理论教育 控制方程组:绝热无黏准一维非定常流动

控制方程组:绝热无黏准一维非定常流动

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:式、式和式构成了绝热无黏准一维非定常流动的控制方程组,分别是欧拉方程的各个方程加上一个源项的形式。

控制方程组:绝热无黏准一维非定常流动

3.1 节建立了绝热无黏准一维喷管流动的定常控制方程,这里重新建立微分形式的非定常控制方程。准一维拉瓦尔喷管及控制体模型如图4.25 所示。

图4.25 准一维拉瓦尔喷管及控制体模型

1. 质量方程

从积分形式的式(2.9)开始,即

其中

式(4.57)的第二项为流出控制体的总质量

将上式展开并略去二阶及以上高阶项,可得

于是可得质量方程为

方程两端同时除以dx,并利用 ∂A /∂t= 0,进一步可得

注意观察式(4.58),是在欧拉方程的质量方程上增加了一个与面积相关的源项。

2. 动量方程

积分形式的动量方程为

其中

流出控制体的总动量为

式(4.59)右端项为控制体表面所受压力在x 方向的分量,如图4.26 所示。

(www.daowen.com)

图4.26 控制体表面所受压力

将上述三项代入式(4.59)可得

同质量方程,方程两端同时除以dx,并利用 ∂A /∂t= 0可得

式(4.60)是欧拉方程的动量方程加上右端的源项。

3. 能量方程

控制体的能量守恒可以表述为

其中

流出控制体的总能量为

略去高次项可得

对于压强做功的项,注意壁面上的压强不做功,因此:

略去高次项有

上述项代入式(4.61)可得

进一步有

式(4.58)、式(4.60)和式(4.62)构成了绝热无黏准一维非定常流动的控制方程组,分别是欧拉方程的各个方程加上一个源项的形式。因此,只需对源项进行适当处理,欧拉方程的数值解法便可直接推广至该方程组。

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