mitkä ovat erilaisia Fluid Flow – täydellinen selitys

Johdatus Fluidiin

fluidi on asia, joka taipuu jatkuvasti Leikkausjännityksessä. Se koostuu sekä nesteestä että kaasuista. Kaikki maapallolla olevat asiat voidaan luokitella niiden käyttäytymisen perusteella kahteen kategoriaan, eli kiinteään ja nestemäiseen. Ainetta, joka pyrkii virtaamaan tietyissä olosuhteissa, kutsutaan nesteeksi. On välttämätöntä ymmärtää erilaisia nesteen ja nesteen ja kiinteän eron paremmin ymmärtää ja visualisointi tyyppisiä nesteen virtaus. Tässä artikkelissa, keskustelemme tyyppisiä nestettä ja ero kiinteän ja nesteen lyhyesti ja sitten siirtyä tyyppisiä nesteen virtaus.

Nestetyypit

nesteet luokitellaan niiden käyttäytymisen perusteella Leikkausjännityksessä. Käyttäytymistä analysoidaan nesteen Viskositeetiksi ja tiheydeksi kutsutun määrän avulla. Viskositeetti on kuin kiinteissä hiukkasissa esiintyvä kitkavoima, joka vastustaa kiinteän aineen liikettä. Se vastustaa nesteen virtausta ja aiheuttaa suhteellisen liikkeen seuraavien nestekerrosten välillä.

luokitellaksesi ja ymmärtääksesi luokittelun paremmin, tarkastellaan seuraavaa yhtälöä:

Huomautus: yllä oleva yhtälö kuvaa fluidia, joka virtaa yhteen suuntaan (X-suuntaan), ja virtaus kaikkiin muihin suuntiin on nolla.

voimme luokitella fluidin 6 eri tyyppiin, joita käsitellään seuraavasti:

1. Ideaalineste:

tämän Fluidityypin viskositeetti katsotaan nollaksi ja tiheys on kaikkialla vakio. Se tarkoittaa, että fluidikerrosten välillä ei ole suhteellista liikettä Fluidivirtauksessa ja kaikki kerrokset liikkuvat samalla nopeudella. Ideaalineste on oletus, eivätkä ne ole todellisuudessa läsnä. Nämä oletukset tehdään analysoida käyttäytymistä joidenkin nesteen tietyissä olosuhteissa.

lyhyesti voidaan sanoa, että,

2. Todellinen fluidi:

tämän Fluidityypin viskositeetti ei ole nolla, ja tiheys vaihtelee kaikkialla Fluidissa. Se tarkoittaa, että nestekerrosten välillä on suhteellista liikettä nestevirtauksessa. Todellinen fluidi on fluidin hallitsemaa käyttäytymistä todellisuudessa, mutta se jätetään usein huomiotta analyysin yksinkertaistamiseksi. Todellisessa Fluidissa meillä ei ole mitään kiinteää kaavaa tiheyden vaihtelulle eikä kiinteää arvoa fluidin viskositeetille. Kaikki nesteet ovat luonnossa todellista nestettä.

lyhyesti voidaan sanoa, että,

3. Newtonilainen fluidi:

todellisessa fluidissa meillä ei ole tarkkaa kaavaa tiheyden laskemiseksi, emmekä tiedä fluidin viskositeettia. Newtonilainen fluidi on se fluidi, jolla on määritelty viskositeetin arvo, ja eksponentin (n) arvo on 1. Yhtälö kaikille Newtonilaisille fluideille voidaan kirjoittaa seuraavasti:

Newtonilaisella fluidilla voi olla vakio-ja vaihteleva tiheys, mutta tiheyden vaihtelu

suhteessa aikaan ja avaruuteen tunnetaan.

lyhyesti voidaan sanoa, että,

4. Ei-newtonilainen fluidi:

tämän Fluidityypin viskositeetti ei ole nolla, vaan se määritellään tarkasti. Tiheys voi vaihdella tai pysyä vakiona suhteessa aikaan ja tilaan. Suurin ero syntyy eksponentin ” n ” arvolla, joka ei ole yhtä suuri kuin 1 ja riippuu Ei-newtonilaisen fluidin tyypistä. Yhtälö kaikille ei-Newtonilaisille Fluideille voidaan kirjoittaa seuraavasti:

5. Kokoonpuristuva Neste:

fluidin sanotaan olevan kokoonpuristuva fluidi, jos tiheys vaihtelee ajan ja tilan mukaan. Emme voi sanoa viskositeetista tässä tapauksessa, koska se voi olla joko nolla tai ei-nolla.

lyhyesti voidaan sanoa, että,

6. Fluidi:

fluidin sanotaan olevan Incompressible, jos fluidin tiheys ei vaihtele ajan ja tilan mukaan. Emme voi sanoa viskositeetista tässä tapauksessa, koska se voi olla joko nolla tai ei-nolla.

lyhyesti sanottuna, voimme sanoa, että,

alla oleva luokitus listaa eri nesteiden ominaisuudet niiden viskositeetin ja tiheyden perusteella:

S.no.	nestetyyppi	viskositeetti	tiheys
1	Ideaalineste	nolla	vakio
2	Reaalineste	Ei-Nolla	muuttuja
3	newtonilainen fluidi	Ei-Nolla ja sen määräinen formula_5576>	voi olla joko vakio tai muuttuja
4	Ei-newtonilainen fluidi	Ei-Nolla ja kaava riippuu Ei-newtonilaisen fluidin tyypistä	voi olla joko vakio tai muuttuja
5	kokoonpuristuva Neste	nolla / ei-nolla	muuttuja
6	Puristumaton Neste	nolla / ei-nolla	vakio

kiinteä vs fluidi: erot niiden välillä

kiinteä ja fluidi eroavat toisistaan käyttäytymisessään eivätkä noudata fysiikan sääntöjä samalla tavalla. Koska niiden ominaisuudet eroavat toisistaan, meillä on kiinteä mekaniikka kiinteälle ja Virtausmekaniikka Nesteelle. Voimme huomata monia eroja niiden välillä, kun tarkkailemme tarkasti niiden käyttäytymistä erilaisissa olosuhteissa. Ryhmittelemme heidän käyttäytymistään suoraviivaisempaan suuntaan käyttämällä ominaisuutta nimeltä Shear stress. Se määrittelee fluidin virtausominaisuuden ja sen, miten sen käyttäytyminen eroaa kiintoaineista. Kiintoaineilla on taipumus taipua ja muuttaa muotoaan leikkausjännityksen vaikutuksesta. Siksi niiden leikkausjännitys vaihtelee lineaarisesti taivutuksella tai muodonmuutoksella. Fluidilla on taipumus muuttaa muotoaan jatkuvasti leikkausjännityksen vaikutuksesta, eikä leikkausjännityksen vaihtelu ole lineaarista muodonmuutoksen kanssa. Tämä on tärkein ero kiinteän ja nesteen välillä.

Kuva: Leikkausjännityskäyttäytyminen

Käyttövoima Nestevirtaukselle

nesteen virtausominaisuudet johtavat erilaisiin ilmiöihin, kuten sykloniin, sääolosuhteiden muutokseen, polttomoottorin jäähdytykseen ja moniin muihin asioihin. Herää kysymys, Mikä on syy nesteen virtaukseen? Voimmeko ennustaa nesteen virtauskäyttäytymisen kaikissa olosuhteissa? Neste virtaa pisteestä toiseen näiden kahden pisteen välisen paine-eron vuoksi. Nesteen luonnollinen virtaus tapahtuu korkeapaineesta matalapaineeseen tasaamaan paine-eroa näissä kahdessa pisteessä. Virtaus matalapaineesta korkeapaineen alueelle voidaan saavuttaa ulkoisella käyttövoimalla, kuten pumpulla jne. Fluidin virtauskuviot voidaan luokitella, mutta niitä ei voi ennustaa tarkasti hetkessä. Kaikki ennustaminen Fluid flow käyttäytyminen on tehty käyttämällä ohjelmistoja, jotka käyttävät numeerisia tekniikoita likimääräinen käyttäytymistä virtauksen tietyllä hetkellä.

Image Source

aloittaaksemme Fluid Flow-tutkimuksen, tutustukaamme ensin fluidivirran eri parametreihin. Nämä parametrit ovat aikajanoja, Pathlines, Streaklines, ja Streamlines.

Aikajana:

jos merkitsemme vierekkäisten nestehiukkasten virtaavan tiettynä hetkenä, se muodostaa aikajanan. Esimerkiksi nestehiukkasten käyttäytymisen osoittamiseksi jatkuvan leikkausjännityksen vaikutuksesta otettiin käyttöön aikajana, joka antaa nesteen muodonmuutoksen kullakin hetkellä. Niinpä aikajanassa jokainen Nestehiukkanen jäljitetään tiettynä hetkenä.

Kuva.4: Aikajana

Polkuviiva:

jos jonkin aikaa jäljitämme nestehiukkasen polkua, se muodostaa Polkuviivan. Ota esimerkiksi väriaine ja savu ja ota pitkä valotuskuva sen myöhemmästä liikkeestä. Hiukkasen jäljittämä polku on Pathline. Tässä tarkastelemme lähdehiukkasta nestettä ja tarkkailemme sen kulkua tietyn ajan. Hiukkasten tuona aikana jäljittämä polku on hiukkasen Polkuviiva.

Kuva.: Polkuviiva

Streakline:

jos merkitsemme Fluidipartikkelin rataa tietyssä paikassa jonkin aikaa, se muodostaa Streaklinen. Tuulitunnelin aerodynaamisessa testauksessa autosta vapautuu savua kohti aerodynaamisen voiman ja vastuksen arviointia varten. Savun Jäljittämä reitti on Streakline. Tässä tarkastellaan seuraavien kerrosten virtausta, havainnoidaan niiden sijaintia tiettynä hetkenä ja jäljitetään kanta muodostamaan Streakline.

Fig: Streakline

Streamline:

se on Nestehiukkaselle piirretty polku niin, että sen tangentti antaa nestehiukkasten nopeuden suunnan pisteessä. Koska ne ovat virtauksen tangentti, virtaamaa ei voi olla virtaamaa pitkin. Niitä käytetään Tietokonesimulaatiossa Virtausvisualisoinnissa, jossa virtaviivaisia piirretään edustamaan Virtausnopeuskenttää, jota Nestehiukkaset jäljittävät.

Kuva.: Streamline

tyypit Fluid Flow

Fluid fluid flow voidaan luokitella seuraaviin tyyppeihin:

1. tasainen ja epäyhtenäinen virtaus
2. tasainen ja epävakaa virtaus
3. rotaatio-ja kiertovirta
4. kokoonpuristuva ja kokoonpuristuva virtaus
5. viskoosi ja ei-Viskoosi virtaus
6. ulkoinen ja sisäinen virtaus
7. laminaarinen ja turbulenttinen virtaus
8. 1D, 2D ja 3D virtaus

tutkikaamme niitä yksitellen:

1. Yhtenäinen ja epäyhtenäinen virtaus

fluidin virtauksen sanotaan olevan yhtenäinen, jos fluidin nopeus ei muutu tilan mukana. Näin ollen tällaisissa fluidin virtaamissa nopeus riippuu vain ajasta eikä nestehiukkasen X -, Y -, Z-koordinaateista.

fluidin virtauksen sanotaan olevan epäyhtenäinen, jos fluidin nopeus muuttuu tilan mukana. Näin ollen tämän tyyppinen virtaus, nopeus on funktio aika ja X, Y, Z koordinaatit nesteen hiukkasia. Esimerkiksi, kuten kuvassa, virtausnopeus on vakio, kun poikkileikkauksen pinta-ala ei muutu, mutta koska poikkileikkauksen pinta-ala muuttuu, nopeus vaihtelee nesteen siirtyessä osioon. Virtaus muuttuu luonnossa ei-Unifromiksi.

nesteen virtausta putken läpi, jonka poikkileikkaus on yhtenäinen, kutsutaan uniformiseksi virtaukseksi ja jos fluidin virtaus tapahtuu putken läpi, jossa ei ole yhtenäistä ( tai kapenevaa ) poikkileikkausta, kutsutaan epäyhtenäiseksi virtaukseksi

2. Tasainen ja epävakaa virtaus

fluidin virtauksen sanotaan olevan tasainen, jos fluidin ominaisuudet, kuten nopeus ja paine, eivät muutu ajan myötä. Näin ollen tässä virtauksessa fluidin ominaisuudet riippuvat vain nestehiukkasen X -, Y -, Z-koordinaateista. Tämäntyyppiselle virtaukselle streaklines, streamlines, ja pathlines ovat identtisiä.

fluidin virtaus on epävakaa, jos fluidin ominaisuudet, kuten nopeus ja paine, vaihtelevat ajan myötä. Näin ollen tässä virtauksessa fluidin ominaisuudet riippuvat ajasta ja nestehiukkasen X, Y, Z koordinaateista. Tämän tyyppisessä virtauksessa streaklines, streamlines, ja pathlines eivät ole identtisiä.

annetussa kuvassa ensimmäinen lauseke edustaa tasaista virtausta, kun taas toinen lauseke tarkoittaa epävakaista virtausta. Jatkuva purkaus putken kautta on tasainen virtaus, kun taas vaihteleva purkaus putken läpi on epävakaa virtaus.

3. Rotaatio – ja Irrotaatiovirta

jos Nestehiukkaset pyörivät akselinsa ympäri liikkuessaan virtaviivaisuudessa, sitä kutsutaan Pyörimisvirraksi.
jos nestehiukkaset liikkuvat virtaviivaisesti eivätkä pyöri akselinsa ympäri, sitä kutsutaan Irrotationaaliseksi virtaukseksi.
voimme tunnistaa tämän virtaamatyypin laskemalla virtauksen vortiittisuuden, joka riippuu virtausnopeudesta. Jos Vortiittisuus on nolla, fluidin virtaus on Irrotationaalinen; muuten se on pyörimisvirta.

4. Kokoonpuristuva ja kokoonpuristuva virtaus

Puristuvassa virtauksessa nesteen tiheys muuttuu ajan ja tilan mukana. Kun taas In Incompressible virtaus, tiheys fluidin pysyy vakiona. Tämä virtaus löytää sovelluksensa Jarrunesteestä. Jarrujärjestelmässä Jarruneste siirtää jalan synnyttämän paineen pyörille katkeamista varten. Jos nestettä on Puristamattomana, se siirtää jalan kohdistaman tarkan paineen pyöriin tehokasta jarrutusta varten. Jos neste on puristettavissa, pyörään siirretty paine on pienempi kuin sovellettu. Se voi olla jopa nolla. Näin ollen jarrunesteen tulisi olla luonteeltaan Kokoonpuristumatonta.

voimme nopeasti tunnistaa nämä nestevirtaustyypit Mach-luvun avulla. Se määritellään seuraavasti:

Ma= v / Vs

• Vs = äänen nopeus nesteessä
• v= nesteen nopeus

0<=Ma<0.33	Incompressible flow
Ma>0.33	kokoonpuristuva virtaus

5. Viskoosi ja ei-Viskoosi virtaus:

Viskoosisessa virtauksessa Nestehiukkaset kokevat viskositeetin seuraavien kerrosten välillä, ja näin ollen Nestehiukkasten kerroksen välillä tapahtuu suhteellista liikettä. Ei-Viskoosisessa virtauksessa Nestehiukkaset eivät koe mitään viskositeettia seuraavien kerrosten välillä, joten Nestehiukkasten välillä ei ole suhteellista liikettä.

6. Ulkoinen ja sisäinen virtaus:

sisäinen Fluidivirtaus

seinämän läsnäolo määrittää tämän virtauskuviotyypin. Kiinteän kappaleen kokonaan rajoittamaa virtausta kutsutaan sisäiseksi virtaukseksi tai Kanavavirtaukseksi.

jos jokin kiinteä kappale ei sido virtausta, sitä kutsutaan ulkoiseksi virtaukseksi. Esimerkiksi auton ylittävää virtausta kutsutaan ulkoiseksi virtaukseksi, joka visualisoidaan ohjelmistojen ja Tuulitunnelitestin avulla. Pyöröputken sisällä oleva virtaus on sisäistä virtausta ja se voidaan helposti visualisoida ohjelmistojen ja yksinkertaisten laboratoriokokeiden avulla.

