jakie są różne rodzaje przepływu płynu-kompletne wyjaśnienie

Wprowadzenie do płynu

płyn jest kwestią, która ma tendencję do odkształcania się w sposób ciągły pod wpływem naprężeń ścinających. Składa się zarówno z cieczy, jak i gazów. Wszystkie sprawy na ziemi można sklasyfikować na podstawie ich zachowania na dwie kategorie, tj. stałe i płynne. Substancja, która ma tendencję do przepływu w określonych warunkach nazywa się płynem. Konieczne staje się zrozumienie różnych rodzajów cieczy i różnicy między płynem a ciałem stałym w celu lepszego zrozumienia i wizualizacji rodzajów przepływu cieczy. W tym artykule omówimy rodzaje płynów i różnicę między ciałem stałym a płynem w skrócie, a następnie przejdziemy do rodzajów przepływu płynu.

rodzaje płynów

płyny są klasyfikowane na podstawie ich zachowania pod wpływem stresu ścinającego. Zachowanie analizuje się za pomocą ilości zwanej lepkością i gęstości płynu. Lepkość jest jak siła tarcia obecna w cząstkach stałych, które są odporne na ruch ciała stałego. Jest odporny na przepływ płynu i indukuje względny ruch między kolejnymi warstwami płynu.

aby sklasyfikować i lepiej zrozumieć klasyfikację, rozważ następujące równanie:

uwaga: powyższe równanie przedstawia płyn płynący w jednym kierunku (kierunek X), a przepływ we wszystkich innych kierunkach wynosi Zero.

możemy sklasyfikować płyn do 6 różnych typów, które są omówione w następujący sposób:

1. Idealny płyn:

w tego typu płynie lepkość jest uważana za zerową, a gęstość jest wszędzie stała. Oznacza to, że nie ma względnego ruchu między warstwami płynu w przepływie płynu i wszystkie warstwy poruszają się z tą samą prędkością. Płyn idealny jest założeniem, a nie są one obecne w rzeczywistości. Założenia te mają na celu analizę zachowania się jakiegoś płynu w danych warunkach.

w skrócie można powiedzieć, że,

2. Prawdziwy płyn:

w tego typu płynie lepkość nie jest zerowa, a gęstość zmienia się wszędzie w płynie. Oznacza to, że istnieje względny ruch między warstwami płynu w przepływie płynu. Prawdziwy płyn to zachowanie posiadane przez płyn w rzeczywistości, ale często jest ignorowany, aby uprościć analizę. W płynie rzeczywistym nie mamy żadnego stałego wzoru na zmienność gęstości i stałej wartości lepkości płynu. Wszystkie płyny są prawdziwym płynem w naturze.

w skrócie można powiedzieć, że,

3. Płyn newtonowski:

w płynie rzeczywistym nie mamy dokładnego wzoru na obliczanie gęstości i nie znamy lepkości płynu. Płyn newtonowski to płyn o określonej wartości lepkości, a wartość wykładnika (N) wynosi 1. Równanie dla całego płynu Newtonowskiego można zapisać następująco:

płyn Newtonowski może mieć stałą i zmienną gęstość, ale zmiana gęstości

w odniesieniu do czasu i przestrzeni będzie nam znana.

w skrócie można powiedzieć, że,

4. Płyn nienewtonowski:

w tego typu płynie lepkość nie jest zerowa i jest dokładnie określona. Gęstość może się różnić lub pozostać stała w odniesieniu do czasu i przestrzeni. Główna różnica powstaje wraz z wartością wykładnika “n”, który nie jest równy 1 i zależy od rodzaju płynu nie Newtonowskiego. Równanie dla wszystkich płynów nie newtonowskich można zapisać następująco:

5. Płyn Ściśliwy:

mówi się, że płyn jest ściśliwym płynem, jeśli gęstość zmienia się w czasie i przestrzeni. Nie możemy powiedzieć o lepkości w tym przypadku, ponieważ może ona być zerowa lub niezerowa.

