Name: tracking fluid through space or mass
Uploaded: 2025-02-13T15:43:18.000Z
Duration: 1 min 16 s
Channel: JoVE

Un volume de contrôle est une région définie dans l’espace où les interactions impliquant la masse, l’énergie ou la quantité de mouvement sont analysées.
Considérez l’eau qui coule dans un tuyau. Le volume de contrôle serait une section du tuyau et la surface de contrôle serait la limite de cette section.
Lorsque l’eau entre et sort de ce volume de contrôle, les lois de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie sont utilisées pour étudier l’écoulement sans suivre les particules d’eau individuelles.
Le volume de contrôle reste fixe tandis que le fluide se déplace à travers lui, ce qui réduit la complexité.
En revanche, un système fait référence à une masse spécifique de fluide qui est suivie dans le temps. Considérez un réservoir d’eau contenant une quantité fixe d’eau.
L’eau à l’intérieur du réservoir représente le système. Au fur et à mesure que l’eau s’écoule ou se remplit, le même système d’eau est suivi, en se concentrant sur son comportement et ses changements au fil du temps.
La représentation du système permet d’analyser cette masse d’eau fixe, même si l’état du réservoir change.
Alors que le système suit la masse spécifique du fluide, l’approche du volume de contrôle reste stationnaire et se concentre sur une région particulière de l’espace.

volume de contrôle et représentations du système

Deux cadres clés sont utilisés pour analyser le transfert de masse, d'énergie et de quantité de mouvement: l'approche du volume de contrôle et l'approche du système. Ces cadres offrent des perspectives différentes, selon que l'on se concentre sur une région spécifique de l'espace (approche du volume de contrôle) ou sur une masse définie de fluide (approche du système).

L'approche du volume de contrôle considère une région stationnaire dans l'espace à travers laquelle le fluide s'écoule. Cette région est délimitée par une surface de contrôle. Par exemple, dans le cas de l'eau s'écoulant dans un tuyau, le volume de contrôle serait une section fixe du tuyau et la surface de contrôle serait la limite de cette section. Ce cadre simplifie l'analyse de l'écoulement des fluides en appliquant des lois de conservation de la masse, de l'énergie et de la quantité de mouvement à travers le volume de contrôle. L'avantage principal est qu'il se concentre sur les propriétés macroscopiques du fluide sans nécessiter le suivi des particules de fluide individuelles. Lorsque l'eau entre et sort du volume de contrôle, les changements dans ses caractéristiques d'écoulement sont évalués aux limites de la surface de contrôle, ce qui en fait un outil puissant pour étudier les conditions d'écoulement stables ou instables.

L'approche système, en revanche, s'intéresse à une masse fixe de fluide qui est suivie au fil du temps. Un exemple pratique est l'eau dans un réservoir. L'eau à l'intérieur du réservoir représente un système et, à mesure qu'il se vide ou se remplit, la même masse d'eau est analysée. Le comportement du système est étudié lorsque des forces externes et des transferts d'énergie provoquent des changements dans l'état du fluide. Cette approche est particulièrement utile lors de l'analyse de processus thermodynamiques où la masse exacte et son contenu en énergie ou en quantité de mouvement sont essentiels, comme dans les scénarios de transfert de chaleur ou de changement de phase en système fermé.

Alors que le volume de contrôle est fixe dans l'espace et se concentre sur l'échange de quantités à travers sa surface, l'approche système suit l'évolution d'une masse spécifique de fluide. Ces méthodologies sont complémentaires et offrent une flexibilité dans la dynamique des fluides et l'analyse thermodynamique.

Volume de contrôle et représentations du système

Un volume de contrôle est une région définie dans l’espace où les interactions impliquant la masse, l’énergie ou la quantité de mouvement sont analysées.
Considérez l’eau qui coule dans un tuyau. ...

control-volume-and-system-representations

Education

Enseignement

JoVE Core

Civil Engineering

Génie civil

Unit 1

Unité 1

Fluid Kinematics

Cinématique des fluides

KEY TERMS AND CONCEPTS

TERMES ET CONCEPTS CLÉS

Control Volume and System Representations

tracking fluid through space or mass

Fluid analysis often uses two linked ideas: the control volume approach and the system approach. Both help describe mass, energy, and momentum transfer, but they focus on different things. One follows a region in space. The other follows a fixed mass of fluid over time.

The control volume approach looks at a stationary area in space through which fluid moves. That area is bounded by a control surface, which is the outer edge of the region. A pipe with water flowing through it is a clear example. In that case, the control volume is a fixed section of the pipe.

This method makes it easier to apply conservation laws for mass, energy, and momentum. It does not require tracking each fluid particle. Instead, it studies how fluid enters and exits the control surface. This makes it useful for both steady flow and unsteady flow.

The system approach uses a different viewpoint. It tracks a specific mass of fluid as conditions change. Water in a tank is a good example. As the tank drains or fills, the same mass of water is treated as the system.

This approach is especially useful in thermodynamics. It helps when the exact mass and its energy or momentum content matter, such as in closed-system heat transfer or phase change. The system changes because external forces and energy transfers act on it.

Together, the control volume and system approaches give students flexible ways to study fluid dynamics and thermodynamics. One focuses on what crosses a boundary in space. The other focuses on how one mass of fluid changes over time.

Tracking Fluid Through Space or Mass

eulerian and lagrangian flow descriptions

eulerian-and-lagrangian-flow-descriptions

Tracking Fluid Motion in Space and Time

Fluid flow can be described with the Eulerian and Lagrangian methods. These two approaches give different views of the same moving fluid. They are useful in science and engineering because the best method depends on the problem being studied. The Eulerian method looks at fixed points in space. At each location, it measures fluid properties such as velocity, pressure, and temperature as the fluid moves past. This stationary view is useful when studying how a fluid interacts with a solid object.

introduction to types of flows

Flow Patterns by Direction and Time

Fluid flow can be grouped by direction and by how it changes over time. The simplest case is one-dimensional flow. In this type, properties such as velocity and pressure change along only one axis. Water moving through a straight pipe is a common example, because changes in other directions are very small. Two-dimensional flow changes in two directions. It varies in both length and height, so the analysis is more complex than one-dimensional flow. Air moving over a flat surface, such as a...

streamlines, streaklines, and pathlines

Tracing Fluid Motion: Three Flow Paths

Streamlines, streaklines, and pathlines are three ways to describe fluid motion. Each one shows flow from a different angle. Together, they help students compare how a fluid moves in steady and unsteady flow. A streamline is a line that stays tangent to the fluid’s velocity vector at each point. That means the fluid velocity points along the streamline. Streamlines give an instant picture of the flow field, so they are useful for showing the overall direction of flow in a fluid system. In...

control volume and system representations

Fluid analysis often uses two linked ideas: the control volume approach and the system approach. Both help describe mass, energy, and momentum transfer, but they focus on different things. One follows a region in space. The other follows a fixed mass of fluid over time. The control volume approach looks at a stationary area in space through which fluid moves. That area is bounded by a control surface, which is the outer edge of the region. A pipe with water flowing through it is a clear...

velocity and acceleration in steady and unsteady flow

velocity-and-acceleration-in-steady-and-unsteady-flow

How Flow Changes Affect Particle Motion

Velocity and acceleration help describe how a fluid particle moves in steady and unsteady flow. A fluid particle follows a pathline, and its velocity depends on both position and time. Acceleration is found by differentiating velocity with respect to time, so it shows how the particle’s motion changes. In a flow field, acceleration can be written using three perpendicular components. These components show how velocity changes over time in different spatial directions. This gives a general way...

reynolds transport theorem

Reynolds Transport and Control Volumes

Reynolds transport theorem links a fluid system to a control volume. It helps explain how the time rate of change of a property can be tracked in fluid dynamics. The theorem uses extensive properties, such as mass, velocity, acceleration, temperature, and momentum. These properties depend on the size of the system. Their intensive forms are the values per unit mass. The total amount of an extensive property in a system at any instant is the sum of the amounts carried by each tiny fluid...

design example: flow through a fire extinguisher

design-example-flow-through-a-fire-extinguisher

Fire Extinguisher Nozzle Flow and Pressure

A pressurized water fire extinguisher uses fluid dynamics to create a fast stream of water. The water is stored at a much higher pressure inside the extinguisher than the surrounding air. When the extinguisher is activated, that pressure difference forces water to flow out quickly. Bernoulli's equation helps predict the exit speed of the water. This equation links pressure and velocity. As pressure drops, velocity increases. In the extinguisher, the high internal pressure is converted into the...

key terms and concepts

Learn how the control volume and system approaches analyze mass, energy, and momentum in fluids, using examples like water in a pipe or tank.

Tracking Fluid Through Space or Mass | JoVE K12

JoVE Core Civil Engineering provides a foundational exploration of essential construction materials in civil engineering, focusing on bricks, stones, steel, wood, and concrete through easy-to-understand animated videos. This collection covers the properties, manufacturing processes, and practical applications of these materials. Additionally, the accompanied science-in-action videos demonstrate the research experiments performed in laboratories.

civil engineering

Tracking Fluid Through Space or Mass

Description

Transcript

Tags