[论文解读] The Flowing System Gasdynamics Part 2: Euler momentum conservation equation solution

S. L. Arsenjev, I. B. Lozovitski+1 more|ArXiv.org|Feb 7, 2003

Gas Dynamics and Kinetic Theory被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于现代接触相互作用框架的欧拉动量守恒方程解析解，适用于管道、喷嘴和扩压器等流动系统中的气流和液流。该解导出了沿流动路径的静压头分布规律，能够准确建模在表面粗糙度、可变截面、热交换和额外质量流量等随时间变化条件下非定常流动。

ABSTRACT

The solution of a momentum conservation equation for the gas and liquid stream in the flowing element is obtained on the basis of the modern approach to a problem on contact interaction of bodies and mediums. A flowing element, system are: pipe, tube, orifice, mouthpiece, diffuser, etc. and its combination. The integration of the differential equation has reduced to distribution law of static head along the length of flowing element and has proved the elementary algebraic solution that introduced in the previous paper by these authors. The received solution allows to describe the motion of fluid medium in non-stationary conditions, under action of any time-varying physical factors: a roughness of streamlined surface, the area of the section of the flowing element, the heat exchange with the streamlined surface, the technical work, the additional weight flow of fluid medium.

研究动机与目标

• 采用现代接触相互作用方法，为流动流体系统中的欧拉动量守恒方程建立严格的解法。
• 在表面粗糙度和热交换等随时间变化的物理因素下，对非定常条件下的流体流动进行建模。
• 推导出管道和喷嘴等流动元件长度方向上的静压头分布规律。
• 将前续论文中提出的代数解法扩展至更广泛的动态和复杂流动构型类别。
• 实现对技术功、可变截面面积和额外质量流量输入下流体运动的描述。

提出的方法

• 基于现代接触相互作用理论，为流动元件中可压缩和不可压缩流体的动量守恒方程建模。
• 对微分动量方程进行积分，推导出沿流动路径的静压头分布的闭式解。
• 将该解应用于多种流动元件，包括孔板、喷嘴、扩压器以及截面可变的管道。
• 在动量平衡中引入表面粗糙度、热传递和外部功等随时间变化的因素。
• 采用前序工作中已验证的、由积分过程导出的基本代数公式。
• 考虑额外质量流量和截面变化对动量及静压头演化的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在复杂流动系统中，如何对非定常条件下流体流动的欧拉动量方程进行解析求解？
• RQ2 在如管道或喷嘴等流动元件长度方向上，静压头的分布规律是什么？
• RQ3 表面粗糙度、热交换和可变截面等随时间变化的因素如何影响流动系统的动量平衡？
• RQ4 该解能否推广以包含动量方程中的技术功和额外质量流量输入？
• RQ5 接触相互作用理论在实现流动系统中流体动量一致且物理解释清晰的解中起到什么作用？

主要发现

• 欧拉动量方程的积分导出流动元件长度方向上的静压头分布规律。
• 该解为代数形式，明确考虑了表面粗糙度和热交换等随时间变化的物理因素。
• 该方法可对非定常条件下的流体运动进行建模，包括可变截面和额外质量流量。
• 所推导的解与作者先前工作中引入的基本代数形式保持一致，现已扩展至动态和复杂系统。
• 该方法可准确预测在真实运行条件下，如扩压器、孔板和管道等元件中静压头的变化。
• 该解适用于存在技术功和热传递效应的系统中的气流和液流。