Quali sono i Diversi Tipi di Flusso del Fluido – Spiegazione Completa
Sommario
Introduzione al Fluido
Il fluido è una questione che tende a deformare continuamente sotto Sollecitazione di Taglio. Consiste sia di liquidi che di gas. Tutte le questioni sulla terra possono essere classificate in base al loro comportamento in due categorie, cioè Solide e Fluide. La sostanza che tende a fluire in determinate condizioni è chiamata fluido. Diventa essenziale comprendere diversi tipi di fluido e la differenza tra fluido e solido per una migliore comprensione e visualizzazione dei tipi di flusso di fluido. In questo articolo, discuteremo tipi di fluido e la differenza tra solido e fluido in breve e poi passare a tipi di flusso di fluido.
Tipi di fluidi
I fluidi sono classificati in base al loro comportamento sotto stress da taglio. Il Comportamento viene analizzato con l’aiuto della Quantità chiamata Viscosità e densità del fluido. La viscosità è come la forza di attrito presente nelle particelle solide, che resistono al movimento del solido. Resiste al flusso del fluido e induce un movimento relativo tra gli strati fluidi successivi.
Per classificare e avere una migliore comprensione della classificazione, considera la seguente equazione:
Nota: Sopra Equazione rappresenta il fluido che scorre in una direzione (X-direzione), e il flusso in tutte le altre direzioni è Zero.
Possiamo classificare il fluido in 6 diversi tipi, che sono discussi come segue:
1. Fluido ideale:
In questo tipo di fluido, la viscosità è considerata pari a zero e la densità è costante ovunque. Significa che non c’è movimento relativo tra gli strati di fluido nel flusso del fluido e tutti gli strati si muovono con la stessa velocità. Il fluido ideale è un’ipotesi e non sono presenti nella realtà. Queste ipotesi sono fatte per analizzare il comportamento di alcuni fluidi in determinate condizioni.
In breve, possiamo dire che,
2. Fluido reale:
In questo tipo di fluido, la viscosità non è zero e la densità varia ovunque nel fluido. Significa che c’è un movimento relativo tra gli strati di fluido nel flusso del fluido. Il fluido reale è il comportamento posseduto dal Fluido nella realtà, ma viene spesso ignorato per rendere l’analisi più semplice. Nel fluido reale, non abbiamo alcuna formula fissa per la variazione della densità e del valore fisso per la viscosità del fluido. Tutti i fluidi sono veri fluidi in natura.
In breve, possiamo dire che,
3. Fluido newtoniano:
Nel fluido reale, non abbiamo la formula esatta per calcolare la densità e non conosciamo la viscosità del fluido. Il fluido newtoniano è quel fluido con un valore definito di Viscosità e il valore dell’esponente (n) è 1. L’equazione per tutto il fluido newtoniano può essere scritta come segue:
Il fluido newtoniano può avere Densità costante e variabile, ma la Variazione di densità
rispetto al tempo e allo spazio ci sarà nota.
In breve, possiamo dire che,
4. Fluido non newtoniano:
In questo tipo di fluido, la viscosità non è zero ed è definita con precisione. La densità può variare o rimanere costante rispetto al Tempo e allo Spazio. La differenza principale sorge con il valore dell’Esponente ‘n’, che non è uguale a 1 e dipende dal tipo di fluido non newtoniano. L’equazione per tutto il fluido non newtoniano può essere scritta come segue:
5. Fluido comprimibile:
Il fluido è detto Fluido comprimibile se la densità varia con il tempo e lo spazio. Non possiamo dire della Viscosità in questo caso in quanto può essere Zero o diverso da Zero.
In breve, possiamo dire che,
6. Fluido incomprimibile:
Si dice che il fluido sia incomprimibile se la densità del fluido non varia con il tempo e lo spazio. Non possiamo dire della Viscosità in questo caso in quanto può essere Zero o diverso da Zero.
