Введение в аэрогазодинамику
Предмет, задачи, методы аэрогидромеханики и задачи аэрогидродинамического расчета. Классификация видов и режимов движения жидкости. Сравнение экспериментального, теоретического и вычислительного подходов. Вычислительная аэродинамика и этапы ее развития.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.03.2014 |
| Размер файла | 35,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Тема 1
ВВЕДЕНИЕ В АЭРОГАЗОДИНАМИКУ
Содержание
аэродинамика аэрогидромеханика вычислительный жидкость
1. Предмет, задачи и методы аэрогидромеханики. Задачи аэрогидродинамического расчёта
2. Классификация видов и режимов движения жидкости
3. Сравнение экспериментального, теоретического и вычислительного подходов
4. Вычислительная аэродинамика и этапы её развития
1. Предмет, задачи и методы аэрогидромеханики
Одним из основных разделов современной физики является учение об аэрогидромеханике. Аэрогидромеханика имеет дело с жидкими и газообразными средами. Жидкости ещё часто называют капельными или несжимаемыми жидкостями, а вторые - газами или сжимаемыми жидкостями.
Гидроаэромеханика исследует вопросы, связанные с покоем жидкости (гидростатика) и с её движением (гидродинамика).
Главное внимание уделяется решению двух основных связанных между собой задач: определения распределения скоростей и давлений внутри жидкости и определения силового взаимодействия между жидкостью и окружающими её твёрдыми телами.
Теория и эксперимент являются двумя основными подходами к решению задач гидроаэродинамики.
Теоретическая гидроаэродинамика базируется в основном на невязкой (или так называемой идеальной) жидкости, внутри которой отсутствует внутреннее трение.
Экспериментальная гидромеханика поставила своей целью установить закономерности течения вязкой (реальной) жидкости.
Возникновение двух ветвей гидромеханики объяснялось отсутствием достаточных представлений о механизме течения жидкости и трудностями решения уравнений движения вязкой жидкости.
В связи с влиянием вязких эффектов поток вязкой жидкости делят на две области: пограничный слой, где преобладают силы трения и используются уравнения движения вязкой жидкости, и внешний поток, к которому можно применять закономерности динамики невязкой жидкости.
На основе решения задач гидродинамики удаётся получить теоретические зависимости, раскрывающие закономерности сопротивлений, возникающий при обтекании тел (крыла и фюзеляжа самолёта, лопасти турбины, кораблей различных форм и т.д.) жидкостью.
Задачи аэродинамического расчёта
Процесс проектирования и конструирования ЛА начинается с проведения аэродинамического расчёта, в основу которого положены две взаимозависимые задачи:
1) выбор аэродинамической компоновки ЛА,
2) расчёт аэродинамических характеристик ЛА.
При выборе аэродинамической компоновки ЛА решаются задачи отбора формы, размеров и взаимного расположения элементов ЛА.
В задачу расчёта АДХ ЛА входит:
1) расчёт распределения давления на поверхности ЛА,
2) расчёт составляющих аэродинамических сил и моментов,
3) расчёт аэродинамических характеристик органов управления,
4) расчёт температуры и тепловых потоков на поверхности ЛА.
Аэродинамический расчёт обеспечивает исходные данные для проведения других работ в процессе проектирования ЛА:
1) расчёт тепловых режимов элементов конструкций,
2) расчёт траектории полёта,
3) расчёт динамических нагрузок,
4) расчёт управляемости и устойчивости.
2. Классификация видов движения жидкости
Проведём классификацию видов движения жидкости.
1. Классификация по признаку зависимости движения жидкости от времени.
1.1. Установившееся (стационарное).
1.2. Неустановившееся (нестационарное).
2. Классификация по признаку учёта сил трения, вязкости и теплопроводности.
2.1. Идеальная невязкая жидкость.
2.2. Вязкая жидкость.
3. Классификация по виду движения жидкости (поступательное или вращательного движение).
3.1. Безвихревое (потенциальное) (движение, когда вращение отсутствует).
3.2. Вихревое движение.
4. Классификация по характеру изменения плотности в потоке.
4.1. Несжимаемая (жидкость), const.
4.2. Сжимаемая (газ), const.
5. Классификация по скорости и её отношению к скорости расширяющихся возмущений (скорости звука).
5.1. Дозвуковое ( M1), где , V - скорость потока, а - скорость звука.
5.2. Трансзвуковое (М1).
Сверхзвуковое (М1).
