równanie ciągłości przepływu, równanie Bernoulliego.

Prezentacja na temat: "równanie ciągłości przepływu, równanie Bernoulliego."— Zapis prezentacji:

1 równanie ciągłości przepływu, równanie Bernoulliego.
Wykład 6 równanie Eulera, równanie ciągłości przepływu, równanie Bernoulliego.

2 1. Równanie Eulera W poruszającym się płynie oddziaływują następujące siły: siły masowe, siły powierzchniowe, siły bezwładności. Siły masowe i powierzchniowe działające na element płynu

3 Siły powierzchniowe działające w kierunku osi x będą równe:
analogicznie dla osi y, z

4 składowe sił masowych ponieważ płyn porusza się to składowe wektora sił bezwładności (d’Alemberta) przedstawiają się następująco

5 Suma sił czynnych masowych i bezwładności w każdym dowolnym kierunku ruchu jest równa 0, stąd
po uproszczeniu otrzymamy

6 lub po podzieleniu przez
ponieważ zmiana prędkości odbywa się w przestrzeni jak i w czasie uwzględniamy pochodną substancjalną równą

7 otrzymamy są to równania Eulera dla płynu doskonałego, które w zapisie wektorowym mają postać

8 2. Równanie ciągłości ruchu jednowymiarowego

9 Masa płynu wpływającego w czasie dt przez przekrój 1-1 wynosi
a wypływającego przez przekrój 2-2: Różnica pomiędzy obu masami, jeśli jest różna od 0, musi równać się zmianie masy płynu zawartego pomiędzy przekrojami 1 i 2 oddalonymi od siebie o ds. Zmiana ta spowodowana jest zmianą gęstości płynu. Po wymnożeniu oraz pominięciu wielkości małych wyższego rzędu otrzymamy

10 lub po uwzględnieniu zasady różniczkowania iloczyn równanie przybiera postać
Dla ruchu ustalonego (niezależnego od czasu) równanie przybiera postać Czyli dla płynu ściśliwego równanie jest spełnione jeśli natomiast dla płynu nieściśliwego równanie jest spełnione jeśli

11 Pierwsza wielkość nazywa się strumieniem masy, a równanie równaniem ciągłości dla płynu ściśliwego
Druga wielkość nazywa się strumieniem objętości, a równanie równaniem ciągłości dla płynu nieściśliwego Z równań wynika, że Jeśli w polu o przekroju A prędkość nie jest jednakowa, to wówczas w równaniach ciągłości przepływu występuje prędkość średnia vśr równa

12 3. Równanie ciągłości ruchu ogólnym (trójwymiarowym)

13 Przez ściankę OABC (wzdłuż osi x) w czasie dt przepływa masa równa
natomiast przez przeciwległą ściankę wypływa w tym samym czasie masa Różnica pomiędzy masą wpływającą do prostopadłościanu a wypływającą wynosi Podobnie postępujemy dla pozostałych dwóch par ścianek, otrzymując różnice mas wpływu i wypływu równe

14 Suma tych różnic równa się zmianie masy zawartej w objętości prostopadłościanu wskutek zmiany gęstości czyli Porównując równanie (32) z sumą równań (29-31) otrzymamy po podzieleniu przez dx dy dz dt otrzymamy Jest to równanie ciągłości w formie Eulera dla ruchu płynu ściśliwego

15 Zapis równania (35) można uprościć stosując pojęcie dywergencji
Czyli otrzymamy równanie (35) w postaci Dla płynu nieściśliwego =const stąd a zatem równanie ciągłości jest równe lub

16 4. Równanie Bernoulliego
Założenia: płyn nielepki, nieściśliwy, ruch jednowymiarowy, ustalony, prędkość jest stała w przekroju poprzecznym strugi.

17 energii kinetycznej masy , poruszającej się z prędkością , czyli
Wydzielimy odcinek strugi zawarty między przekrojami 1-1 i 2-2, określimy energię mechaniczną cieczy w czasie dt. W czasie dt ciecz z przekroju 1-1 przemieści się o do przekroju 1’-1’, a z przekrój 2-2 o do 2’-2’. Całkowita energia mechaniczna płynu przepływającego przez przekrój 1-1 w czasie dt składa się z: energii potencjalnej położenia energii potencjalnej ciśnienia, równej iloczynowi siły powierzchniowej i przesunięcia , czyli energii kinetycznej masy , poruszającej się z prędkością , czyli

18 Całkowita energia przepływająca w czasie dt przez przekrój 1-1 wynosi
(43) a przez przekrój 2-2 (44) Ponieważ ruch odbywa się bez strat energetycznych, to: (45) zatem (46)

19 Po podzieleniu równania (46) obustronnie przez otrzymamy:
(47) Równanie Bernoulliego zapisujemy w postaci: (48) z

20 Po pomnożeniu równań (47-48) obustronnie przez g otrzymamy:
(49) (50) gz

21 Interpretacja geometryczna równania Bernoulliego