In breve, possiamo dire che,
La seguente classificazione elenca le proprietà dei diversi fluidi in base alla loro viscosità e densità:
| S.no. | Tipo di Fluido | Viscosità | Densità |
| 1 | Ideale Fluido | Zero | Costante |
| 2 | Fluido Reale | Zero | Variabile |
| 3 | Fluido Newtoniano | Non-Zero e hanno formula definita | Può essere Costante o variabile |
| 4 | Non Fluido Newtoniano | Non-Zero e la formula dipende dal tipo di Non-fluido Newtoniano | Può essere costante o Variabile |
| 5 | Fluido Comprimibile | Zero/Zero | Variabile |
| 6 | Fluido Incomprimibile | Zero/Zero | Costante |
Solido vs Fluido: Differenze Tra di Loro
Solidi e fluidi diversi nel loro comportamento e non seguono le regole della Fisica nello stesso modo. A causa della loro differenza di proprietà, abbiamo Meccanica solida per meccanica solida e fluida per fluido. Possiamo notare molte differenze tra loro mentre osserviamo da vicino il loro comportamento in varie condizioni. Per raggruppare il loro comportamento in modo più semplice, usiamo la proprietà chiamata Shear stress. Definisce la proprietà di flusso del fluido e come il suo comportamento è diverso dai solidi. I solidi tendono a piegarsi e deformarsi sotto l’azione dello stress da taglio. Quindi, la loro sollecitazione di taglio varia linearmente con la flessione o la deformazione. Il fluido tende a deformarsi continuamente sotto l’azione dello stress di taglio e la variazione dello stress di taglio non è lineare con la deformazione. Questa è la principale differenza tra solido e fluido.
Fig: Shear Stress Comportamento
Forza Trainante per il Flusso di Fluido
Caratteristiche di Flusso del Fluido portare a vari Fenomeni come il Ciclone, Modificare nel Tempo, di Raffreddamento del Motore a Combustione Interna, e molte altre cose. La domanda sorge spontanea, qual è la ragione del flusso di fluido? E possiamo prevedere il comportamento del flusso del fluido ad ogni condizione? Il fluido scorre da un punto all’altro a causa della differenza di pressione tra i due punti. Il flusso naturale di fluido avviene da alta pressione a bassa pressione per equalizzare la differenza di pressione in questi due punti. Il flusso da bassa pressione a regione ad alta pressione può essere raggiunto con forza motrice esterna,come pompa, ecc. I modelli di flusso del fluido possono essere classificati ma non possono essere previsti con precisione in un istante di tempo. Tutta la previsione per il comportamento del flusso del fluido è fatta con l’uso di software che utilizzano tecniche numeriche per approssimare il comportamento del flusso in un dato istante.
Fonte dell’immagine
Per iniziare il nostro studio per il flusso del fluido, impariamo prima i diversi parametri nel flusso del fluido. Questi parametri sono Timeline, Pathline, Streakline e Streakline.
Timeline:
Se segniamo il flusso di particelle fluide adiacenti in un dato istante di tempo, forma una timeline. Ad esempio, per dimostrare il comportamento delle particelle fluide sotto l’azione dello stress di taglio costante, è stata introdotta la timeline per dare la deformazione del fluido in ogni istante di tempo. Quindi, nella timeline, Ogni Particella di Fluido viene tracciata in un dato Istante di tempo.
Fig.4: Timeline
Pathline:
Se tracciamo il percorso di una particella fluida per qualche tempo, forma Pathline. Ad esempio, prendere colorante e fumo, e prendere una lunga esposizione fotografia del suo movimento successivo. Il percorso tracciato dalla Particella è Pathline. Qui, consideriamo una Particella sorgente di fluido e Osserviamo il suo Percorso per un dato Tempo. Il Percorso tracciato dalle Particelle durante quel Tempo è il Percorso della Particella.
Fig.: Pathline
Streakline:
Se segniamo il percorso della particella fluida in una determinata posizione per un certo tempo, forma Streakline. Durante i test aerodinamici in galleria del vento dell’automobile, il fumo viene rilasciato verso l’auto per la valutazione della forza aerodinamica e della resistenza. Il percorso tracciato dal fumo sopra l’auto è Streakline. Qui, consideriamo il flusso degli strati successivi, osserviamo la loro posizione in un dato istante di tempo e tracciamo la Posizione per formare Streakline.
Fig: Streakline
Streamline:
È il percorso tracciato per una particella fluida in modo che tangente ad essa dia la direzione della velocità delle particelle fluide nel punto. Poiché sono la tangente al flusso, non ci può essere alcun flusso lungo lo streamline. Sono utilizzati nella simulazione al computer per la visualizzazione del flusso, dove le linee di corrente sono disegnate per rappresentare il campo di velocità tracciato dalle particelle fluide.
