- •Учебное пособие основы гидродинамики и теплообмена и их применения в практике содержание
- •Глава 1. Проблемы прогноза процессов переноса при реальных условиях движения сложных сред в трубах ………………………………………………………………………….…………….7
- •Глава 2. Экспериментальные методы исследований. Элементарные понятия, определения теории вероятности и математической статистики в исследовании сплошных сред ….17
- •Глава 3. Понятие о методах изучения сплошных сред и их теплофизичеких свойствах ….. 26
- •Глава 4. Измерения динамических параметров в рабочем теле. Методы и приборы ………32
- •Глава 5. Понятие о реальной и идеальной средах ……………………………………………..51
- •Глава 16. Современные методики расчета детальной гидродинамической картины турбулентного течения смеси в трубопроводах………………………………………………..120
- •Предисловие
- •Глава 1. Проблемы прогноза процессов переноса при реальных условиях движения сложных сред в трубах
- •Введение
- •Связь с дисциплинами физико-математического профиля
- •1.2. Основные этапы развития гидродинамических исследований
- •2. Представления о сопротивлении, как потерях механической энергии при движении жидкости в трубопроводах
- •3. Неустановившиеся течения жидкости
- •4. Проблемы установившихся и неустановившихся течений в трубопроводах
- •5. Учет многокомпонентности состава смеси и фазовых переходов
- •6. Взвесенесущие и газожидкостные потоки
- •Положения теории х.А. Рахматуллина в описании многофазных потоков
- •7. Экспериментальные методы исследований взвесей
- •7.1. Газожидкостные потоки
- •8. Течения неоднородных по плотности потоков в стратифицированных средах
- •9. Моделирование как метод познания
- •10. Актуальность проблемы комплексного физико-математического и численного моделирования теплогидрогазодинамических процессов в технологии транспорта нефти и газа
- •11. Современные достижения в моделировании турбулентных течений с тепломассообменом
- •Глава 2. Экспериментальные методы исследований. Элементарные понятия, определения теории вероятности и математической статистики в исследовании сплошных сред
- •Замечания по математической обработке результатов измерений
- •Основные понятия
- •Понятие о выборке
- •1.3. Математическая обработка результатов опыта
- •1.4. Косвенные измерения
- •2. Современные методы диагностики развивающихся потоков. Лдис оборудование
- •Глава 3. Понятие о методах изучения сплошных сред и их теплофизичеких свойствах
- •1. Феноменологический и статистический методы описания среды
- •2. Проблемы моделирование гидродинамических процессов с средах со сложной структурой и химическими реакциями
- •3. Коэффициенты переноса в рамках статистической теории вязких многокомпонентных инертных и химически реагирующих сред
- •3.1. Некоторые сведения формальной кинетики химических реакций
- •3.2. Переносные свойства реагирующих многокомпонентных систем
- •3.2.2. Коэффициент бинарной диффузии.
- •4. Замечания к формулировке физических свойств континуума в рамках феноменологического метода
- •Глава 4. Измерения динамических параметров в рабочем теле. Методы и приборы
- •1. Измерение давлений
- •2. Измерение скоростей
- •3. Детальные средства изучения среды: лазерный доплеровский измеритель скоростей
- •Глава 5. Понятие о реальной и идеальной средах
- •1. Основные подходы к изучению движения сплошных сред
- •2. Индивидуальная производная
- •3. Напряженное состояние деформируемой среды
- •4. Тензор напряжений
- •4.1. Идеальная жидкость, ее тензор напряжений
- •Вязкая жидкость
- •5.1. Нетеплопроводная среда.
- •Глава 6. Понятие о силах, распределенных по объему и поверхности физической системы
- •1. Массовые и поверхностные силы
- •2. Граничные условия в формулировке гидродинамических проблем
- •3. Общая постановка задач о течении идеальной нетеплопроводной жидкости.
- •4. Потенциальные вихревые движения идеальной среды. Основные теоремы
- •Глава 7. Статика жидкостей и их свойства. Основные законы равновесия
- •1. Уравнения равновесия жидкости и газа
- •2. Равновесие жидкости в поле силы тяжести
- •3. Относительный покой жидкости
- •4. Статическое давление жидкости на твердые поверхности. Закон Архимеда
- •Глава 8. Динамика вязкой жидкости и газа. Уравнения законов сохранения массы, импульса и энергии
- •1. Математическая формулировка процессов переноса в сплошной среде
- •1.1. Понятие о газообразных средах.
- •2. Уравнения законов сохранения массы и импульса в однофазной области
- •Глава 9. Моделирование турбулентности
- •1. Физическая постановка задачи
- •2. Математическая формулировка проблемы
- •3. Модель турбулентности к замыканию уравнений, определяющих течение и теплоперенос во внутренних системах
- •Глава 10. Современные методики математического моделирования и расчета турбулентных течений
- •1. Актуальность проблемы комплексного физико-математического и численного моделирования теплогидрогазодинамических процессов
- •2. Схема численного интегрирования уравнений приближения “узкого канала”.
- •3. Замечания о сходимости итерационного процесса
- •4. Характеристика отдельных процессов. Результаты и их обсуждение
- •Глава. 11. Введение в теорию подобия потоков однофазных и многофазных сред
- •1. Некоторые замечания по введению аппарата теории подобия
- •2. Основные теоремы
- •Глава 12. Уравнение Бернулли в механике жидкости. Основные теоремы
- •1. Вводные замечания, определения и теоремы
- •1.1. Интеграл Бернулли и усложненная термодинамика.
- •1.2. Интеграл Лагранжа.
- •2. Основные теоремы динамики жидкости
- •Глава 13. Основные положения задачи об истечении капельных сред из замкнутых систем
- •1. Понятия и определения
- •2. Истечение из насадок
- •Глава 14. Гидравлический удар в трубопроводах
- •1. Актуальность и физическое содержание вопроса
- •2. Условия на разрывах (скачках) гидродинамических величин
- •Глава 15. Насосы. Принципиальные схемы и характеристики
- •1. Основные сведения и некоторые замечания
- •1.1. Динамические насосы.
- •1.2. Объемные насосы.
- •2.Основные параметры насосов
- •3. Принцип работы центробежных насосов
- •4. Основные и подпорные центробежные насосы для магистральных трубопроводов
- •5. Характеристики магистральных насосов
- •6. Совместная работа турбомашин
- •7. Регулирование турбомашин
- •8. Конструктивное исполнение динамических насосов
- •8.1. Общая схема насосной установки
- •8.2. Основные элементы конструкций динамических насосов
- •9. Шестеренные насосы
- •10. Явление кавитации
- •Глава 16. Современные методики расчета детальной гидродинамической картины турбулентного течения в трубопроводах
- •1. Критический анализ моделей
- •2. Математическая модель течения
- •3. Граничные условия и численный метод решения
- •4. Обсуждение результатов
- •5. Основные выводы
- •Заключение
- •Литература
- •Основы гидродинамики и теплообмена и их применения в практике
Глава 3. Понятие о методах изучения сплошных сред и их теплофизичеких свойствах
1. Феноменологический и статистический методы описания среды
Все явления природы на основе представлений современной физики могут быть описаны двумя методами: феноменологическим и статистическим.
Определение. Метод описания процесса, игнорирующий микроскопическую структуру вещества и рассматривающий его как сплошную среду (континуум) называется феноменологическим (ФМ).
Определимся в терминологии.
Определение. Среда, которую допустимо рассматривать как непрерывную (континуум), пренебрегая дискретным ее строением называется сплошной средой (СС).
Различают СС: однородная, неоднородная, изотропная, анизотропная, однофазная, многофазная.
Определение. Однородная СС – это СС, в разных точках которой ее физические свойства одинаковы при одинаковых температуре и давлении. Неоднородная СС – это СС, в разных точках которой ее физические свойства различны при одинаковых температуре и давлении. Изотропная СС - это СС, физические свойства которой не зависят от направления. Анизотропная СС - СС, физические свойства которой различны по разным направления. Однофазная СС – СС одно- или многокомпонентная среда, физические свойства которой в пространстве могут изменяться только непрерывно. Многофазная СС - СС одно- или многокомпонентная, состоящая из ряда однофазных частей, на границах которой ее физические свойства меняются скачком.
Т.к. в дальнейшем будем иметь дело с газообразными и жидкими средами, то приведем определения.
Определение. Жидкостью будем называть СС, обладающую свойством текучести, т.е. допускающую неограниченное изменение формы под действием сколь угодно малых сил.
Замечание. ФМ дает возможность установить некоторые общие соотношения между параметрами, характеризующими рассматриваемое явление в целом. Здесь законы носят общий характер, причем роль физической среды учитывается через коэффициенты (теплофизические свойства), полученные из опыта. С этой точки зрения законы Фурье, Ньютона, Фика и.д. – ФМ законы.
Определение. Статистический метод (СМ) – метод изучения физических явлений на основе исследования внутренней структуры вещества и обобщения их в макросвязи. Задача СМ – получение макроскопических характеристик по микроскопическим свойствам среды.
Замечание (достоинства и недостатки ФМ и СМ).
Достоинство ФМ – в установлении общих связей между параметрами процесса с использованием эмпирической информации о процессе. Причем точность метода предопределена точностью данных из опыта. Недостаток ФМ – в наличии эмпирической информации.
Достоинство СМ – в получении искомых соотношений (законов) по заданным свойствам микроскопической структуры среды без дополнительного эксперимента. Здесь среда рассматривается как некоторая система, состоящая из огромного числа молекул, ионов, атомов с заданными свойствами. Недостаток СМ – сложность обобщения этих зависимостей и проблемы реализации метода, т.к. необходимо знать ряд параметров, которые могут быть определены в специальных разделах физики, химии, биологии и других областях знаний.