Mechanika gazów
Jednowymiarowe przepływy ustalone
W książce przedstawiono podstawowe prawa i metody obliczania ustalonych
jednowymiarowych przepływów gazów w tym:
• wyprowadzenie równań praw zachowania masy, pędu i energii dla gazów;
• określenie, warunki występowania i klasyfikację rodzajów przepływów;
• analizę właściwości fizycznych adiabatycznych i izotermicznych strumieni gazu
w warunkach przepływów pod- i naddźwiękowych, z uwzględnieniem tarcia i wymiany
ciepła:
• opis warunków dopuszczalności pomijania ściśliwości strumienia gazu;
• dwie graficzno-analityczne metody adiabatycznych i izotermicznych przepływów
gazów w rurociągach.
Publikacja ma charakter podręcznika akademickiego do przedmiotu mechanika płynów, w
części dotyczącej mechaniki gazów, wykładanego na wydziałach mechanicznych,
inżynierii chemicznej oraz inżynierii środowiska na uczelniach technicznych. Książkę
polecamy również inżynierom zajmującym się projektowaniem i eksploatacją
różnorodnych przemysłowych instalacji gazowych.
ZESTAWIENIE NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANYCH SYMBOLI 9
1 WPROWADZENIE 13
2 PRZEGLĄD PODSTAWOWYCH POJĘĆ I PRAW 19
2.1. Podstawowe pojęcia i jednostki miary 19
2.1.1. Wielkości fizyczne i ich jednostki miary 19
2.1.2. Układy podstawowych jednostek miar 23
2.1.3. Międzynarodowy układ jednostek miar SI 24
2.1.4. Terminologia wielkości układu SI 27
2.1.5. Jednostki miar nienależące do układu SI, dopuszczone do stosowania 29
2.1.6. Rodzaje równań fizycznych 30
2.2. Podstawowe pojęcia i prawa fizyki gazów 33
2.2.1. Podstawowe pojęcia fizyki gazów 33
2.2.2. Podstawowe prawa fizyki gazów 44
2.2.3. Podstawowe pojęcia prawa zachowania energii 51
2.3. Ogólne sformułowania prawa zachowania energii 58
2.4. Zasady termodynamiki 59
2.4.1. Wprowadzenie 59
2.4.2. Pierwsza zasada termodynamiki 60
2.4.3. Zależności termodynamiczne dla gazów doskonałych 67
2.4.4. Druga zasada termodynamiki. Entropia 68
2.5. Potencjały termodynamiczne 76
2.6. Przemiany termodynamiczne 77
3 OGÓLNE RÓWNANIA PRZEPŁYWU GAZÓW 87
3.1. Podstawowe pojęcia i metody 87
3.1.1. Ogólne sformułowanie zagadnień mechaniki płynów 87
3.1.2. Wybór modelu płynu rzeczywistego 90
3.1.3. Parametry fizyczne płynu w punkcie. Element płynu 91
3.1.4. Ogólna metodyka badań dynamiki ruchu płynu 93
3.1.5. Strumień pola wektorowego przez powierzchnię kontrolną 94
3.1.6. Interpretacja fizyczna strumienia pola wektorowego 96
3.1.7. Metoda Eulera badania przepływu płynu 97
3.1.8. Pochodna substancjalna całki objętości płynnej 100
3.1.9. Ujęcie dynamiczne i metody analizy. Procesy przenoszenia 106
3.2. Równania zachowania masy - równania ciągłości 108
3.2.1. Ogólne równanie ciągłości 108
3.2.2. Równanie ciągłości dla ustalonego przepływu jednowymiarowego 109
3.2.3. Równanie ciągłości dla nieustalonego przepływu jednowymiarowego 111
3.2.4. Właściwości ustalonego strumienia gazu w rurze 113
3.3. Równania zachowania pędu 114
3.3.1. Wprowadzenie 114
3.3.2. Sformułowanie zasady zachowania pędu dla płynu 115
3.3.3. Równanie zachowania pędu dla przepływu jednowymiarowego 120
3.3.4. Siła oddziaływania ustalonego strumienia płynu na zakrzywione ściany przewodu
122
3.3.5. Postać różniczkowa równania zachowania pędu w rurze. Liniowe opory tarcia 125
3.3.6. Prędkość rozprzestrzeniania się małych zaburzeń parametrów ośrodka 129
3.4. Równania zachowania energii 137
3.4.1. Ogólne równanie energii płynu - zasady zachowania energii 137
3.4.2. Równanie energii dla ustalonego strumienia jednowymiarowego 142
3.4.3. Wartości współczynnika energii kinetycznej - współczynnika Coriolisa 148
3.4.4. Mechaniczna postać równania energii dla ustalonego przepływu gazu 150
3.4.5. Związek równania ruchu dla przepływu w rurach z uogólnionym równaniem
Bernoullego 153
3.4.6. Przypadki szczególne równania Bernoullego dla gazów 153
3.4.7. Warunki występowania przepływów adiabatycznych i izotermicznych 157
3.4.8. Równanie Bernoullego dla adiabatycznego przepływu gazu 159
3.4.9. Entropia ustalonego przepływu jednowymiarowego 161
4 PRZEPŁYWY JEDNOWYMIAROWE 163
4.1. Wprowadzenie 163
4.1.1. Klasyfikacja przepływów i zagadnień obliczeniowych 163
4.1.2. Rodzaje oddziaływań na strumień 164
4.1.3. Klasyfikacja warunków przepływów 165
4.2. Charakterystyczne prędkości strumienia adiabatycznego 166
4.2.1. Wprowadzenie 166
4.2.2. Parametry stagnacji 167
4.2.3. Prędkość graniczna. Prędkość bezwymiarowa 171
4.2.4. Prędkość krytyczna. Współczynnik prędkości 173
4.2.5. Klasyfikacja adiabatycznych przepływów gazu 177
4.3. Przepływy izentropowe - oddziaływanie geometryczne 1 79
4.3.1. Techniczne zastosowania przepływów izentropowych 179
4.3.2. Ogólne warunki izentropowości przepływu 181
4.3.3. Związek między powierzchnią przekroju strumienia a prędkością 184
4.3.4. Zmiany parametrów gazu w strumieniu izentropowym 187
4.3.5. Stosunki parametrów strumienia dla dwóch dowolnych przekrojów 188
4.3.6. Funkcje gazodynamiczne przepływu izentropowego 190
4.3.7. Geometryczne oddziaływanie na strumień 201
4.3.8. Właściwości strumienia w kanale zbieżnym lub rozbieżnym 206
4.3.9. Strumień masy przepływu przez kanał 208
4.3.10. Strumień masy przepływu przez dyszę Bendemanna 213
4.3.11. Strumień przepływu przez kanał zbieżno-rozbieżny. Dysza de Lavala 224
4.4. Fale uderzeniowe 233
4.4.1. Fala uderzeniowa i mechanizm jej powstawania 233
4.4.2. Prosta fala uderzeniowa w dyszy 235
4.4.4. Pomiar prędkości w pod- i naddźwiękowym strumieniu gazu 245
4.5. Przepływ Fanno - przepływ adiabatyczny z uwzględnieniem tarcia 251
4.5.1. Warunki przepływu Fanno i układ równań wyjściowych 251
4.5.2. Zastosowanie liczby Macha. Funkcje przepływów adiabatycznych 253
4.5.3. Zastosowanie współczynnika prędkości A 261
4.6. Przepływ Rayleigha - przepływ bez tarcia i z wymianą ciepła 271
4.6.1. Warunki przepływu Rayleigha i układ równań wyjściowych 271
4.6.2. Właściwości strumienia - dysza cieplna 274
4.6.3. Kierunki zmian parametrów gazu w zależności od oddziaływania cieplnego 276
4.6.4. Wartości parametrów gazu w strumieniu 278
4.6.5. Wymiana ciepła pomiędzy strumieniem gazu a otoczeniem 283
4.7. Linie Fanno i linie Rayleigha 288
4.7.1. Określenie linii Fanno 288
4.7.2. Określenie linii Rayleigha 299
4.7.3. Graficzna analiza parametrów strumienia przed i za falą uderzeniową 303
4.7.4. Wpływ liczby Macha na skok entropii fali uderzeniowej 305
4.7.5. Wnioski i uwagi końcowe 308
4.8. Izotermiczny przepływ przez długi rurociąg 308
4.8.1. Warunki przepływu i układ równań wyjściowych 308
4.8.2. Zmiany parametrów wzdłuż strumienia 310
4.8.3. Wartości parametrów gazu w strumieniu - funkcje gazodynamiczne 313
4.8.4. Zdolność przepustowa gazociągu 316
4.8.5. Rozkład ciśnienia i prędkości wzdłuż gazociągu dla przepływu
poddźwiękowego 320
4.9. Uogólnione oddziaływania 322
4.9.1. Określenie zagadnienia 322
4.9.2. Równania podstawowe 323
4.9.3. Macierzowy zapis układu równań różniczkowych 329
4.9.4. Równania kierunków zmian parametrów strumienia w zależności od rodzajów
oddziaływań 332
4.9.5. Wnioski i uwagi końcowe 334
4.10. Warunki pomijania ściśliwości strumienia gazu 335
4.10.1. Przepływ izotermiczny 336
4.10.2. Przepływ adiabatyczny 340
4.10.3. Analiza wpływu nieuwzględniania ściśliwości 342
4.10.4. Przybliżone kryterium pomijania wpływu ściśliwości 345
5 O METODY OBLICZANIA PRZEPŁYWÓW GAZU W RUROCIĄGACH 347
5.1. Wprowadzenie 347
5.2. Metody obliczania przepływów bez uwzględnienia ściśliwości 350
5.3. Metody obliczania przepływów z uwzględnieniem ściśliwości 351
5.3.1. Metoda obliczania przepływów z zastosowaniem stopnia ściśliwości 351
5.3.2. Metoda obliczania przepływów z zastosowaniem prędkości względnych 361
BIBLIOGRAFIA 376
SKOROWIDZ RZECZOWY 382
386 stron, Format: 16.5x24.0cm, oprawa miękka