Fig.: Streamline
Tipi di flusso di fluido
Flusso di fluido può essere classificato nei seguenti tipi:
- uniforme e non Uniforme del flusso
- Costante e Flusso Instabile
- Rotazione e Irrotazionali Flusso
- Comprimibili e Incomprimibili Flusso
- Viscoso e non Viscoso Flusso
- Esterni e Interni Flusso
- Laminare e flusso Turbolento
- 1D, 2D, e di Flusso 3D
iniziamo a Studiare su di loro uno per uno:
1. Flusso uniforme e non uniforme
Il flusso del fluido si dice uniforme se la velocità del fluido non cambia con lo Spazio. Quindi, in questo tipo di flusso di fluido, la velocità dipende solo dal Tempo e non dalle coordinate X, Y, Z della particella fluida.
Il flusso del fluido è detto non uniforme se la velocità del fluido cambia con lo Spazio. Quindi, in questo tipo di flusso, la velocità è la funzione del tempo e delle coordinate X, Y, Z delle particelle fluide. Ad esempio, Come mostrato in figura, la Velocità del flusso è costante quando l’area della sezione trasversale non cambia, ma quando l’area della sezione trasversale cambia, la Velocità varia man mano che il fluido si muove nella sezione. Il flusso diventa non unificadalla natura.
Il flusso di fluido attraverso un tubo con una sezione trasversale uniforme è chiamato flusso uniforme e se il flusso di fluido attraversa un tubo senza sezione trasversale uniforme ( o affusolata ) è chiamato flusso non uniforme
2. Flusso costante e instabile
Si dice che il flusso del fluido sia costante se le proprietà del fluido come la velocità e la pressione non variano nel tempo. Quindi, in questo flusso, le proprietà del fluido dipendono solo dalle coordinate X, Y, Z di una particella fluida. Per questo tipo di flusso, streaklines, streaklines e pathlines sono identici.
Il flusso del fluido è instabile se le proprietà del fluido come velocità e pressione variano nel tempo. Quindi, in questo flusso, le proprietà del fluido dipendono dal tempo e dalle coordinate X, Y, Z di una particella fluida. Per questo tipo di flusso, streaklines, streaklines e pathlines non sono identici.
Nella figura data, la prima espressione rappresenta il flusso costante, mentre la seconda espressione è per il flusso instabile. Uno scarico costante attraverso il tubo sarà un flusso costante, mentre lo scarico variabile attraverso il tubo sarà flusso instabile.
3. Flusso rotazionale e irrotazionale
Se le particelle fluide ruotano attorno al loro asse mentre si muovono nello streamline, si chiama flusso rotazionale.
Se le particelle fluide si muovono in modo snello e non ruotano attorno al loro asse, si parla di flusso irrotazionale.
Possiamo identificare questo tipo di flusso calcolando la vorticità del flusso, che dipende dalla velocità del flusso. Se la vorticità è Zero, il flusso del fluido è Irrotazionale; altrimenti, è flusso rotazionale.
4. Flusso comprimibile e incomprimibile
Nel flusso comprimibile, la densità del fluido cambia con il tempo e lo spazio. Mentre, Nel flusso incomprimibile, la densità del fluido rimane costante. Questo flusso trova la sua applicazione nel liquido dei freni. Nel sistema frenante, il liquido dei freni trasferisce la pressione creata dal piede alle ruote per la rottura. Se il fluido è incomprimibile, trasferirà l’esatta pressione applicata dal piede alle ruote per una frenata efficace. Se il fluido è comprimibile, la pressione trasferita alla ruota sarà inferiore a quella applicata. Potrebbe anche essere zero. Quindi, il liquido dei freni dovrebbe essere incomprimibile in natura.
Possiamo identificare rapidamente questi tipi di flusso di fluido con l’aiuto del numero di Mach. Essa è definita come:
Ma= V/Vs
- Vs= Velocità del Suono nel fluido
- V= Velocità del fluido
| 0<=Ma<0.33 | flusso Incomprimibile |
| Ma>0.33 | flusso Comprimibile |
5. Flusso viscoso e non viscoso:
Nel flusso viscoso, le particelle fluide sperimentano la viscosità tra gli strati successivi e, quindi, si verifica un movimento relativo tra lo strato di particelle fluide. Nel flusso non viscoso, le particelle fluide non presentano alcuna viscosità tra gli strati successivi e, quindi, non vi è alcun movimento relativo tra le particelle fluide.
6. Flusso esterno ed interno:
Flusso fluido interno
La presenza della parete determina questo tipo di flusso. Il flusso completamente delimitato da un corpo solido è chiamato flusso interno o flusso del condotto.
Se un corpo solido non vincola il flusso, viene chiamato flusso esterno. Ad esempio, il flusso su un’automobile è chiamato Flusso esterno, che viene visualizzato con l’aiuto di software e test in galleria del vento. Il flusso all’interno di un tubo circolare è Flusso interno e può essere facilmente visualizzato con l’aiuto di software e semplici esperimenti di laboratorio.
7. Flusso laminare e turbolento
Nel flusso laminare, le particelle fluide si muovono a diversi strati e non si mescolano macroscopicamente. In questo tipo di flusso di fluido, possiamo prevedere il modello di flusso in un dato istante di tempo. Tutti i livelli successivi sono paralleli tra loro nel Flusso.
Nel flusso turbolento, le particelle fluide si mescolano e il flusso diventa casuale. Il modello di flusso non può essere previsto con precisione in un dato istante di tempo in questo tipo di flusso. Si verifica la formazione di vortici, che porta a una grande quantità di perdita di energia.
Il numero di Reynolds viene utilizzato per prevedere il flusso, cioè se è turbolento e laminare. La formula è data da:
Re= V*L/µ
Dove,
- Re = numero di Reynolds
- V= Velocità del fluido
- L= Caratteristiche lunghezza di un Oggetto in cui il flusso è in corso
- µ= Coefficiente di Viscosità
Per il Flusso Interno,
| 0<=Re<=2000 | Flusso Laminare |
| 2000<Re<=4000 | Transizione da Laminare a turbolento |
| 4000<Re | Flusso Turbolento |
Per il Flusso Esterno,
| 0<=Re<=100000 | Flusso Laminare |
| 100000<Re<=500000 | Transizione da Laminare a turbolento |
| 500000<Re | Flusso Turbolento |
8. Flusso fluido 1-D, 2-D e 3-D:
Nel tipo 1-D di flusso fluido, i parametri del fluido come la velocità sono la funzione del tempo e una sola coordinata spaziale.
Nei tipi 2-D di flusso del fluido, i parametri del fluido come la velocità sono la funzione del tempo e due coordinate spaziali.
Nel flusso del fluido 3D, i parametri del fluido come la velocità sono la funzione del tempo e di tutte e tre le coordinate spaziali.
| 1-D il Flusso del fluido | u= f(x,t), v=0, w=0 |
| 2-D il Flusso del fluido | u= f(x,y,t), v=g(x,y,t), w=0 |
| 3-D il Flusso del fluido | u= f(x,y,z,t), v=g(x,y,z,t), w=h(x,y,z,t) |
Faq
Q. 1. Qual è la differenza tra fluido comprimibile e flusso comprimibile?
Risposta – Il fluido comprimibile parla del Fluido e della sua variazione di densità, mentre il flusso comprimibile parla solo del Fluido in movimento e della variazione di densità del Fluido in movimento. Il fluido può avere una densità costante durante le condizioni statiche e una densità variabile durante le condizioni dinamiche. Il numero di mach determina se il flusso è comprimibile o meno. Non decide le caratteristiche del fluido.
Q. 2. Quale tipo di flusso di fluido è considerato nel regime di transizione?
Risposta-Dipende dalla situazione e dalle condizioni del computer. Se si dispone di un valore vicino a turbolento in regime di transizione e hanno un ottimo computer per la simulazione, andare per turbolento. Se no, allora vai per Laminare.
Q. 3. È flusso di aria passata attraverso la macchina è Flusso esterno e interno
Risposta – Se analizziamo la resistenza aerodinamica di una macchina, è flusso esterno. C’è una certa quantità di aria che va all’interno della macchina. Poiché è delimitato da Solido, Quindi, può essere considerato come Flusso interno.
Q. 4. Qual è il nome della legge applicata nell’applicazione del liquido dei freni?
Risposta-Il nome della legge è Pascals law. Afferma che per un fluido incomprimibile, la pressione viene trasferita ugualmente in tutta la direzione.
Q. 5. Perché la timeline non è menzionata in un flusso costante e instabile?
Risposta-Non esiste un concetto di timeline per il flusso costante, poiché i parametri del fluido non dipendono dal tempo.
Q. 6. Che cosa è pompa?
Answer – Pump è un agente esterno che viene utilizzato nel movimento del fluido, contro la loro direzione naturale del flusso. Ad esempio, la pompa viene utilizzata nella centrale a vapore per prelevare l’acqua dal condensatore alla caldaia ad un’altezza.
Q. 7. Cos’è lo stress da taglio?
Risposta – Lo stress di taglio è lo stress sviluppato dalla forza applicata tangenzialmente all’Oggetto, su cui viene applicata la forza.
Leave a Reply