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레이놀즈 수송정리 Reynolds Transport Theorem (RTT)

[1][2]

 

B를 질량, 에너지, 모멘텀과 같은 종량적 상태량 extensive property라고 하고

b를 b=B/m 으로 B의 강성적 상태량 intensive property라고 하자.

 

 

fixed control volume에서 시간 t에서 t+Δt에 따른 control volume이

아래 그림과 같이 변한다고 가정

시간 t에서 CV를 system이라고 하면

Bsys(t)=BCV(t)

 

시간 t+Δt에서CV - I + II을 system이라고 하면

Bsys(t+Δt)=BCV(t+Δt)BI(t+Δt)+BII(t+Δt)

 

시간 t+Δt와 t의 차이인 Δt 에 대한

Bsys(t+Δt)Bsys(t)

의 변화량은

 

Bsys(t+Δt)Bsys(t)(t+Δt)t

Δt->0 일 때 위 식의 limit 값은

limΔt0Bsys(t+Δt)Bsys(t)(t+Δt)t

=limΔt0{BCV(t+Δt)BI(t+Δt)+BII(t+Δt)}BCV(t)(t+Δt)t

=limΔt0{BCV(t+Δt)BCV(t)}+BII(t+Δt)BI(t+Δt)Δt

 

limΔt0Bsys(t+Δt)Bsys(t)(t+Δt)t=dBsysdt

 

BCV=CVρbdV

limΔt0BCV(t+Δt)BCV(t)Δt=dBCVdt=ddtCVρbdV

 

 

B=bm

dB=bdm

 

[2]

 

θ<90(cosθ>0)

 

dmout=ρdV

 

dV=(dln)(dA)

dln=(dl)(cosθ)

dl=(V~)(Δt)

dV=(V~)(Δt)(cosθ)(dA)

 

dBout=bdmout

dBout=bρ(V~)(Δt)(cosθ)(dA)

 

CSoutdBout=BII(t+Δt)

CSoutdBout=CSoutbρ(V~)(Δt)(cosθ)(dA)

 

limΔt0BII(t+Δt)Δt

B˙out

 

limΔt0BII(t+Δt)Δt

=limΔt01Δt(CSoutbρ(V~)(Δt)(cosθ)(dA))

=CSoutbρ(V~)(cosθ)(dA)

 

V~(cosθ)=V~n

 

B˙out=limΔt0BII(t+Δt)Δt

=CSoutbρV~n(dA)

 

 

[2]

 

θ>90(cosθ<0)

 

dmin=ρdV

 

dV=(dln)(dA)

dln=(dl)(cosθ)

dl=(V~)(Δt)

dV=(V~)(Δt)(cosθ)(dA)

 

dBin=bdmin

dBin=bρ(V~)(Δt)(cosθ)(dA)

 

CSindBin=BI(t+Δt)

CSindBin=CSinbρ(V~)(Δt)(cosθ)(dA)

 

limΔt0BI(t+Δt)Δt

B˙in

 

limΔt0BI(t+Δt)Δt

=limΔt01Δt(CSinbρ(V~)(Δt)(cosθ)(dA))

=CSinbρ(V~)(cosθ)(dA)

 

V~(cosθ)=V~n

 

B˙in=limΔt0BI(t+Δt)Δt

=CSinbρV~n(dA)

 

 

dBsysdt=dBCVdt+B˙outB˙in

dBsysdt=ddtCVρbdV+CSoutbρV~n(dA)(CSinbρV~n(dA))

dBsysdt=ddtCVρbdV+CSbρV~n(dA)

 

B=m 인 경우

질량보존법칙은 아래와 같다.

0=dmsysdt=dmCVdt+m˙outm˙in

dmCVdt=m˙inm˙out

 

B=E 인 경우

에너지보존법칙(열역학 제1법칙)은 아래와 같다.

0=dEsysdt=dECVdt+E˙outE˙in

dECVdt=E˙inE˙out

 

 

 

 

 

 


[1] Cengel, Yuns A.; Cimbala, John M. (2018). Flouid Dynamics: Fundamentals and Applications (4th ed.). McGraw-Hill. pp. 164-171.

[2] Gerhart, Philip M.; Gerhart, Andrew L.; Hochstein John I. (2018). Munson, Young, and Okiishi's Fundamentals of Fluid Mechanics (8th ed.). Wiley. pp. 175-187.

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