kontrollvolymen

Kontrollvolymen, ofta kallad control volume på engelska, är ett specifikt område i rymden som används inom termodynamik, fluidmekanik och relaterade områden för att analysera överföringar av massa, energi och momentum genom dess gränser. Den skiljs från ett system med konstant massa (kontrollmassa) genom att gränsen kan tillåta flöden av material och energi. Gränsen kan vara stationär i rummet eller röra sig med tiden och följa flödet.

Genom Reynolds transportteorem omvandlas förändringen av storheter inuti kontrollvolymen till ett uttryck som kombinerar den lokala tidsliga variationen och de nettoutflöden som passerar över gränsen. Detta gör det möjligt att formulera kontinuitets-, energihandel- och momentumbalans för öppna system.

Kontinuitetslagen beskriver massans bevarande: d/dt ∫_CV ρ dV + ∮_CS ρ (v · n) dA = 0, där ρ är densitet, v är hastighet och n är utåt normal till gränsen. Energi- och momentumbalans följer liknande uttryck med termiska och kinetiska respektive potentiella delar samt externa krafter.

Användningsområden inkluderar analys av vätskeströmmar i rörsystem, förbrännings- och turbinprocesser i kraftproduktion, ventilations- och klimatsystem samt många kemiska och miljörelaterade processer. Valet av kontrollvolym och lämpliga gränsvillkor avgör förenklingar och beräkningsmetoder.

Begränsningar innefattar antaganden om kontinuitet och förenklingar av komplexa flöden. Kontrollvolymanalys är ett grundläggande verktyg för modellering av energiflöden och massaöverföringar i ingenjörs- och naturvetenskapliga sammanhang.