Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / КУРСОВАЯ РАБОТА, ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЯ

Основные понятия движения жидкости

gemsconslebria1971 372 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 31 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 28.11.2018
В настоящее время существуют десятки программ, построенных на различных математических методах и позволяющих проводить анализ физических процессов в той или иной постановке. Однако программ, которые обеспечивают проведение междисциплинарных расчетов — одновременного расчета и анализа уравнений из разных областей физики (гидродинамика, прочность, электромагнетизм) — далеко не так много. ANSYS сейчас является уникальной системой, объединяющей в одном интерфейсе большинство разделов физики. Кроме того, современная платформа ANSYS Workbench сопрягается с большинством CAD-пакетов и позволяет моделировать физические процессы с использованием построенных в конструкторских программах трехмерных моделей, снимая необходимость передачи модели из одной программы в другую. Данная курсовая работа посвящена обоснованию математических моделей движения жидкостей в трубопроводах и проведению вычислительных экспериментов в ПК Ansys.
Введение

В последние годы развитие вычислительной техники и методов численного решения задач тепло- и гидрогазодинамики привело к тому, что во многих объектах науки и техники численное исследование физических явлений и процессов переноса энергии, импульса и массы становится определяющим. Методы изучения соответствующих математических задач с использованием ЭВМ занимают промежуточное положение между экспериментальными и теоретическими методами. С одной стороны, проведение каждого расчета на ЭВМ похоже на проведение физического эксперимента: исследователь включает в рассмотрение определяющие уравнения и следит за тем, что происходит с процессом. С другой стороны, получение численного решения не связано с физическим измерением параметров изучаемого явления, и правдоподобность результатов прямо связана с достоверностью математических моделей, которые применяются для описания изучаемых явлений. Таким образом, численное исследование физических явлений, как правило, требует глубокого теоретического понимания их сущности, представленной математически, и не позволяет изучать общие закономерности этих явлений без проведения расчетов для набора значений определяющих параметров.
Содержание

Введение 3 1 Основные понятия движения жидкости 4 1.1 Особенности механики жидкости 8 1.2 Общая постановка задач движения жидкостей 9 2 Математическое моделирование 10 2.1 Численный эксперимент 11 2.2 Математическое моделирование и программное обеспечение 14 3 Задача о ламинарном течении жидкости в трубе 17 3.1 Постановка задачи 17 3.2 Создание модели в ПК Ansys 18 Заключение 31 Список использованных источников 32
Список литературы

1. Белозерцев В.Н. Основы механики жидкости : учеб. пособие / В.Н. Белозерцев и др. - Самара : Изд-во Самар, гос. аэрокосм, ун-та, 2006. - 324 с : ил. 2. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учеб. Для вузов. М.: Дрофа, 2003. 840 с. 3. Ковальнов Н.Н. Основы механики жидкости и газа / УлГТУ. - Ульяновск, 2002. 4. Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механи¬ке сплошных сред. - М.: Наука, 1984. 5. Численное моделирование турбулентных течений / В.М. Иевлев - М.: Наука, 1990. 6. Гольдштик М.А. Приближенное решение задачи о ламинарном закрученном потоке в круглой трубе// Инженерно - физический журнал. 1959. T. 2. №3. C. 100-105. 7. FLUENT-Laminar Pipe Flow. URL: https://confluence. cornell.edu/ display/SIMULATION/ FLUENT+Laminar+Pipe+Flow 8. ANSYS FLUENT Tutorial Guide. ANSYS Inc.: Southpointe, 2011. 1146 p.
Отрывок из работы

