Was sind verschiedene Arten von Flüssigkeitsströmung – Vollständige Erklärung

Einführung in die Flüssigkeit

Die Flüssigkeit ist ein Stoff, der dazu neigt, sich unter Scherbeanspruchung kontinuierlich zu verformen. Es besteht sowohl aus Flüssigkeit als auch aus Gasen. Alle Dinge auf der Erde können aufgrund ihres Verhaltens in zwei Kategorien eingeteilt werden, d. H. Fest und flüssig. Die Substanz, die unter bestimmten Bedingungen zum Fließen neigt, wird als Flüssigkeit bezeichnet. Es wird wichtig, verschiedene Arten von Flüssigkeiten und den Unterschied zwischen Flüssigkeiten und Feststoffen zu verstehen, um die Arten des Flüssigkeitsstroms besser zu verstehen und zu visualisieren. In diesem Artikel werden wir kurz die Arten von Flüssigkeiten und den Unterschied zwischen Feststoff und Flüssigkeit diskutieren und dann zu den Arten des Flüssigkeitsstroms übergehen.

Arten von Flüssigkeiten

Flüssigkeiten werden anhand ihres Verhaltens unter Scherbeanspruchung klassifiziert. Das Verhalten wird mit Hilfe der als Viskosität und Dichte der Flüssigkeit bezeichneten Menge analysiert. Die Viskosität ist wie die Reibungskraft in festen Partikeln, die der Bewegung des Feststoffs widerstehen. Es widersteht dem Fluidstrom und induziert eine Relativbewegung zwischen den nachfolgenden Fluidschichten.

Betrachten Sie die folgende Gleichung, um die Klassifizierung zu klassifizieren und besser zu verstehen:

Hinweis: Die obige Gleichung stellt die Flüssigkeit dar, die in einer Richtung (X-Richtung) fließt, und die Strömung in allen anderen Richtungen ist Null.

Wir können Flüssigkeit in 6 verschiedene Typen einteilen, die wie folgt diskutiert werden:

1. Ideale Flüssigkeit:

Bei dieser Art von Flüssigkeit wird die Viskosität als Null angesehen und die Dichte ist überall konstant. Dies bedeutet, dass es keine Relativbewegung zwischen den Flüssigkeitsschichten im Flüssigkeitsstrom gibt und sich alle Schichten mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Ideale Flüssigkeit ist eine Annahme, und sie sind in der Realität nicht vorhanden. Diese Annahmen werden getroffen, um das Verhalten einer Flüssigkeit unter bestimmten Bedingungen zu analysieren.

Kurz gesagt, wir können sagen, dass,

2. Echte Flüssigkeit:

Bei dieser Art von Flüssigkeit ist die Viskosität nicht Null und die Dichte variiert überall in der Flüssigkeit. Es bedeutet, dass es eine Relativbewegung zwischen den Flüssigkeitsschichten im Flüssigkeitsstrom gibt. Echte Flüssigkeit ist das Verhalten von Flüssigkeit in der Realität, wird aber oft ignoriert, um die Analyse zu vereinfachen. In realer Flüssigkeit haben wir keine feste Formel für die Variation der Dichte und keinen festen Wert für die Viskosität der Flüssigkeit. Alle Flüssigkeiten sind echte Flüssigkeit in der Natur.

Kurz gesagt, wir können sagen, dass,

3. Newtonsche Flüssigkeit:

In realer Flüssigkeit haben wir nicht die genaue Formel zur Berechnung der Dichte und kennen die Viskosität der Flüssigkeit nicht. Newtonsche Flüssigkeit ist die Flüssigkeit mit einem definierten Viskositätswert, und der Wert des Exponenten (n) ist 1. Die Gleichung für alle Newtonschen Flüssigkeiten kann wie folgt geschrieben werden:

Newtonsche Flüssigkeit kann konstante und variable Dichte haben, aber die Variation der Dichte

in Bezug auf Zeit und Raum wird uns bekannt sein.

Kurz gesagt, wir können sagen, dass,

4. Nicht-Newtonsche Flüssigkeit:

Bei dieser Art von Flüssigkeit ist die Viskosität nicht Null und wird genau definiert. Die Dichte kann in Bezug auf Zeit und Raum variieren oder konstant bleiben. Der Hauptunterschied ergibt sich aus dem Wert des Exponenten ‘n’, der ungleich 1 ist und von der Art der nicht-newtonschen Flüssigkeit abhängt. Die Gleichung für alle nicht-Newtonschen Flüssigkeiten kann wie folgt geschrieben werden:

5. Kompressible Flüssigkeit:

Die Flüssigkeit wird als komprimierbare Flüssigkeit bezeichnet, wenn die Dichte mit Zeit und Raum variiert. Wir können in diesem Fall nichts über die Viskosität sagen, da sie entweder Null oder ungleich Null sein kann.

Kurz gesagt, wir können sagen, dass,

6. Inkompressible Flüssigkeit:

Die Flüssigkeit wird als inkompressibel bezeichnet, wenn die Dichte der Flüssigkeit nicht mit Zeit und Raum variiert. Wir können in diesem Fall nichts über die Viskosität sagen, da sie entweder Null oder ungleich Null sein kann.

Kurz gesagt, wir können das sagen,

Die folgende Klassifizierung listet die Eigenschaften verschiedener Flüssigkeiten auf der Grundlage ihrer Viskosität und Dichte auf:

S.no.	Art der Flüssigkeit	Viskosität	Dichte
1	Ideale Flüssigkeit	Null	Konstant
2	Reale Flüssigkeit	Ungleich Null	Variable
3	Newtonsche Flüssigkeit	Ungleich Null und haben bestimmte Formel	Kann entweder konstant oder variabel sein
4	Nicht-Newtonsche Flüssigkeit	Ungleich Null und Formel hängt von der Art der nicht-newtonschen Flüssigkeit ab	Kann entweder konstant oder variabel sein
5	Komprimierbare Flüssigkeit	Null/Ungleich Null	Variabel
6	Inkompressible Flüssigkeit	Null/Ungleich Null	Konstant

Fest vs flüssig: Unterschiede zwischen ihnen

Fest und flüssig unterscheiden sich in ihrem Verhalten und folgen nicht den Regeln der Physik auf die gleiche Weise. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften haben wir Solid Mechanics für Solid und Fluid Mechanics für Fluid. Wir können viele Unterschiede zwischen ihnen feststellen, da wir ihr Verhalten unter verschiedenen Bedingungen genau beobachten. Um ihr Verhalten einfacher zu gruppieren, verwenden wir die Eigenschaft Scherspannung. Es definiert die Strömungseigenschaft von Flüssigkeiten und wie sich ihr Verhalten von Festkörpern unterscheidet. Feststoffe neigen dazu, sich unter der Einwirkung von Scherspannung zu biegen und zu verformen. Daher variiert ihre Scherspannung linear mit Biegung oder Verformung. Flüssigkeit neigt dazu, sich unter der Einwirkung von Scherspannung kontinuierlich zu verformen, und die Variation der Scherspannung ist bei Verformung nicht linear. Dies ist der Hauptunterschied zwischen Fest und flüssig.

Abb.: Schubspannungsverhalten

Treibende Kraft für die Fluidströmung

Die Strömungscharakteristik der Flüssigkeit führt zu verschiedenen Phänomenen wie Zyklon, Wetterwechsel, Kühlung des Verbrennungsmotors und vielem mehr. Es stellt sich die Frage, was ist der Grund für den Flüssigkeitsfluss? Und können wir das Fluidströmungsverhalten bei jeder Bedingung vorhersagen? Aufgrund der Druckdifferenz zwischen den beiden Punkten fließt Flüssigkeit von einem Punkt zum anderen. Der natürliche Fluidfluss erfolgt von Hochdruck zu Niederdruck, um die Druckdifferenz an diesen beiden Punkten auszugleichen. Der Durchfluss vom Niederdruck- zum Hochdruckbereich kann mit einer externen Antriebskraft wie Pumpe usw. erreicht werden. Fluidströmungsmuster können klassifiziert werden, können aber zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht genau vorhergesagt werden. Die gesamte Vorhersage für das Fluidströmungsverhalten erfolgt unter Verwendung von Software, die numerische Techniken verwendet, um das Verhalten des Flusses zu einem bestimmten Zeitpunkt zu approximieren.

Bildquelle

Um unsere Studie für den Fluidfluss zu beginnen, lernen wir zunächst verschiedene Parameter im Fluidfluss kennen. Diese Parameter sind Zeitlinien, Pfadlinien, Streifenlinien und Stromlinien.

Timeline:

Wenn wir benachbarte Fluidpartikel markieren, die zu einem bestimmten Zeitpunkt fließen, bildet dies eine Timeline. Um beispielsweise das Verhalten von Fluidpartikeln unter Einwirkung konstanter Scherspannung zu demonstrieren, wurde die Zeitleiste eingeführt, um die Verformung von Fluid zu jedem Zeitpunkt anzugeben. Daher wird in der Zeitleiste jedes einzelne Teilchen der Flüssigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt verfolgt.

Abb.4: Timeline

Pathline:

Wenn wir den Pfad eines Fluidpartikels für einige Zeit verfolgen, bildet es Pathline . Nehmen Sie zum Beispiel Farbstoff und Rauch und machen Sie ein Langzeitbelichtungsfoto der nachfolgenden Bewegung. Der vom Partikel verfolgte Pfad ist Pathline. Hier betrachten wir ein Quellteilchen der Flüssigkeit und beobachten seinen Weg für eine bestimmte Zeit. Der Pfad, den die Partikel während dieser Zeit zurücklegen, ist die Pfadlinie des Partikels.

Abb.: Pathline

Streakline:

Wenn wir den Fluidpartikelpfad an einer bestimmten Stelle für einige Zeit markieren, bildet er eine Streifenlinie. Während der aerodynamischen Prüfung des Windkanals des Automobils, wird Rauch in Richtung zum Auto für aerodynamische Kraft- und Widerstandbewertung freigegeben. Der Weg, den der Rauch über dem Auto zurücklegt, ist streifenartig. Hier betrachten wir den Fluss nachfolgender Schichten, beobachten ihre Position zu einem bestimmten Zeitpunkt und verfolgen die Position, um eine Streifenlinie zu bilden.

Fig: Streakline

Streamline:

Es ist der Pfad, der für ein Fluidpartikel gezeichnet wird, so dass die Tangente an diesem Punkt die Richtung der Geschwindigkeit der Fluidpartikel angibt. Da sie die Tangente an den Fluss sind, kann es keinen Fluss entlang der Stromlinie geben. Sie werden in der Computersimulation zur Strömungsvisualisierung verwendet, bei der Stromlinien gezeichnet werden, um das von den Flüssigkeitspartikeln verfolgte Geschwindigkeitsfeld darzustellen.

Abb.: Streamline

Arten der Flüssigkeitsströmung

Die Flüssigkeitsströmung kann in die folgenden Typen eingeteilt werden:

1. Gleichmäßige und ungleichmäßige Strömung
2. Stetige und instationäre Strömung
3. Rotations- und Irrotationsströmung
4. Kompressible und inkompressible Strömung
5. Viskose und nicht viskose Strömung
6. Externe und interne Strömung
7. Laminare und turbulente Strömung
8. 1D-, 2D- und 3D-Strömung

Lassen Sie uns sie nacheinander untersuchen:

1. Gleichmäßige und ungleichmäßige Strömung

Die Flüssigkeitsströmung wird als gleichmäßig bezeichnet, wenn sich die Flüssigkeitsgeschwindigkeit nicht mit dem Raum ändert. Daher ist bei dieser Art von Fluidströmung die Geschwindigkeit nur von der Zeit und nicht von den X-, Y-, Z-Koordinaten des Fluidpartikels abhängig.

Der Fluidfluss wird als ungleichmäßig bezeichnet, wenn sich die Geschwindigkeit des Fluids mit dem Raum ändert. Daher ist bei dieser Art von Strömung die Geschwindigkeit die Funktion der Zeit und der X-, Y-, Z-Koordinaten von Flüssigkeitspartikeln. Beispielsweise ist, wie in der Figur gezeigt, die Strömungsgeschwindigkeit konstant, wenn sich die Querschnittsfläche nicht ändert, aber wenn sich die Querschnittsfläche ändert, ändert sich die Geschwindigkeit, wenn sich das Fluid in den Abschnitt bewegt. Der Fluss wird ungleichmäßig in der Natur.

Der Fluidfluss durch ein Rohr mit gleichmäßigem Querschnitt wird als gleichmäßiger Fluss bezeichnet, und wenn der Fluidfluss durch ein Rohr ohne gleichmäßigen ( oder konischen) Querschnitt erfolgt, wird er als ungleichmäßiger Fluss bezeichnet

2. Stetige und instationäre Strömung

Die Fluidströmung gilt als stetig, wenn die Fluideigenschaften wie Geschwindigkeit und Druck nicht mit der Zeit variieren. Daher sind die Fluideigenschaften in dieser Strömung nur von den X-, Y-, Z-Koordinaten eines Fluidpartikels abhängig. Für diese Art von Strömung sind Streifenlinien, Stromlinien und Pfadlinien identisch.

Fluidströmung ist instationär, wenn Fluideigenschaften wie Geschwindigkeit und Druck mit der Zeit variieren. Daher sind in dieser Strömung die Fluideigenschaften von der Zeit und den X-, Y-, Z-Koordinaten eines Fluidpartikels abhängig. Bei dieser Art von Strömung sind Streifenlinien, Stromlinien und Pfadlinien nicht identisch.

In der angegebenen Abbildung stellt der erste Ausdruck einen stetigen Fluss dar, während der zweite Ausdruck für einen instationären Fluss steht. Eine konstante Entladung durch Rohr ist ein stabiler Fluss, während variable Entladung durch das Rohr instationärer Fluss ist.

3. Rotations- und Irrotationsströmung

Wenn sich die Flüssigkeitspartikel während der Bewegung in der Stromlinie um ihre Achse drehen, spricht man von Rotationsströmung.
Wenn sich die Flüssigkeitspartikel in einer Stromlinie bewegen und sich nicht um ihre Achse drehen, spricht man von irrotationaler Strömung.
Wir können diese Art von Strömung identifizieren, indem wir die Wirbeligkeit der Strömung berechnen, die von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. Wenn die Vortizität Null ist, ist der Fluidfluss irrotational; andernfalls ist es Rotationsfluss.

4. Kompressible und inkompressible Strömung

In der kompressiblen Strömung ändert sich die Dichte der Flüssigkeit mit Zeit und Raum. Während bei inkompressibler Strömung die Flüssigkeitsdichte konstant bleibt. Diese Strömung findet ihre Anwendung in Bremsflüssigkeit. Im Bremssystem überträgt Bremsflüssigkeit den vom Fuß erzeugten Druck zum Brechen auf die Räder. Wenn die Flüssigkeit inkompressibel ist, überträgt sie den genauen Druck, den der Fuß ausübt, auf die Räder, um effektiv zu bremsen. Wenn die Flüssigkeit komprimierbar ist, ist der auf das Rad übertragene Druck geringer als angewendet. Es kann sogar Null sein. Daher sollte Bremsflüssigkeit inkompressibel sein.

Wir können diese Art von Fluidströmung mit Hilfe der Mach-Zahl schnell identifizieren. Es ist definiert als:

Ma= V / Vs

• Vs= Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeit
• V= Geschwindigkeit der Flüssigkeit

0<= Ma<0.33	Inkompressible Strömung
Ma>0.33	Kompressible Strömung

5. Viskose und nichtviskose Strömung:

Bei einer viskosen Strömung erfahren Flüssigkeitspartikel eine Viskosität zwischen den nachfolgenden Schichten, und daher tritt eine Relativbewegung zwischen der Schicht von Flüssigkeitspartikeln auf. Bei einer nicht viskosen Strömung erfahren Fluidpartikel keine Viskosität zwischen den nachfolgenden Schichten, und daher gibt es keine Relativbewegung zwischen den Fluidpartikeln.

6. Externe und interne Strömung:

Interner Fluidfluss

Das Vorhandensein der Wand bestimmt diese Art von Strömungsmuster. Die Strömung, die vollständig von einem Festkörper begrenzt ist, wird als interne Strömung oder Kanalströmung bezeichnet.

Wenn ein Festkörper die Strömung nicht begrenzt, spricht man von externer Strömung. Zum Beispiel wird die Strömung über ein Automobil als externe Strömung bezeichnet, die mit Hilfe von Software und Windkanaltest visualisiert wird. Die Strömung in einem kreisförmigen Rohr ist eine interne Strömung und kann mit Hilfe von Software und einfachen Laborexperimenten leicht visualisiert werden.

7. Laminare und turbulente Strömung

Bei der laminaren Strömung bewegen sich die Flüssigkeitspartikel in verschiedenen Schichten und vermischen sich nicht makroskopisch. Bei dieser Art von Flüssigkeitsströmung können wir das Strömungsmuster zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhersagen. Alle nachfolgenden Schichten sind in der Strömung parallel zueinander.

Bei turbulenter Strömung vermischen sich die Flüssigkeitspartikel und die Strömung wird zufällig. Das Strömungsmuster kann bei dieser Art von Strömung zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht genau vorhergesagt werden. Es findet eine Wirbelbildung statt, die zu einem großen Energieverlust führt.

Die Reynolds-Zahl wird verwendet, um die Strömung vorherzusagen, d. H. Ob sie turbulent und laminar ist. Die Formel ist gegeben durch:

Re= V*L/µ

Wobei,

• Re = Reynolds-Zahl
• V= Geschwindigkeit des Fluids
• L= Eigenschaften Länge des Objekts, in dem die Strömung stattfindet
• µ= Viskositätskoeffizient

Für die interne Strömung,

0<= Re<=2000	Laminare Strömung
2000< Re<=4000	Übergang von laminar zu turbulent
4000< Re	Turbulente Strömung

Für externe Strömung,

0<=Re<=100000	Laminare Strömung
100000< Re<=500000	Übergang von laminar zu turbulent
500000< Re	Turbulente Strömung

8. 1-D-, 2-D- und 3-D-Fluidströmung:

Beim 1-D-Fluidströmungstyp sind Fluidparameter wie die Geschwindigkeit nur die Funktion der Zeit und einer Raumkoordinate.

Bei den 2D-Arten der Flüssigkeitsströmung sind Flüssigkeitsparameter wie die Geschwindigkeit die Funktion der Zeit und zweier räumlicher Koordinaten.

In der 3D-Fluidströmung sind Fluidparameter wie die Geschwindigkeit die Funktion der Zeit und aller drei Raumkoordinaten.

1- D Fluiddurchfluss	u= f(x,t), v=0 und w=0
2- D Fluiddurchfluss	u= f (x, y, t), v=g (x, y, t), w=0
3- D Fluiddurchfluss	u= f (x, y, z, t), v= g (x, y, z, t), w= h (x, y, z, t)

Häufig gestellte Fragen

Q.1. Was ist der Unterschied zwischen kompressibler Flüssigkeit und kompressibler Strömung?

Antwort- Komprimierbare Flüssigkeit spricht über Flüssigkeit und ihre Dichtevariation, während komprimierbare Strömung nur über Flüssigkeit in Bewegung und die Dichtevariation von Flüssigkeit in Bewegung spricht. Flüssigkeit kann eine konstante Dichte während der statischen Bedingungen und eine variable Dichte während der dynamischen Bedingung haben. Die Mach-Zahl bestimmt, ob der Fluss komprimierbar ist oder nicht. Es entscheidet nicht über die Flüssigkeitseigenschaften.

Frage 2. Welche Art von Flüssigkeitsströmung wird im Übergangsregime berücksichtigt?

Antwort – Dies hängt von der Situation und dem Zustand Ihres Computers ab. Wenn Sie im Übergangsregime einen Wert in der Nähe von turbulent haben und über einen hervorragenden Computer für die Simulation verfügen, entscheiden Sie sich für turbulent. Wenn nicht, dann gehen Sie für Laminar.

Frage 3. Ist Luftstrom durch das Auto geleitet wird, ist externe und interne Strömung

Antwort- Wenn wir den Luftwiderstand eines Autos analysieren, ist es externe Strömung. Es gibt eine gewisse Menge Luft, die in das Auto gelangt. Da es durch feste begrenzt ist, kann daher als interne Strömung betrachtet werden.

Frage 4. Wie heißt das Gesetz, das bei der Anwendung von Bremsflüssigkeit angewendet wird?

Antwort- Der Name des Gesetzes ist Pascals Gesetz. Es besagt, dass für eine inkompressible Flüssigkeit der Druck gleichmäßig in alle Richtungen übertragen wird.

Frage 5. Warum wird Timeline nicht in einem stetigen und instationären Fluss erwähnt?

Antwort – Es gibt kein Konzept der Zeitleiste für einen stetigen Fluss, da die Flüssigkeitsparameter nicht von der Zeit abhängen.

Frage 6. Was ist Pumpe?

Antwort- Pumpe ist ein externes Mittel, das bei der Bewegung von Flüssigkeiten entgegen ihrer natürlichen Strömungsrichtung verwendet wird. Zum Beispiel wird Pumpe im Dampfkraftwerk für das Nehmen des Wassers vom Kondensator zum Kessel in einer Höhe benutzt.

Frage 7. Was ist Schubspannung?

Antwort- Scherspannung ist die Spannung, die durch die tangential auf das Objekt ausgeübte Kraft entsteht, auf die die Kraft ausgeübt wird.