w skrócie można powiedzieć, że,

6. Płyn nieciśnieniowy:

płyn mówi się, że jest Nieciśnieniowy, jeśli gęstość płynu nie zmienia się w czasie i przestrzeni. Nie możemy powiedzieć o lepkości w tym przypadku, ponieważ może ona być zerowa lub niezerowa.

krótko mówiąc, możemy powiedzieć, że,

poniższa Klasyfikacja wymienia właściwości różnych płynów na podstawie ich lepkości i gęstości:

S.no.	rodzaj płynu	lepkość	gęstość
1	płyn idealny	Zero	stała
2	płyn rzeczywisty	niezerowy	zmienny
3	płyn Newtonowski	niezerowy i ma określony wzór	może być stały lub zmienny
4	płyn nie Newtonowski	niezerowy i wzór zależy od rodzaju płynu nie Newtonowskiego	może być stały lub zmienny
5	płyn ściśliwy	Zero / niezerowy	zmienny
6	płyn Nieciśnieniowy	Zero / niezerowy	stały

ciało stałe vs ciecz: różnice między nimi

ciało stałe i ciecz różnią się w swoim zachowaniu i nie przestrzegają zasad fizyki w ten sam sposób. Ze względu na różnice we właściwościach, mamy mechanikę ciał stałych dla ciał stałych i mechanikę płynów dla płynów. Możemy zauważyć wiele różnic między nimi, ponieważ uważnie obserwujemy ich zachowanie w różnych warunkach. Aby pogrupować ich zachowanie w prostszy sposób, używamy własności zwanej naprężeniem ścinającym. Określa on właściwości przepływu płynu i jego zachowanie różni się od ciał stałych. Ciała stałe mają tendencję do zginania się i odkształcania pod działaniem naprężeń ścinających. Stąd ich naprężenia ścinające zmieniają się liniowo wraz z zginaniem lub odkształceniem. Płyn ma tendencję do odkształcania się w sposób ciągły pod działaniem naprężeń ścinających, a zmienność naprężeń ścinających nie jest liniowa z odkształceniem. Jest to główna różnica między ciałem stałym a płynem.

rys.: zachowanie naprężeń ścinających

siła napędowa przepływu płynu

charakterystyka przepływu płynu prowadzi do różnych zjawisk, takich jak cyklon, zmiana pogody, chłodzenie silnika spalinowego i wiele innych. Powstaje pytanie, Jaka jest przyczyna przepływu płynu? Czy możemy przewidzieć zachowanie przepływu płynu w każdych warunkach? Płyn przepływa z jednego punktu do drugiego z powodu różnicy ciśnień między tymi dwoma punktami. Naturalny przepływ płynu następuje od wysokiego ciśnienia do niskiego ciśnienia, aby wyrównać różnicę ciśnień w tych dwóch punktach. Przepływ z obszaru niskiego ciśnienia do wysokiego ciśnienia można osiągnąć za pomocą zewnętrznej siły napędowej, takiej jak pompa itp. Schematy przepływu cieczy można sklasyfikować, ale nie można ich dokładnie przewidzieć w jednej chwili. Wszystkie przewidywania dotyczące zachowania przepływu płynu są dokonywane przy użyciu oprogramowania, które wykorzystują techniki numeryczne w celu przybliżenia zachowania przepływu w danej chwili.

źródło obrazu

aby rozpocząć nasze badanie przepływu płynu, najpierw poznajmy różne parametry przepływu płynu. Te parametry to linie czasu, ścieżki, linie Streakline i Streamlines.

oś czasu:

jeśli zaznaczymy sąsiednie cząstki płynu ” płynące w danej chwili czasu, tworzy ona oś czasu. Na przykład, aby zademonstrować zachowanie cząstek płynu pod działaniem stałego naprężenia ścinającego, wprowadzono oś czasu, aby dać deformację płynu w każdej chwili czasu. Stąd w osi czasu każda cząstka płynu jest śledzona w danej chwili czasu.

