Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Дифференциальные уравнения пограничного слоя.





При обтекании твердой поверхности жидкостью (или газом) с большими числами Re влияние вязкости проявляется в пределах тонкого пограничного слоя δ (рис. 7.1.) Вне этого слоя во многих задачах среда может полагаться невязкой и ее течение описывается системой уравнений Эйлера. Л. Прандтль установил, что в пределах тонкого пограничного слоя уравнения вязкой среды могут быть существенно упрощены в предположении о сопоставимости сил вязкости и инерции. Если между поверхностью обтекаемого тела и жидкостью происходит тепло и массообмен то вблизи твердой стенки возникают тепловой и диффузионный пограничные слои толщиной δт и δс. Скорость, температура и концентрация примеси принимают у стенки значения Uст, Тст и Сст и асимптотически приближаются к значениям U , Т , С во внешнем потоке Физические условия «прилипания» жидкости на поверхности соответствует равенству нулю скорости потока Uст = 0. За толщины пограничных слоев δ, δт, δс обычно принимаются расстояния от стенки по нормали, на которых скорости, температуры и концентрации примеси отличаются на 1% от соответствующих значений во внешнем потоке.

Рис. 7.1. Схема динамического, теплового и концентрационного пограничных слоев на криволинейной поверхности

4.10.1. Система уравнений вязкой жидкости рассматривается при следующих допущениях: течение двумерное, среда однофазная, внешние объемные силы отсутствуют. При этих допущениях система уравнений Навье-Стокса имеет вид:

- уравнение неразрывности

(7.1)

1 1∙1

- уравнение движения в проекции на ось х

(7.2)

1 1 δ δ2 δ2

- уравнение движения в проекции на ось у

(7.3)

1 1 δ δ2 δ2

- уравнение баланса энергии

(7.4)

1 1 δ 1 1∙1 δ δ2 δ2 δ2

где Ф – диссипативная функция

,

где под каждым слагаемым записаны порядки величин, которые необходимо оценить.

Будем считать, что толщины δ и δт имеют порядок δ значительно меньший по сравнению с расстоянием х. Порядок х, а, Uх, Т, ρ, р – примем за 1. Тогда δ << х. Оценим порядки слагаемых в уравнениях (7.1) – (7.4) и разместим эти порядки под соответствующими величинами. В уравнении неразрывности слагаемое ~ то есть имеет порядок 1 и, следовательно, ~1 и т.к. у ~ δ, то Uу ~ δ. Производные ~ 1 и ~ 1, т.е. имеют порядок 1, а производные имеют порядки и соответственно. Полагая, что силы вязкости и инерции имеют в пределах пограничного слоя одинаковый порядок получим из (7.2) 1 ~ и μ ~ . Тогда число ~ . Это означает, что условием образования тонкого динамического пограничного слоя при обтекании поверхности является ~ , то есть большая по сравнению с 1 величина чисел . В уравнении энергии (7.4) полагаем, что тепловые потоки из-за теплопроводности имеют такой же порядок что и конвективный тепловой поток. Тогда слагаемое имеет порядок 1 и, следовательно, λ имеет порядок δ2.

Таким образом, оставляя в уравнениях слагаемые, имеющие большие порядки, а именно в (7.2) порядка 1, в (7.3) порядка и в (7.4) порядка 1 и пренебрегая слагаемыми меньшего порядка систему сопряженных дифференциальных уравнений сжимаемых динамического и теплового пограничных слоев:

- уравнение неразрывности

(7.5)

- уравнение движения в проекции на ось х

(7.6)

- уравнение движения в проекции на ось у

(7.7)

- уравнение баланса энергии

(7.8)

Замыкающим уравнением является уравнение состояния

ρ = ρ (р,Т) (7.9)

Система уравнений (7.5) – (7.9) содержащее 5 неизвестных ρ (х, у), Ux (х, у), Uy (х, у), р (х, у), Т (х, у) является замкнутой при известных μ(т), λ(т), Ср(т) и относится к системам уравнений параболического типа.

Граничные условия в задачах расчета пограничных слоев задаются в следующем виде:

- в сечении при входе на рассматриваемый участок пограничного слоя задаются профили продольной скорости и температуры

при х = 0, Ux = Ux0(y), Т =Т0(у), а также профиль поперечной скорости у = Uу0(y), удовлетворяющий уравнению неразрывности.

- на твердой стенке

при у = 0, Ux = Uxст(х), Uу = Uуст(х), Т =Тст(х), в частном случае условий «прилипания» жидкости на стенке Uxст = Uуст = 0

- на внешней границе пограничного слоя

у→ ∞ (у >δ, у >δт), р = р(х), Т = Т(х)

Скорость потока на внешней границе пограничного слоя находится из уравнения Бернулли для газа

, (7.10)

где К – показатель адиабаты газа. Система уравнений (7.5) – (7.9) с выписанными граничными условиями решается численно стандартным методом конечных разностей, методом контрольных объемов и другими.

Для несжимаемой жидкости плотность ρ = ρ0 = соnst и система уравнений пограничного слоя (7.4) – (7.8) упрощается:

(7.11)

- уравнение движения в проекции на ось х

(7.12)

- уравнение движения в проекции на ось у

; (7.13)

- уравнение энергии

(7.14)

Для калорически совершенного (идеального) газа уравнение состояния

(7.15)

и удельная энтальпия i равна

i = CpT

Полагая удельную массовую изобарную теплоемкость Ср постоянной, умножая (7.6) и складывая почленно результат с (7.8) получим уравнение энергии в форме Широкова

(7.16)

где - число Прандтля - температура адиабатического λ по скорости Ux.

 







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 1445. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!




Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...


Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...


ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...


Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Классификация ИС по признаку структурированности задач Так как основное назначение ИС – автоматизировать информационные процессы для решения определенных задач, то одна из основных классификаций – это классификация ИС по степени структурированности задач...

Внешняя политика России 1894- 1917 гг. Внешнюю политику Николая II и первый период его царствования определяли, по меньшей мере три важных фактора...

Оценка качества Анализ документации. Имеющийся рецепт, паспорт письменного контроля и номер лекарственной формы соответствуют друг другу. Ингредиенты совместимы, расчеты сделаны верно, паспорт письменного контроля выписан верно. Правильность упаковки и оформления....

Факторы, влияющие на степень электролитической диссоциации Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, концентрации раствора, температуры, присутствия одноименного иона и других факторов...

Йодометрия. Характеристика метода Метод йодометрии основан на ОВ-реакциях, связанных с превращением I2 в ионы I- и обратно...

Броматометрия и бромометрия Броматометрический метод основан на окислении вос­становителей броматом калия в кислой среде...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2025 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия