Hvad er forskellige typer væskestrøm-komplet forklaring

Introduktion til væske

væsken er et stof, der har tendens til at deformere kontinuerligt under forskydningsspænding. Den består af både væske og gasser. Alle forhold på jorden kan klassificeres ud fra deres adfærd i to kategorier, dvs.FAST og flydende. Det stof, der har tendens til at strømme under visse givne forhold, kaldes væske. Det bliver vigtigt at forstå forskellige typer væske og forskellen mellem væske og fast stof for bedre forståelse og visualisering af typer væskestrøm. I denne artikel vil vi diskutere typer af væske og forskellen mellem fast og væske i korte træk og derefter gå videre til typer af væskestrøm.

typer af væsker

væsker klassificeres ud fra deres adfærd under forskydningsspænding. Adfærden analyseres ved hjælp af mængde kaldet viskositet og densitet af væske. Viskositet er som friktionskraft til stede i faste partikler, som modstår bevægelsen af fast stof. Det modstår væskestrømmen og inducerer en relativ bevægelse mellem de efterfølgende væskelag.

for at klassificere og få en bedre forståelse af klassificering skal du overveje følgende ligning:

Bemærk: ovenstående ligning repræsenterer væsken, der strømmer i en retning (h-retning), og strømmen i alle andre retninger er nul.

vi kan klassificere væske i 6 forskellige typer, som diskuteres som følger:

1. Ideel væske:

i denne type væske anses viskositeten for at være nul, og densiteten er konstant overalt. Det betyder, at der ikke er nogen relativ bevægelse mellem væskelagene i væskestrømmen, og alle lagene bevæger sig med samme hastighed. Ideel væske er en antagelse, og de er ikke til stede i virkeligheden. Disse antagelser er lavet for at analysere adfærd af noget væske ved givne betingelser.

kort sagt kan vi sige det,

2. Ægte væske:

i denne type væske er viskositeten ikke nul, og densiteten varierer overalt i væsken. Det betyder, at der er relativ bevægelse mellem væskelagene i væskestrømmen. Rigtig væske er den adfærd, som væske besidder i virkeligheden, men ignoreres ofte for at gøre analysen enklere. I ægte væske har vi ikke nogen fast formel til variation af densitet og fast værdi for væskens viskositet. Alle væsker er ægte væske i naturen.

kort sagt kan vi sige det,

3. Nytonisk væske:

i ægte væske har vi ikke den nøjagtige formel til beregning af densitet, og vi kender ikke viskositeten af væske. Nyttonisk væske er den væske med en defineret værdi af viskositet, og værdien af eksponent (n) er 1. Ligningen for al Nytonisk væske kan skrives som følger:

Nytonisk væske kan have konstant og variabel densitet, men variationen af densitet

med hensyn til tid og rum vil være kendt for os.

kort sagt kan vi sige det,

4. Ikke-Nytonisk væske:

i denne type væske er viskositeten ikke nul og defineres nøjagtigt. Tætheden kan variere eller forblive konstant med hensyn til tid og rum. Hovedforskellen opstår med værdien af eksponent ‘n’, som ikke er lig med 1 og afhænger af typen af ikke-Nytonisk væske. Ligningen for Al ikke-Nytonisk væske kan skrives som følger:

5. Komprimerbar Væske:

væsken siges at være komprimerbar væske, hvis tætheden varierer med tid og rum. Vi kan ikke sige om viskositeten i dette tilfælde, da den enten kan være nul eller ikke-nul.

kort sagt kan vi sige det,

6. Ukomprimerbar væske:

væsken siges at være Ukomprimerbar, hvis væskens densitet ikke varierer med tid og rum. Vi kan ikke sige om viskositeten i dette tilfælde, da den enten kan være nul eller ikke-nul.

kort sagt kan vi sige det,

nedenstående klassifikation liste egenskaben af forskellige væsker på grundlag af deres viskositet og densitet:

S.no.	væsketype	viskositet	densitet
1	ideel væske	nul	konstant
2	ægte væske	ikke-nul	variabel
3	Nytonisk væske	ikke-nul og har en bestemt formel	kan være enten konstant eller variabel
4	ikke-Nytonisk væske	ikke-nul og formel afhænger af typen af ikke-Nytonisk væske	kan være enten konstant eller variabel
5	Komprimerbar væske	nul/ikke-nul	variabel
6	Ukomprimerbar væske	nul / ikke-nul	konstant