1 Основные понятия движения жидкости Исследование движения жидкости в трубах является классической задачей механики. Механика жидкости и газа - наука, изучающая законы рав¬новесия и движения жидких и газообразных тел, а также примене¬ние этих законов для решения технических задач. Жидкостью называется, вещество, которое обладает свойст¬вом текучести. Текучесть - свойство жидкости непрерывно и сколь угодно сильно деформироваться под действием минимально¬ го срезывающего напряжения. Идеальная (совершенная) жидкость - условная жидкость, которая считается абсолютно несжимаемой, невязкой и не имею¬ щей молекулярного строения (т.е. силы внутреннего трения в ней отсутствуют, и она воспринимает только усилия сжатия). Допуще¬ние идеальности жидкости дает точные результаты при решении задач для реальной жидкости, находящейся в покое, т.е. в гидро¬ статике (когда силы внутреннего трения отсутствуют). Идеальный (совершенный) газ отличается от идеальной жид¬кости тем, что он сжимаемый, но невязкий; подчиняется уравне¬нию состояния идеального газа (уравнение Менделее¬ва-Клапейрона) р =?RT . Капельные жидкости принимают сферическую форму в ма¬лых объемах и образуют свободную поверхность в больших объе¬мах. Свободная поверхность - это поверхность, которая отделяет жидкость от атмосферы и является поверхностью с постоянной ве¬личиной давления. Газы характеризуются большей сжимаемостью и неограниченно расширяются при отсутствии давления. Континуум - модель жидкости, которая считается сплошной однородной средой, не имеющей молекулярного строения. Конти¬нуумом является не только идеальная жидкость, но и вязкая жид¬кость. Эта гипотеза применима для жидкостей и сравнительно плотных газов, у которых в единице объема находится так много молекул, что большинство из них имеют параметры (например, скорость), примерно одинаковые и равные средневероятным значе¬ниям. Для описания движения жидкости используется математическая модель. В гидравлике наибольшее распространение получила модель Эйлера, суть которой можно объяснить следующим образом. Предположим, что точка М движется по некоторой траектории в системе неподвижных координат. Мгновенное значение составляющих скорости вдоль осей координат будет зависеть от положения точки, т.е. от величины координат x, y, z и времени t. Для составляющих скоростей течения жидкости в рассматриваемой точке ux, uy, uz (см. рис.1.1), можно записать функциональные зависимости: Рисунок 1.1 – Скорость в точке (1.1) Зная для конкретного случая течения значения этих функций, можно для любого момента времени получить распределение скоростей течения жидкости. Расход – количество жидкости, проходящей в единицу времени через данное сечение трубопровода. Различают объемный и массовый расходы. Объемный расход – объем жидкости, проходящий в единицу времени через данное сечение трубопровода: (1.2) где V– объем жидкости. Массовый расход – масса жидкости, проходящая в единицу времени через данное сечение: (1.3) Соответственно, Qm=?Q, где ? – плотность жидкости. Траектория – кривая, вдоль которой происходит перемещение частицы жидкости. Линия тока – кривая, в каждой точке которой вектор скорости движения частицы направлен по касательной к ней (см. рис.1.2). Рисунок 1.2 – Линия тока Трубка тока – поверхность, очерченная вдоль небольшого контура внутри которой вдоль линии тока перемещаются частицы жидкости. Стенки трубки тока непроницаемы. Площадь поперечного сечения трубки тока мала, поэтому скорости движения в каждой точке равны (см. рис. 1.3). Рисунок 1.3 – Трубка тока Элементарная струйка - поток жидкости, протекающий в трубке тока. Элементарную струйку можно представить также как совокупность линий тока, проходящих через бесконечно малое сечение ds, а разность скоростей соседних линий тока бесконечно мала. Расход элементарной струйки dq=uds. Поток жидкости можно представить как совокупность трубок тока, в которых движутся элементарные струйки. (1.4) Средняя скорость потока – скорость, одинаковая в каждой точке потока в данном сечении, соответствует реальному расходу (1.5) где ui – скорость в точке в данном сечении; i – количество точек. Для потока жидкости, состоящего из нескольких трубок тока можно записать или (1.6) где S – площадь сечения потока жидкости. Все случаи течения жидкости можно разделить на виды, представленные на рисунке 1.3. Рисунок 1.3 – Виды движения жидкости Установившееся движение жидкости – движение жидкости, при котором все параметры жидкости (давление, температура, скорость и др.) не изменяются по времени. (1.7) Для неустановившегося движения: (1.8) Равномерное движение – установившееся движение, при котором скорость по всей длине потока не изменяется: (1.9) Напорное движение устанавливается в закрытых гидравлических системах, в которых жидкость течет в, основном, под действием силы давления, безнапорное движение наблюдается в открытых системах, в которых движение жидкости происходит под действием силы тяжести. 