流体力学工程问题之一：引射器

coolboy

原帖由 mumu8888 于 2012-8-18 10:53 发表

                               
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我用商业软件做过引射器。
也投过文章，其实我觉得大家对引射器的引射机理还是有争议。以下是我个人观点：
引射器引射机理一般认为是压力驱动和粘性扯拽。
...

mumu8888帖子中所提到的关于引射器的两个引射机理及其引起的争议，其实刚好对应下面一个帖子中另一简单问题讨论所涉及的两类不同答案及引起的争议：

+++++++++++++++++++++++++++++
伯努利方程的用法
http://cfluid.com/bbs/viewthread.php?tid=69094

问：拿两张纸，面对面相距约1-2寸。用嘴向两张纸的中间吹气。这两张纸就会向中间靠拢。请问，这是什么原因？

答1(压力驱动)：“气体流动压力下降了，纸被压向气压低的方向。”

答2(粘性扯拽)：“在无粘的假设下，是不可能出现两张纸向中间靠拢的情况的。”
+++++++++++++++++++++++++++++

mumu8888

那是否可以这样说：无粘状态ejector不能引射，回头我试一下。

mumu8888

不好意思啊，我帖子中的“认为”两个字意思是我不太确信，但是对引射器的一些引射现象想用“粘性扯拽”和“压力驱动”来解释，并没有肯定意思。在深一点的机理没有研究过。
我很同意你和coolboy讨论的关于可压缩气体伯努利方程问题，从我对流体力学的浅薄认识来讲，我觉得高速可压缩问题不能用伯努利方程来解释。

mumu8888

另外您这个答案2我可否理解为：无粘情况不会引起压力变化？
如果是这样您的结论是明显错误的啊。

coolboy

原帖由 mumu8888 于 2012-8-29 21:00 发表

                               
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另外您这个答案2我可否理解为：无粘情况不会引起压力变化？
如果是这样您的结论是明显错误的啊。

我帖子中给出的两个答案都是加了引号的。那是引用了“伯努利方程的用法”讨论帖子中其他人的解答。其中的答1(压力驱动)由xuyu给出，答2(粘性扯拽)则由通流给出：


伯努利方程的用法   [2楼]
http://www.cfluid.com/bbs/viewthread.php?tid=69094

原帖由 xuyu 于 2009-11-29 12:22 发表

                               
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气体流动压力下降了，纸被压向气压低的方向。

伯努利方程的用法  [10楼]
http://www.cfluid.com/bbs/viewthread.php?tid=69094

原帖由 通流 于 2009-12-1 13:31 发表

                               
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这个问题是很难用伯努利的。原因是高速气流是从嘴里吹出来的。这股气流的总压比大气压高。气流的静压是被外界的压力所决定的，所以流速也是被外界压力所决定的。在无粘的假设下，是不可能出现两张纸向中间靠拢的情况的。

伯努利方程其实就是动量方程沿流线的一个形式。条件是无粘，或知道粘性造成的总压损失。

所以，光从流速高，压力低，解释不了这个问题。

你现在认为可能答2(粘性扯拽)的“结论是明显错误的”，但那确实不是我的答案，那是通流的答案。

我只是在另一个帖子中解释了通流上面叙述中的另一句话为什么是错的：

http://www.cfluid.com/bbs/viewthread.php?tid=114265    [12楼]
[讨论]伯努利方程是能量方程还是动量方程？

原帖由 coolboy 于 2012-4-2 01:56 发表

                               
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“当局者迷，旁观者清。”
我认为通流版主及有些人的错误或误解的根源是：在习惯性或熟视无睹式地老说着“沿流线积分”的这句话时，其实并不清楚这句话的真实含义。

通流

另外您这个答案2我可否理解为：无粘情况不会引起压力变化？
如果是这样您的结论是明显错误的啊。
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先说说，这个明显错误的原因。

coolboy

原帖由 通流 于 2012-6-21 08:16 发表

                               
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我是不知道这两个名称的意思： 辐合和辐散

再来做一次好人（也有人可能又认为是恶人），我来从数学上给通流版主解释一下辐合和辐散的含义。给定一个矢量场A=（A_x,A_y,A_z)，它的散度就定义为[DEL].A=@A_x/@x+@A_y/@y+@A_z/@z。[DEL].A<0称为辐合，[DEL].A>0称为辐散。

我在下一个帖子的[188楼]说到：

++++++++++++++++++++++++++++
[讨论]伯努利方程是能量方程还是动量方程？[188楼]
http://www.cfluid.com/bbs/viewthread.php?tid=114265&extra=page%3D1&page=13

流体的总能量在满足伯努里方程全导数型守恒律的同时，也满足通量型守恒律。但注意到全导数型守恒律指的是单位质量的总能量，而通量型守恒律指的是单位体积的总能量。
..............................................
..............................................
尽管有“单位质量”或“单位体积”的区别，粗粗地来讲，总能量同时满足两种不同形式的守恒律应该算是一个很好的性质了。一般情况下（如上面说到的波包的例子）能满足一种形式的守恒律就很不错了。
++++++++++++++++++++++++++++

速度场V与乘了密度之后的[rho]V都是矢量场。若要细究一下名称，则前者可称为单位质量的流通量而后者则是单位体积的流通量。对于[rho]为常数的不可压流体来说，[DEL].V与[DEL].([rho]V)同号。对于可压流体来说，辐合和辐散可以指对[rho]V这一矢量场求散度之后所得的结果。

coolboy

当然，我上面若不这么解释，而是说通流版主应该先去看了《高等数学》再来讨论或再来做版主的话，那就不地道了。

communication

版主 您有设计引射器的算例吗 给我参考一下 行吗

coolboy

原帖由 communication 于 2013-10-19 13:41 发表

                               
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版主 您有设计引射器的算例吗 给我参考一下 行吗

假如谁要是真的具体做过引射器的模式计算或者是有关于引射器模拟设计的模式的话，则应该是很容易检验粘性扯拽这一机理的重要性的。水的粘性系数是0.011[g/cm/sec]，空气的粘性系数是0.00018[g/cm/sec]。可以在模式中把这粘性系数增加一倍或减少50%，看看由此而引起的模拟结果到底有多大的变化（也即系统的敏感性分析），也就大致可知道粘性扯拽机理的重要性了。

通流

我如果有时间，我会搞个算例的。

我想目前不少人在问引射器的计算问题。我估计这些都不是CFD软件或者那些参数设置的问题。对于这样一个增压装置，流场的解不是唯一的。就像压气机会失速。引射器也是一个增压装置，也会失速。所以，在某个压力区间中，流动会有两个状态。如果是搞数学的话，那个失速又叫分叉。

coolboy

流体力学中一般“分叉”常常同流动的不稳定相联系。在下一个讨论帖子的[102楼]-[107楼]中，也还提到了在一定条件下粘性能产生流动的不稳定：

关于流体力学的讨论  [102楼]-[107楼]
http://bbs.lasg.ac.cn/bbs/thread-56846-11-3.html

讨论中也还提到了由粘性产生这类不稳定的可能的物理机制。这引射器中的“失速”、“分叉”或“不稳定”什么的也是由黏性所引起的吗？假如不谈数学的话，则这可能由粘性而产生的引射器中流动不稳定的物理机制不知又该是什么呢？

通流

引射器是一个机械装置，所以有流体机械的学科，也有稳定性问题。所以也可以用分叉之类的名称。不过对于绝大多数工程师来说，分叉这样的名称跟实际的东西相差太远。

工程师关心的是性能，所以才有失速，喘振之类名称。至于机理吗，这个不是跟粘性直接相关的。一般流体机械的稳定性问题更与整个系统有关。当年压气机的喘振问题吸引了像Sears，钱学森，Marble等一批人的兴趣。最后他们的做法基本不合理。倒是一个年轻的Greitzer首先有了一个合理的物理解释。Greitzer的那个模型就是一个弹簧，质量和阻尼。看起来跟流体好像关系不大。

coolboy

原帖由 通流 于 2013-11-8 09:06 发表

                               
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引射器是一个机械装置，所以有流体机械的学科，也有稳定性问题。所以也可以用分叉之类的名称。不过对于绝大多数工程师来说，分叉这样的名称跟实际的东西相差太远。

工程师关心的是性能，所以才有失速，喘振之类名称。至于机理吗，这个不是跟粘性直接相关的。一般流体机械的稳定性问题更与整个系统有关。当年压气机的喘振问题吸引了像Sears，钱学森，Marble等一批人的兴趣。最后他们的做法基本不合理。倒是一个年轻的Greitzer首先有了一个合理的物理解释。Greitzer的那个模型就是一个弹簧，质量和阻尼。看起来跟流体好像关系不大。

我没有具体做过引射器，在这里边学习，边灌水，边瞎猜。我猜测“那个模型就是一个弹簧，质量和阻尼”中的“阻尼”就是粘性的作用了。假如很多的关于引射器研究的经典论文或现代的应用论文中都没有流体的粘性系数这一参数的话，我们还能不能说引射器的引射机理是粘性扯拽呢？我们还能不能说在无粘的假设下就不存在引射现象了呢？如果那个流体机械的整个系统中存在“阻尼”的话，也许还是可以的。

阻尼 = 粘性   

通流

假如粘性就是阻尼的话，那么阻尼总是正的。对于一个弹簧-质量-阻尼系统，如果阻尼是正的话，系统总是稳定的。

我说过，粘性只是间接起作用。确实，粘性越大，引射器稳定范围也会增加。但粘性并不是阻尼。
不过，引射器的稳定性的理论分析，我也没有见过。可能只是我不知道罢了。毕竟，我并不是专门搞引射器的。