Solid vs Fluid: forskelle mellem dem

FAST og væske adskiller sig i deres adfærd og følger ikke fysikens regler på samme måde. På grund af deres forskel i egenskaber har vi Solid mekanik til fast og væskemekanik til væske. Vi kan bemærke mange forskelle mellem dem, da vi nøje observerer deres adfærd under forskellige forhold. For at gruppere deres adfærd på en mere ligetil måde bruger vi ejendommen kaldet Shear stress. Det definerer væskens strømningsegenskab og hvordan dens adfærd er forskellig fra faste stoffer. Faste stoffer har tendens til at bøje og deformere under påvirkning af forskydningsspænding. Derfor varierer deres forskydningsspænding lineært med bøjning eller deformation. Væske har tendens til at deformere kontinuerligt under påvirkning af forskydningsspænding, og variationen af forskydningsspænding er ikke lineær med Deformation. Dette er den største forskel mellem fast og flydende.

Fig: Forskydningsspændingsadfærd

drivkraft for væskestrøm

strømningskarakteristika for væske fører til forskellige fænomener som cyklon, ændring i vejr, afkøling af forbrændingsmotor og mange flere ting. Spørgsmålet opstår, Hvad er årsagen til væskestrømmen? Og kan vi forudsige Væskestrømsadfærd ved enhver tilstand? Væske strømmer fra et punkt til et andet på grund af trykforskellen mellem de to punkter. Den naturlige strøm af væske forekommer fra højt tryk til lavt tryk for at udligne trykforskellen på disse to punkter. Strømning fra lavtryk til højtryksregion kan opnås med ekstern drivkraft, såsom pumpe osv. Væskestrømningsmønstre kan klassificeres, men kan ikke forudsiges nøjagtigt på et øjeblik. Al forudsigelse for Væskestrømningsadfærden er lavet ved hjælp af programmel, der bruger numeriske teknikker til at tilnærme strømningens opførsel på et givet øjeblik.

Billedkilde

for at starte vores undersøgelse for væskestrøm, lad os først lære om forskellige parametre i væskestrøm. Disse parametre er tidslinjer, Stilinjer, Streaklines og strømliner.

tidslinje:

hvis vi markerer tilstødende væskepartikler, der flyder på et givet tidspunkt, danner det en tidslinje. For eksempel for at demonstrere væskepartikeladfærd under virkningen af konstant forskydningsspænding blev tidslinjen introduceret for at give deformation af væske på hvert øjeblik. Derfor, i tidslinjen, hver eneste partikel af væske spores på et givet tidspunkt.

Fig.4: tidslinje

Pathline:

hvis vi sporer stien til en væskepartikel i nogen tid, danner den Pathline. For eksempel tage farvestof og røg, og tage en lang eksponering fotografi af dens efterfølgende bevægelse. Stien sporet af partiklen er Pathline. Her betragter vi en kildepartikel af væske og observerer dens vej i en given tid. Den sti, der spores af partiklerne i løbet af den tid, er partiklens Stilinie.

Fig.: Pathline

Streakline:

hvis vi markerer Væskepartikelbanen på et givet sted i nogen tid, danner den Streakline. Under vindtunnelens aerodynamiske test af bil frigives røg mod bilen til aerodynamisk kraft-og Trækevaluering. Stien spores af røgen over bilen er Streakline. Her betragter vi strømmen af efterfølgende lag, observerer deres Position på et givet tidspunkt og sporer positionen for at danne Streakline.

Fig: Streakline

Streamline:

det er stien trukket for en væskepartikel, så tangent til den giver retningen af hastigheden af væskepartikler ved punktet. Da de er tangenten til at strømme, kan der ikke være nogen strømning langs strømlinien. De bruges i computersimulering til Strømningsvisualisering, hvor strømliner trækkes for at repræsentere hastighedsfelt sporet af væskepartiklerne.