Гиперзвуковое (М1).
6. Классификация по режиму течения.
6.1. Ламинарный режим, (ReReкр).
6.2. Турбулентный режим,(ReReкр).
7. Вид течения.
7.1. Свободное.
7.2. Вынужденное.
3. Сравнение экспериментального, теоретического и вычислительного методов
Вычислительная аэродинамика в своем развитии прошла три этапа (см. таб. 1). Каждый последующий этап базируется на более полной модели течения. На рис. 2, 3 приведена относительное быстродействие ЭВМ и относительная стоимость расчета. Структура основных методов расчета параметров течения приведены на рис. 4.
Таблица 1
|
Метод |
Преимущества |
Недостатки |
|
|
Эксперимент |
1. Получение наиболее близких к реальным результатов. |
Сложное оборудование. Проблемы моделирования. Обработка полученной информации. Корректность измеренных значений. Сложность измерений. Высокая стоимость. |
|
|
Теоретический |
1. Получение информации в виде формул. |
1.Ограниченность простейшими конфигурациями. 2. Обычно применим только к линейным задачам. |
|
|
Численный |
Нет ограничений, связанных с нелинейностью. Описание сложных физических процессов. Описание эволюции течения. |
Погрешность округления. Проблемы задания граничных условий. 3. Высокая стоимость ЭВМ. |
Рис. 1 Основные этапы математического моделирования
Структурные элементы математического моделирования вместе со связями показаны на рис. 1.
Математическая постановка задачи базируется на физической модели рассматриваемых течений, которая строится на основе имеющихся данных об объекте исследования.
Характеризующие математическую модель исходные уравнения и граничные условия с помощью конечно-разностных методов преобразуются в дискретную модель.
В результате реализации дискретной модели на одном из этапов программирования создают программу для ЭВМ. Решение тестовых задач и анализ результатов позволяет убедиться в работоспособности разработанных алгоритмов и программ.
Решение конкретных задач и анализ полученных результатов позволяет судить об эффективности и применимости разработанных алгоритмов.
Если обнаружится несоответствие расчётных и экспериментальных данных - это значит, что физическая модель, математическая модель или дискретная модель не адекватны изучаемому объекту. В этом случае проводятся дополнительные исследования. Процесс исследования продолжается до момента устранения несоответствия.
4. Три этапа развития вычислительной аэрогидродинамики
Таблица 2
|
Этап (уравнение) |
Результаты расчёта |
Год расчёта |
ЭВМ |
Время расчёта |
||
|
профиль |
реальная конструк-ция |
|||||
|
I Уравнение потенциала |
1. Распределение давления 2. Индуктивное сопротивление |
1930 |
1967 |
IBM 360 CDC 6600 |
5м |
|
|
II Уравнение Эйлера |
Трансзвук Гиперзвук |
1971 |
1976 |
IBM 370 7600 |
5ч |
|
|
III Уравнения Навье-Стокса |
1. Отрыв потока 2.Турбулентность |
1975 |
1985 |
CRAY |
50ч |
Рис. 2 Рис. 3
Методы расчёта параметров течения
Рис. 4
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общая картина движения газа в циклонной камере. Влияние основных конструктивных и режимных характеристик на аэродинамику циклонной камеры. Описание стенда. Расчет распределений скоростей и давлений в циклонной камере по методу аэродинамического расчета.
курсовая работа [576,2 K], добавлен 13.09.2010Выведение уравнения движения вязкой несжимаемой жидкости - уравнения Стокса. Рассмотрение основных режимов движения жидкости в горизонтальных трубах постоянного поперечного сечения - ламинарного и турбулентного. Определение понятия профиля скорости.
презентация [1,4 M], добавлен 14.10.2013Законы фильтрации газированной жидкости, фазовые проницаемости. Методы расчета плоскорадиальной фильтрации с использованием функции Христиановича. Определение дебитов скважин при установившейся фильтрации газированной жидкости различными методами.
контрольная работа [586,5 K], добавлен 22.09.2013Потенциальная энергия жидкости. Определение теоретической скорости и теоретического расхода (идеальная жидкость). Сравнение истечения через отверстие и внешний цилиндрический насадок. Кавитация в цилиндрическом насадке. Гидравлический удар в трубопроводе.
презентация [337,3 K], добавлен 29.01.2014Уравнение неразрывности потока жидкости. Дифференциальные уравнения движения Эйлера для идеальной жидкости. Силы, возникающие при движении реальной жидкости. Уравнение Навье - Стокса. Использование уравнения Бернулли для идеальных и реальных жидкостей.