7. Laminaarinen ja turbulenttinen virtaus

laminaarisessa virtauksessa nestehiukkaset liikkuvat eri kerroksissa eivätkä sekoitu makroskooppisesti. Tällaisessa fluidivirtauksessa voimme ennustaa Virtausmallin tiettynä hetkenä. Kaikki myöhemmät kerrokset ovat virtauksessa yhdensuuntaisia keskenään.

turbulenttisessa virtauksessa nestehiukkaset sekoittuvat ja virtaus muuttuu satunnaiseksi. Virtausmallia ei voida ennustaa tarkasti tiettynä hetkenä tällaisessa virtauksessa. Eddies muodostuminen tapahtuu, mikä johtaa suuri määrä energiaa menetys.

Reynoldsin lukua käytetään virtauksen ennustamiseen, eli onko se turbulentti ja laminaarinen. Kaava on annettu:

Re=V * L / µ

missä,

• Re = Reynoldsin luku
• V= nesteen nopeus
• L = kohteen ominaispituus, jossa virtaus tapahtuu
• µ= viskositeettikerroin

sisäisen virtauksen osalta,

0<=Re<=2000	Laminaarivirta
2000<Re<=4000	siirtyminen Laminaarisesta turbulenttiseen
4000<Re	turbulenttinen virtaus

ulkoista virtausta varten,

0< = Re<=100000	Laminaarivirta
100000<Re<=500000	siirtyminen Laminaarisesta turbulenttiseen
500000<Re	turbulenttinen virtaus

8. 1-D, 2-D ja 3-D Nesteen virtaus:

1-D-tyypin Nesteen virtaus, Neste parametrit, kuten nopeus ovat toiminta-aika ja Yksi paikkatietojen Koordinoida vain.

nestevirtauksen 2-D-tyypeissä nesteen parametrit kuten nopeus ovat ajan funktio ja kaksi paikkakoordinaattia.

3-D Fluidivirtauksessa Fluidiparametrit kuten nopeus ovat ajan funktio ja kaikki kolme spatiaalista koordinaattia.

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

Usein kysyttyä

Q. 1. Mitä eroa on Puristettavalla nesteellä ja Puristettavalla virtauksella?

vastaus-puristuva fluidi puhuu fluidista ja sen tiheyden vaihtelusta, kun taas puristuva fluidi puhuu vain liikkeessä olevasta fluidista ja liikkeessä olevan fluidin tiheyden vaihtelusta. Fluidin tiheys voi olla vakio staattisissa olosuhteissa ja vaihteleva tiheys dynaamisessa tilassa. Mach-luku määrittää, onko virtaus puristettavissa vai ei. Se ei ratkaise nesteen ominaisuuksia.

Q. 2. Minkä tyyppinen nestevirtaus otetaan huomioon siirtymäjärjestelyssä?

vastaus-Se riippuu tilanteesta ja tietokoneen kunnosta. Jos arvosi on lähellä turbulenttia siirtymäjärjestelyssä ja sinulla on erinomainen tietokone simulointiin, siirry turbulenttiin. Jos ei, sitten mennä Laminar.

K. 3. Onko auton läpi kulkeva ilmavirtaus ulkoista ja sisäinen virtaus

vastaus-jos analysoimme auton aerodynaamista vastusta, se on ulkoista virtausta. Auton sisälle menee jonkin verran ilmaa. Koska se rajoittuu kiinteä, näin ollen voidaan pitää sisäinen virtaus.

K. 4. Mikä on jarrunesteen levittämisessä sovellettavan lain nimi?

vastaus-lain nimi on Pascalsin laki. Sen mukaan Puristumattomassa nesteessä paine siirtyy tasaisesti kaikkiin suuntiin.

Q. 5. Miksi aikajanaa ei mainita tasaisessa ja epävakaassa virrassa?

vastaus-tasaisen virtauksen aikajanan käsitettä ei ole, koska fluidin parametrit eivät riipu ajasta.

K. 6. Mikä on pumppu?

Vastauspumppu on ulkoinen aine, jota käytetään nesteen liikkeessä niiden luonnollista virtaussuuntaa vastaan. Pumppua käytetään esimerkiksi Höyryvoimalaitoksessa veden viemiseen lauhduttimesta kattilan korkeudelle.

K. 7. Mikä on Leikkausstressi?

Vastausjännitys on kappaleeseen tangentiaalisesti kohdistuvan voiman kehittämä jännitys, johon voima kohdistuu.