
【化】 control volume
control; dominate; desist; grasp; hold; manage; master; predominate; rein
rule
【计】 C; control; controls; dominance; gated; gating; governing
【医】 control; dirigation; encraty
【经】 check; command; control; controlling; cost control; dominantion
monitoring; regulate; rig
bulk; cubage; solidity; volume
【化】 volume
【医】 volume
【经】 cubic measure; volume
在流体力学和热力学中,"控制体积"(Control Volume)指人为划定的、用于分析物质和能量流动的固定空间区域。其边界称为控制表面(Control Surface),物质和能量可穿越该边界流动。与"系统"(System)不同,控制体积的内容物可随时间变化,而系统通常指特定质量物质的集合。
固定空间区域
控制体积是空间中一个固定的几何区域,其形状和大小在分析过程中保持不变。例如,在分析管道流动时,管道内某一段横截面构成的区域即为控制体积 。
开放边界特性
物质(流体、气体等)和能量(热量、功)可自由穿越控制表面,因此控制体积属于开放系统(Open System)。例如,汽车发动机进气口的空气流动分析需采用控制体积法 。
守恒定律的应用载体
质量守恒(连续性方程)、动量守恒(纳维-斯托克斯方程)和能量守恒(热力学第一定律)均基于控制体积推导。例如:
质量守恒:
$$ frac{partial}{partial t}iiint{CV} rhodV + iint{CS} rho mathbf{v} cdot dmathbf{A} = 0 $$
其中 $CV$ 为控制体积,$CS$ 为控制表面 。
特性 | 控制体积 (Control Volume) | 系统 (System) |
---|---|---|
边界移动性 | 边界固定 | 边界随物质移动 |
物质内容 | 可变化 | 固定不变 |
适用场景 | 流体流动、热交换设备分析 | 封闭粒子群行为研究 |
涡轮机、泵等设备通过控制体积计算进出口质量流量和能量转换效率(ASME, Fluid Mechanics Guidelines)。
大气污染物扩散模型中,控制体积用于模拟污染物在特定区域的输运过程(ISO 80000-9:2019)。
飞机发动机推力计算需定义包含进气口与喷口的控制体积(White, F., Fluid Mechanics, 8th ed.)。
定义控制体积为:"固定于空间中的体积,其边界允许质量与能量传递" 。
强调控制体积法在解决工程问题时需满足雷诺输运定理的数学框架 。
: ASME Glossary of Fluid Mechanics Terms, https://www.asme.org/terms/fluid-mechanics
: ISO 80000-9:2019 Quantities and units - Part 9: Physical chemistry and molecular physics, https://www.iso.org/standard/76742.html
: White, F. Fluid Mechanics (8th Edition), McGraw-Hill Education, Chapter 4.3, https://www.mheducation.com/fluid-mechanics-8e-white
控制体积(Control Volume)是流体力学、热力学及数值模拟中的核心概念,其解释如下:
控制体积指在分析流体或能量传输时,人为划定的一个固定或运动的有限空间区域。其边界称为控制表面,通过该表面可与外界进行质量、动量或能量的交换。例如,在流体力学建模中,控制体积用于应用守恒定律(如质量守恒、能量守恒)。
在工程中,控制体积概念被用于混凝土微膨胀控制,如通过调节MgO含量实现体积补偿,有效微膨胀量可达50~60μ。
控制体积是空间固定或运动的观察区域,而“系统”指特定流体微团的集合,两者在守恒定律的应用条件上存在差异。
如需进一步了解数值模拟方法或具体工程案例,(Fluent模拟)及(混凝土体积控制)。
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