Fig.: Strømline

typer af væskestrøm

væskestrøm kan klassificeres i følgende typer:

1. ensartet og ikke-ensartet strømning
2. stabil og ustabil strømning
3. rotations-og Irrotationsstrøm
4. komprimerbar og Ukomprimerbar strømning
5. viskøs og ikke-viskøs strømning
6. ekstern og intern strømning
7. laminar og turbulent strøm
8. 1D, 2D og 3D strøm

lad os studere om dem en efter en:

1. Ensartet og ikke-ensartet strømning

væskestrøm siges at være ensartet, hvis væskens hastighed ikke ændres med rummet. Derfor er hastigheden i denne type væskestrøm kun afhængig af tid og ikke af koordinaterne for væskepartikel.

væskestrøm siges at være uensartet, hvis væskens hastighed ændres med rummet. Derfor er hastigheden i denne type strømning funktionen af tid og koordinaterne for væskepartikler. For eksempel, som vist i figuren, er strømningshastigheden konstant, når tværsnitsarealet ikke ændrer sig, men når tværsnitsarealet ændres, varierer hastigheden, når væsken bevæger sig ind i sektionen. Strømmen bliver ikke-Unifra i naturen.

strømmen af væske gennem et rør med et ensartet tværsnit kaldes ensartet strømning, og hvis væskestrømmen er gennem et rør uden ensartet ( eller konisk ) tværsnit kaldes ikke-ensartet strømning

2. Stabil og ustabil strømning

væskestrøm siges at være stabil, hvis væskeegenskaber som hastighed og tryk ikke varierer med tiden. Derfor er væskeegenskaber i denne strøm kun afhængige af koordinaterne for en væskepartikel. For denne type strøm er streaklines, strømliner og stilinjer identiske.

væskestrømmen er ustabil, hvis væskeegenskaber som hastighed og tryk varierer med tiden. Derfor er væskeegenskaber i denne strømning afhængige af tid og koordinater for en væskepartikel. For denne type strøm er streaklines, strømliner og stilinjer ikke identiske.

i den givne figur repræsenterer det første udtryk stabil strømning, mens det andet udtryk er for ustabil strømning. En konstant udledning gennem røret vil være en jævn strøm, mens variabel udledning gennem røret vil være ustabil strømning.

3. Rotations – og Irrotationsstrøm

hvis væskepartiklerne roterer omkring deres akse, mens de bevæger sig i strømlinien, kaldes det Rotationsstrøm.
hvis væskepartiklerne bevæger sig i en strømline og ikke roterer om deres akse, kaldes det Irrotationsstrøm.
vi kan identificere denne type strømning ved at beregne strømningens vorticitet, som afhænger af strømningshastigheden. Hvis Vorticitet er nul, er væskestrømmen Irrotational; ellers er det rotationsstrøm.

4. Komprimerbar og Ukomprimerbar strømning

ved Komprimerbar strømning ændres væskens tæthed med tid og rum. Mens væskens densitet forbliver konstant i Ukomprimerbar strømning. Denne strøm finder sin anvendelse i bremsevæske. I bremsesystemet overfører bremsevæske det tryk, der skabes af foden, til hjul til brud. Hvis væske er Ukomprimerbar, overfører den det nøjagtige tryk, som foden påfører hjulene for effektiv bremsning. Hvis væsken er komprimerbar, vil trykket overført til hjulet være mindre end påført. Det kan endda være nul. Derfor bør bremsevæske være Ukomprimerbar i naturen.

vi kan hurtigt identificere disse typer væskestrøm ved hjælp af Mach-nummer. Det er defineret som:

Ma= V/Vs

• Vs= hastighed af lyd i væske
• V= hastighed af væske

0<=Ma<0.33	Ukomprimerbar strømning
Ma>0.33	Komprimerbar strømning

5. Viskøs og ikke-viskøs strømning:

i viskøs strømning oplever væskepartikler viskositet mellem de efterfølgende lag, og derfor forekommer relativ bevægelse mellem laget af væskepartikler. I ikke-viskøs strømning oplever væskepartikler ingen viskositet mellem de efterfølgende lag, og der er derfor ingen relativ bevægelse mellem væskepartiklerne.

6. Ekstern og intern strømning:

intern væskestrøm

tilstedeværelsen af væggen bestemmer denne type strømningsmønster. Strømning helt afgrænset af en fast krop kaldes intern strømning eller Kanalstrøm.

hvis et fast legeme ikke binder strømmen, kaldes det Ekstern strømning. For eksempel kaldes strømning over en bil ekstern strømning, som visualiseres ved hjælp af programmel og vindtunneltest. Strømning inde i et cirkulært rør er intern strømning og kan let visualiseres ved hjælp af programmel og enkle laboratorieforsøg.

7. Laminar og Turbulent strømning

i laminær strømning bevæger væskepartiklerne sig i forskellige lag og blandes ikke makroskopisk. I denne type væskestrøm kan vi forudsige Strømningsmønsteret på et givet tidspunkt. Alle de efterfølgende lag er parallelle med hinanden i strømmen.

i Turbulent strømning blandes væskepartiklerne sammen, og strømmen bliver tilfældig. Strømningsmønsteret kan ikke forudsiges nøjagtigt på et givet tidspunkt i denne type strømning. Eddies dannelse finder sted, hvilket fører til en stor mængde energitab.

Reynolds-nummer bruges til at forudsige strømning, dvs.om det er turbulent og laminært. Formlen er givet af:

Re= V * L / l

hvor,

• Re = Reynolds nummer
• V= hastighed af væske
• L= egenskaber længde af objekt, hvor strømmen finder sted
• liter= viskositetskoefficient

for intern strømning,

0<=Re<=2000	laminær strømning
2000<Re<=4000	overgang fra Laminar til turbulent
4000<Re	Turbulent strøm

til ekstern strømning,

0 <=Re<=100000	laminær strømning
100000<Re<=500000	overgang fra Laminar til turbulent
500000<Re	Turbulent strømning

8. 1-D, 2-D og 3-D væskestrøm:

i 1-D-typen af væskestrøm er væskeparametre såsom hastighed kun funktionen af tid og en rumlig koordinat.

i 2-D-typerne af væskestrøm er væskeparametre såsom hastighed funktionen af tid og to rumlige koordinater.

i 3D-væskestrømmen er væskeparametre såsom hastighed funktionen af tid og alle tre rumlige koordinater.

1-D væskestrøm	u= f (H,t), v=0 og V=0
2-D væskestrøm	u= f(H,y,t), v=g (H, y, t), V=0
3-D væskestrøm	u= f(H,y,å,t), v=g (h, y, å, t), v=h (H, y, å, t)

Ofte Stillede Spørgsmål

SP. 1. Hvad er forskellen mellem Komprimerbar væske og Komprimerbar strømning?

svar – Komprimerbar væske taler om væske og dens densitetsvariation, mens komprimerbar strøm kun taler om væske i bevægelse og densitetsvariationen af væske i bevægelse. Væske kan have en konstant densitet under statiske forhold og variabel densitet under dynamisk tilstand. Mach-nummer bestemmer, om strømmen er komprimerbar eller ej. Det bestemmer ikke væskens egenskaber.

sp. 2. Hvilken type væskestrøm overvejes i overgangsregimet?

svar – Det afhænger af situationen og på din Computer tilstand. Hvis du har en værdi tæt på turbulent i overgangsregime og har en fremragende Computer til simulering, gå til turbulent. Hvis ikke, så gå til Laminar.

sp. 3. Er luftstrømmen passeret gennem bilen er ekstern og intern strøm

svar – hvis vi analyserer bilens aerodynamiske træk, er det ekstern strømning. Der er en vis mængde luft, der går inde i bilen. Da det er afgrænset af fast stof, kan det derfor betragtes som intern strømning.

SP. 4. Hvad hedder loven, der anvendes ved anvendelse af bremsevæske?

svar – Lovens Navn er Pascals lov. Det hedder, at for en Ukomprimerbar væske overføres trykket lige i hele retningen.

SP. 5. Hvorfor er tidslinjen ikke nævnt i en stabil og ustabil strøm?

svar – der er ikke noget begreb om tidslinje for stabil strømning, da væskeparametre ikke afhænger af tiden.

SP. 6. Hvad er pumpe?

svar – pumpe er et eksternt middel, der bruges i bevægelse af væske mod deres naturlige strømningsretning. For eksempel er pumpen anvendes i Dampkraftværk til at tage vandet fra kondensator til kedlen i en højde.

Sp. 7. Hvad er Shear stress?

svar – forskydningsspænding er den stress, der udvikles af den kraft, der påføres tangentielt på objektet, hvorpå kraften påføres.