Контрольная работа на тему 1. Основы гидродинамики2. Движение жидкости из отверстий и насадок3. Движение жидкости в напорных трубопроводов

Содержание:

864959

Введение:

Актуальность. Большой круг рассматриваемых задач
химической технологии, да и вообще, инженерной практики, тем или иным образом
связаны с процессами гидродинамики. При всей своей распространенности вопросы
гидродинамики имеют сложный характер, как в теоретическом, так и в реализационном
аспекте.

Гидродинамические
характеристики потоков в технологическом объекте можно определить
экспериментально и теоретически. Не смотря на то, что данные экспериментальных
исследований надежны и точны, проведение самих испытаний является
дорогостоящей, трудоемкой и длительной операцией. Альтернативой является
применение вычислительной гидродинамики (ВГД). Вычислительная гидродинамика это
подраздел механики сплошных сред, включающий совокупность физических,
математических и численных методов, предназначенных для вычисления
характеристик потоковых процессов.

Преимуществами
вычислительной гидродинамики перед экспериментальными исследованиями является
полнота полученных данных, низкая стоимость, высокая скорость и др. Конечно,
применение вычислительной гидродинамики не отменяет постановку самого
эксперимента, однако ее применение позволяет значительно ускорить и удешевить
достижение поставленной цели.

Цель – исследовать основы гидродинамики.

Задачи:

1. Рассмотреть основы
гидродинамики.

2.
Проанализировать движение жидкости из отверстий и насадок.

3. Изучить движение жидкости в напорных трубопроводов.

Заключение:

Гидродинамика или
CFD (Computational Fluid Dynamics) — это комплекс различных инженерных приемов
и методик, которые включают в себя как теоретические основы, так и
экспериментальные данные для моделирования различных течений жидкостей и газов,
процессов горения, тепломассообмена и других физических процессов, связанных с
физикой жидкости и газа. ANSYS предлагает специалистам два программных продукта
для моделирования подобных процессов — это ANSYS CFX и ANSYS Fluent, которые
могут быть лицензированы как по отдельности, так и совместно, с учетом типа и
сложности решаемых задач.

Суть методов
вычислительной динамики текучих сред такова: специальное программное
обеспечение основано на математических уравнениях, позволяющих рассчитать в
определенной точке скорость движения потока, температуру, давление и другие
параметры (для ЦОД может иметь значение также влажность воздуха). Мощные
современные компьютеры позволяют провести такие вычисления для огромного
количества точек в пространстве, образующих трехмерную сетку с определенным
(относительно маленьким) размером ячейки. Количество вычислительных операций
огромно, выполняется несколько тысяч итераций для каждой точки, а самих точек
могут быть тысячи и миллионы. Еще несколько лет назад один прогон модели мог
занимать несколько дней, а теперь это делается за час. Вычислительная динамика
текучих сред позволяет моделировать массообмен, теплообмен и распределение
газовых или жидкостных потоков по объектам со сложной структурой, причем с
учетом внутренних источников тепла и разнообразных сопутствующих эффектов.

Фрагмент текста работы:

1. Основы гидродинамики Гидродинамика
математически и качественно описывает процессы взаимодействия жидкости (газа) с
поверхностями, находящимися в покое и движении.

Движение
жидкости коренным образом отличается от перемещения твердых тел. При движении
жидкость не сохраняет расстояние между ее частями (частицами). При рассмотрении
движения элемента объема жидкости, его можно представить как совокупность трех
движений: поступательного перемещения и вращения всего объема жидкости как
единого целого и движение разных частей жидкости относительно друг друга. В
общем случае при движении жидкости учитывают массовые силы и силы трения
(вязкость) жидкости. [4]

Движение жидкости
называют течением, совокупность частиц перемещающейся жидкости – это поток. Так
же потоком жидкости считают перемещающуюся массу жидкости, которая полностью
или частично ограничена поверхностями. Эти поверхности могут образовываться самой
жидкостью на фазовой границе или быть твердыми. Границы потоков – это стенки
трубы, канала, поверхность, которую жидкость обтекает, открытая поверхность
жидкости.

Графически движение
жидкости изображают при помощи линий тока. Их проводят так, что касательные к
ним совпадают по направлению с вектором скорости в соответствующих точках
пространства. Жидкость, ограниченную линиями тока называют трубкой тока. При
стационарном течении жидкости форма и расположение линий тока не изменяется.

Малая сжимаемость жидкости
дает возможность в некоторых случаях полностью пренебречь изменением ее объема.
При этом говорят о несжимаемой жидкости. Это идеализация, которую часто
используют. Несжимаемая жидкость – это предельный случай сжимаемой жидкости,
когда для получения бесконечно больших давлений, достаточно бесконечно малых
сжатий.

Жидкость, в которой при
любом ее движении не возникают силы внутреннего трения, называют идеальной.
Иначе говоря, в идеальной жидкости существуют только силы нормального давления,
которые однозначно определяются степенью сжатия и температурой жидкости. Модель
идеальной жидкости используют тогда, когда скорости изменения деформаций в
жидкости малы. [1]

Молекулы в жидкости
движутся особым способом. С одной стороны, группы молекул могут колебаться
около какого-то устойчивого положения, как и в твердом теле. При этом
появляются внутренние волны, или возмущения, каждая из которых имеет свою
частоту колебаний и скорость затухания. Все вместе они могут быть описаны при
помощи спектра возбуждений. С другой стороны, отдельные молекулы могут
«сбегать» из колеблющихся групп в другие. Благодаря таким скачкам жидкость
может течь, и чем их больше, тем легче она течет. При повышении температуры
молекулы перескакивают в другое положение гораздо быстрее, что даже может
нарушить групповое движение. При этом внутренние волны в жидкости
«размываются». Особенно сильно это влияет на длинноволновые колебания низкой
частоты: некоторые из них могут совсем пропадать. Сколько таких колебаний
пропало, можно оценить по так называемой q-щели — «зазору» в спектре
возбуждений жидкости.

В
кристалле все молекулы находятся на четко определенных позициях и могут лишь
немного отклоняться от этих положений. Совсем по-другому молекулы ведут себя в
газе, где они почти не взаимодействуют друг с другом. Такие особенности
упрощают описание свойств твердых материалов и газов: для них уже существуют
надежные теории. Тем не менее для жидкостей нет теорий, которые позволили бы
точно предсказать термодинамические свойства. Например, теплоемкость — важную
характеристику, которая указывает на