1.1 Особенности механики жидкости Механика жидкости и газа - наука, изучающая законы дви¬жения жидкостей и газов при их взаимодействии между собой или с твердыми телами, при скоростях, когда справедливы законы классической механики Ньютона. В состав МЖГ входят следующие разделы: • гидростатика - изучается равновесие жидкостей и тел, в них погруженных; • кинематика - изучается движение жидкостей без учета взаимодействий, определяющих это движение; • динамика - изучается движение жидкостей при их взаи¬модействии с твердыми телами и с жидкостями. В свою очередь динамика делится на два раздела: • гидродинамика - изучаются законы движения несжи¬маемой жидкости (р=const); • газовая динамика - изучаются законы движения газа при существенном изменении его плотности, которое может иметь ме¬сто при подводе (отводе) к газу теплоты или совершения над ним механической работы. Особенность механики жидкости и газа (МЖГ) обусловлена легкой деформируемостью сред, являющихся объектом изучения. Отсюда следует специфическая форма записи общих законов со¬хранения массы, импульса, энергии и соответствующие методы их решения. Эти методы требуют целесообразного выбора конфигу¬рации контрольного объема рабочего тела, формирования началь¬ных и граничных условий (часто с привлечением эксперименталь¬ных данных) и корректной постановки математической задачи. Многие численные методы решения нелинейных уравнений в частных производных разработаны и разрабатываются применитель¬но к задачам МЖГ. Для получения практически приемлемых ре¬зультатов необходимо зачастую также привлечение опытных дан¬ных и допустимое упрощение исходных уравнений. Важнейшей частью МЖГ является эксперимент, который слу¬жит как для первичного изучения элемента, так и для создания аде¬кватных расчетных схем, причем одним из важнейших объектов эксперимента являются поля скоростей и давлений. Развитие механики жидкости связано с использованием численных методов для определения влияния диссипативных процессов и нелинейных эффек¬тов, являющихся наиболее существенными чертами предмета, а также с включением задач течения жидкости с физическими и хи¬мическими эффектами, которые могут послужить основой созда¬ния новых высоких технологий. 1.2 Общая постановка задач движения жидкостей Обычно задаются: 1. Область течения жидкости и ее свойства. 2. Твёрдые тела, обтекаемые жидкостью или канал, по кото¬рому она движется. 3. Энергетическое воздействие на поток. 4. Значение параметров жидкости на границе области в на¬чальный момент времени. Требуется определить, поля параметров жидкости или газа, текущих в пространстве и во времени. Параметрами являются поля скоростей, плотности, давления, температуры. В результате реше¬ния поставленной задачи определяется силовое и тепловое взаи¬модействие между потоком жидкости и твёрдыми телами. В механике жидкости и газа различают следующие группы за¬дач: • внутренние - связаны с течением рабочего тела в различ¬ных каналах, например в соплах реактивных двигателей; • внешние - рассматривается обтекание твердых тел, напри¬мер, крыла летательного аппарата; • струйные - изучается течение струй жидкостей или газов, вытекающих из отверстий и насадков в пространство, не ограни¬ченное твёрдыми стенками, например, взаимодействие струи вы¬хлопных газов реактивного двигателя с воздухом. Практические задачи бывает трудно разделить и в этом случае решается смешанный тип. Каждая из рассмотренных задач может быть как прямой, так и обратной. Если заданы невозмущенный поток, форма, положение, размеры обтекаемого тела и требуется определить поля парамет¬ров, то в этом случае задача - прямая. В противном случае задача обратная. В механике жидкости и газа анализ всех течений и решения всех задач базируется на четырёх основных законах физики и шес¬ти основных уравнениях МЖГ, выражающих эти законы в матема¬тической форме. Таблица – Основные законы физики и основные уравнения МЖГ Основные законы физики Основные уравнения МЖГ 1. Закон сохранения массы 2. Закон сохранения импульса (Второй закон Ньютона о дви¬жении) 3. Закон сохранения и превра¬щения энергии 4. Второй закон термодинамики 1. Уравнение неразрывности (сплошности) потока 2. Уравнения количества движе¬ния 3. Уравнение момента количест¬ва движения 4. Уравнение энергии в механи-ческой форме (уравнение Бер¬нулли) 5. Уравнение энергии в тепловой форме (уравнение энтальпии) 6. Уравнение изменения энтро¬пии газа Дополнительно используется уравнение состояния идеального газа р=?RT. 2 Математическое моделирование Механика жидкости и газа основана на справедливости утвер¬ждений классической механики Ньютона, термодинамики и гипо¬тезы сплошности. Первое утверждение предполагает, что изучаются движения со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света, и рас¬сматриваются макроскопические объекты, размеры которых суще¬ственно превосходят размеры микромира. Второе утверждение предполагает, что в окрестности каждой точки жидкость находится в состоянии термодинамического рав¬новесия или близком к нему, вследствие чего можно пользоваться термодинамическими законами.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg