В различных тепловых машинах, устройствах, металлургических печах встречаются случаи, когда газ заполняет весь объем, ему предоставляется, при этом он находится в покое. К этим случаям можно применять закономерности статики газов и общие уравнения для определения параметров газов (см. подразделения 1.2-1.4).
Однако, в процессах, которые исследуются в теплотехнике, довольно часто рабочее тело (газ или жидкость) перемещается с большими скоростями и его движение сопровождается изменением состояния. Эти процессы рассматривает динамика газов.
В рабочем пространстве печей и дымовых каналов газ обычно движется при относительно невысоких скоростях (до 70-80 м / с) и небольших перепадах давления (до 100 Па). Изменение давления такого порядка практически не влияет на плотность газа, поэтому в этих случаях все расчеты ведутся при постоянной плотности. Среды с постоянной плотностью называются несжимаемыми.
В отдельных элементах печей (в форсунках, горелках) встречается движение газов с высокой скоростью, причем возможная величина скорости может изменяться в очень широких пределах: от 150-200 м / с до скорости звука и выше. При таких скоростях, связанных с большими перепадами давления, принимать плотность газа постоянной недопустимо. Среды, для которых p ^ œnst, называются сжимаемым.
Поэтому необходимо рассмотреть закономерности движения газов как с низкой (p = œnst, несжимаемости газы), так и с высокой скоростью (p ^ œnst, сжимаемые газы). Но сначала надо уделить внимание рассмотрению основных свойств газов и жидкостей.
В зависимости от температуры и давления газы могут находиться в различных термодинамических состояниях. Основные параметры, описывающие эти состояния, приведен в подразделе 1.1.
При изучении процессов движения сред, таких как жидкости и газы, их рассматривают как континуум, сплошную среду, т.е. их дискретной, молекулярным строением пренебрегают. Поэтому при рассмотрении процессов движения жидкостей и газов учитывают параметры, которые характеризуют именно среду, т.е. сжимаемость, вязкость, модуль упругости и др..
Сжимаемость
Все реальные жидкости в той или иной степени сжимаемые, т.е. под действием внешнего давления они уменьшают свой объем. Сжимаемость жидкости определяется уравнением состояния и, как правило, имела своей величиной. Малая сжимаемость жидкости обусловлена тем, что жидкость подвергается сильному молекулярной взаимодействия, а изменения величин давления в технических процессах сравнительно невелики. Капельные жидкости сжимаемые лишь в небольшой степени. Все газы и пары есть сильно сжимаемых. Но если параметры состояния газа не меняются, его поведение при движении не отличается от поведения капельной жидкости. В этих условиях газ, как и жидкость, может рассматривать как несжимаемой среду, то есть считать, что его плотность является постоянной.