхности скользящих друг по другу слоев, при изменении скорости движения в направлении нормали = 1 [Па·с], [Н·с/м² ].

- коэффициент кинематической вязкости:

ν = μ/ρ [м² /с] .

При движении реальной среды свойства вязкости проявляются в возникновении сил трения, в результате действия которых поток затормаживается стенкой. (Рис. 1 на слайде)

Реальная среда Идеальная среда

Плотность - масса единицы объема.

Для жидкости:

ρ= m /V[кг/ м³ ]

Для газа:

ρ = μ / Vм = μ / 22, 4

Для смеси:

ρ_см = ∑Viρi

Зависимость ρ от температуры:

ρ = ρ_o / (1+ βt) = ρ_o T_o /T, при T_o = 273 [К].

Уравнение состояния газа.

Наиболее общим уравнением для идеального газа, связывающим его основные параметры v, ρ и t является уравнение Менделеева - Клайперона:

PV = MRT

где М – масса газа [кг]; R- универсальная газовая постоянная (&), [Дж/(кг·К)]; Т – температура [К]; V – объем газа [м³ ]; Р – абсолютное давление газа [Н/м² ].

Удельный объем - вес ед. объема:

γ=ρg

Скорость газа - это объем проходящий за единицу времени через единичную поверхность расположенную перпендикулярно к вектору скорости

Расход газа – это количество газа или жидкости, проходящее через некоторую площадь сечения в единицу времени.

Расход может быть массовый и объемный.

m = dM/dτ [кг/с] и v = dV/ dτ [м³ /с]

Между расходом, скоростью и сечением потока существует связь:

v= w·f

m = w·f ·ρ

где f – площадь поперечного сечения потока, м² .

m = v·ρ

Поскольку при нагревании (т.е. с увеличением t) v увеличивается, то при f=const, w тоже увеличивается.

w_t = w_o (1+ βt)= w_o T/ Т_о

Единица силы Ньютон – это сила сообщающая массе 1 кг., ускорение 1 м² /с.

Давление – средний результат ударов молекул газа о стенки сосуда в котором он находится.

1 Па = 10,2·10⁶ атм. = 1,102 мм вод.ст. = 7,5·10 ^-3

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать