kontrollvolum

Kontrollvolumen, ofte omtalt som kontrolvolumen eller control volume på engelsk, er et afgrænset område i rummet som bruges til at analysere bevaringslove for masse, momentum og energi i væske- og energitransport. Det adskiller sig fra et system ved at være et rum gennem hvilket stof og energi kan passere til og fra omgivelserne via dets grænse, kontroloverfladen. Kontrollvolumet kan være stationært eller bevægeligt og bruges til at beskrive fluxer og ændringer inden for området.

Den grundlæggende idé er at anvende Reynolds transportteorem, som forbinder ændringer af mængder inde i kontrolvolumet med fluxerne gennem dets grænseoverflade. Dette gør det muligt at udlede udtryk for masse-, momentum- og energi-balanced ekvilationer i et såkaldt åbent system, hvor stof og energi kan strømme ind og ud.

Masse-, momentum- og energibalancerne er centrale anvendelser. For masse giver de en formel der beskriver ændringen af masse inde i CV sammen med massen der strømmer ind og ud gennem grænseoverfladen. For momentum inkluderer balancen kræfter der virker på væsken og flux af bevægelsesmængde over overfladen. Energi balancer fokuserer på varmeindgang, arbejde og energi i indholdet. Ofte udtrykkes disse balancer som integraler over volumen og som overfladeintegraler via Gauss’ theorem.

Kontrollvolumet findes i forskellige typer: stationært kontrollvolumen, hvor grænserne står stille, og bevægeligt kontrollvolumen, som følger et område i bevægelse (f.eks. rundt i en strømning). Det anvendes bredt i fluiddynamik, kemisk procesindustri, HVAC, energitektur og aerodynamik.

For at opsætte et kontrollvolumen vælger man først et passende grænseområde, identificerer kontroloverfladen, og anvender de relevante bevaringslove. Man konverterer volumenregistre til overflade-udtryk ved hjælp af Gauss’ sætning og gør nødvendige forenklinger for antagelser som steady/unsteady flow og inkompressibilitet.