презентация [220,4 K], добавлен 28.09.2013Реальное течение капельных жидкостей и газов на удалении от омываемых твердых поверхностей. Уравнение движения идеальной жидкости. Уравнение Бернулли для несжимаемой жидкости. Истечение жидкости через отверстия. Геометрические характеристики карбюратора.
презентация [224,8 K], добавлен 14.10.2013Математическая модель и решение задачи очистки технических жидкостей от твердых частиц в роторной круговой центрифуге. Система дифференциальных уравнений, описывающих моделирование процесса движения твердой частицы. Физические характеристики жидкости.
презентация [139,6 K], добавлен 18.10.2015Конкретизация условий, построение и анализ модели задачи. Нахождение принципиального решения технической задачи для первой подсистемы. Модель задачи для подсистемы управления передаточным отношением. Выявление и разрешение противоречий.
статья [521,8 K], добавлен 30.07.2007Задачи и критерии оптимизации режимов энергосистем. Математическое моделирование. Оптимизации режимов электрической сети. Контроль напряжений узлов и перетоков мощности в линиях электропередачи. Планирование режимов работы электрических станций.
реферат [198,5 K], добавлен 08.01.2017Основные свойства воздуха, влияющие на движение самолета, строение атмосферы Земли. Особенности движения газовых потоков в аэродинамике. Законы движения воздуха, ламинарный и турбулентный воздушный поток. Статическое давление, уравнение Бернулли.
лекция [1,2 M], добавлен 23.09.2013Теория движения жидкости. Закон сохранения вещества и постоянства. Уравнение Бернулли для потока идеальной и реальной жидкости. Применение уравнения Д. Бернулли для решения практических задач гидравлики. Измерение скорости потока и расхода жидкости.
контрольная работа [169,0 K], добавлен 01.06.2015Определение силы гидростатического давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности, в закрытом резервуаре. Специфические черты гидравлического расчета трубопроводов. Определение необходимого давления рабочей жидкости в цилиндре и ее подачу.
контрольная работа [11,4 M], добавлен 26.10.2011Понятия и устройства измерения абсолютного и избыточного давления, вакуума. Определение силы и центра давления жидкости на цилиндрические поверхности. Границы ламинарного, переходного и турбулентного режимов движения. Уравнение неразрывности для потока.
контрольная работа [472,2 K], добавлен 08.07.2011Движение частиц жидкости в виде суммы неких упорядоченными форм. Тип движения жидкости в цилиндрических ячейках, выполняющий функции организатора. Нарушение симметрии направлений в результате случайной флуктуации и устойчивость цилиндрических ячеек.
реферат [1,1 M], добавлен 26.09.2009Три случая относительного покоя жидкости в движущемся сосуде. Методы для определения давления в любой точке жидкости. Относительный покой жидкости в сосуде, движущемся вертикально с постоянным ускорением. Безнапорные, напорные и гидравлические струи.
презентация [443,4 K], добавлен 18.05.2019Методы изучения движения жидкости. Основная теорема кинематики (Гельмгольца). Уравнение движения сплошной среды в напряжениях. Понятия и определения потенциальных течений. Моделирование гидрогазодинамических явлений, ламинарное и турбулентное движение.
шпаргалка [782,6 K], добавлен 04.09.2010Алгоритм расчета цепей второго порядка. Способ вычисления корней характеристического уравнения. Анализ динамических режимов при скачкообразном изменении тока в индуктивности и напряжения на емкости. Применение закона сохранения заряда и магнитного потока.
презентация [262,0 K], добавлен 20.02.2014Проведение численных исследований конвективных течений в программном комплексе ANSYS, формирующихся вследствие локализованного нагрева в цилиндрическом слое жидкости. Сравнение основных результатов расчетов в CFX и FLUENT для различных режимов течения.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 27.03.2015Задача расчета режима как определение характерных параметров режима, необходимые исходные данные и основные этапы. Особенности метода расчета режима при заданном напряжении в конце и в начале линии электропередач, их отличия, интерпретация результатов.
презентация [470,5 K], добавлен 20.10.2013Что такое задача, классы, виды и этапы решения задач. Сущность эвристического подхода в решении задач по физике. Понятие эвристики и эвристического обучения. Характеристика эвристических методов (педагогические приемы и методы на основе эвристик).
курсовая работа [44,6 K], добавлен 17.10.2006