Fig.4: oś czasu

linia ścieżki:

jeśli prześledzimy ścieżkę cząstki płynu przez jakiś czas, tworzy ona linię ścieżki. Na przykład weź barwnik i dym i zrób długą ekspozycję fotografii jego późniejszego ruchu. Ścieżka wytyczona przez cząstkę to linia Pathline. Tutaj rozważamy cząstkę źródłową płynu i obserwujemy jej drogę przez określony czas. Ścieżka wytyczona przez cząstki w tym czasie jest linią ścieżki cząstki.

Fig.: Pathline

Streakline:

jeśli zaznaczamy ścieżkę cząstek płynu w danym miejscu przez jakiś czas, tworzy ona Streakline. Podczas testów aerodynamicznych w tunelu aerodynamicznym samochodu, dym jest uwalniany w kierunku samochodu w celu oceny siły aerodynamicznej i oporu. Ścieżka wytyczona przez dym nad samochodem to Smuga. Rozpatrujemy tutaj przepływ kolejnych warstw, obserwujemy ich położenie w danej chwili czasu i śledzimy Położenie tworząc smugę.

Fig: Streakline

Streamline:

jest to ścieżka narysowana dla cząstki płynu, tak że styczna do niej daje kierunek prędkości cząstek płynu w punkcie. Ponieważ są styczną do przepływu, nie może być przepływu wzdłuż linii streamline. Są one wykorzystywane w symulacji komputerowej do wizualizacji przepływu, gdzie linie Streamline są rysowane do reprezentowania pola prędkości śledzone przez cząstki płynu.

Fig.: Streamline

rodzaje przepływu płynu

przepływ płynu można podzielić na następujące typy:

1. przepływ jednorodny i niejednorodny
2. stały i niestabilny przepływ
3. przepływ obrotowy i Irrotacyjny
4. przepływ ściśliwy i Niezciśniony
5. przepływ lepki i nie lepki
6. przepływ zewnętrzny i wewnętrzny
7. przepływ laminarny i turbulentny
8. przepływ 1D, 2D i 3D

przestudiujmy je jeden po drugim:

1. Jednolity i niejednolity przepływ

przepływ płynu jest uważany za jednolity, jeśli prędkość płynu nie zmienia się wraz z przestrzenią. Stąd w tego typu przepływie cieczy prędkość zależy tylko od czasu, a nie od współrzędnych X, Y, Z cząstki płynu.

przepływ płynu jest niejednorodny, jeśli prędkość płynu zmienia się wraz z przestrzenią. Stąd w tego typu przepływie prędkość jest funkcją czasu i współrzędnych X, Y, Z cząstek płynu. Na przykład, jak pokazano na rysunku, prędkość przepływu jest stała, gdy obszar przekroju nie zmienia się, ale gdy obszar przekroju zmienia się, prędkość zmienia się, gdy płyn porusza się w przekroju. Przepływ staje się nie Unifrom w przyrodzie.

przepływ płynu przez rurę o jednolitym przekroju nazywa się przepływem jednolitym, a jeśli przepływ płynu odbywa się przez rurę o jednolitym ( lub stożkowym ) przekroju nazywa się przepływem niejednorodnym

2. Stały i niestabilny przepływ

przepływ płynu jest uważany za stały, jeśli właściwości płynu, takie jak prędkość i ciśnienie, nie zmieniają się z czasem. Stąd w tym przepływie właściwości płynu zależą tylko od współrzędnych X, Y, Z cząstki płynu. Dla tego typu przepływu linie streaklines, streamlines i pathlines są identyczne.

przepływ płynu jest niestabilny, jeśli właściwości płynu, takie jak prędkość i ciśnienie, zmieniają się w czasie. Stąd w tym przepływie właściwości płynu zależą od czasu i współrzędnych X, Y, Z cząstki płynu. Dla tego typu przepływu linie streakline, streamlines i pathlines nie są identyczne.

na podanym rysunku, pierwsze wyrażenie reprezentuje stały przepływ, podczas gdy drugie wyrażenie jest dla niestabilnego przepływu. Stałe odprowadzanie przez rurę będzie stałym przepływem, podczas gdy zmienne odprowadzanie przez rurę będzie niestabilnym przepływem.

3. Przepływ obrotowy i Irrotacyjny

jeśli cząstki płynu obracają się wokół własnej osi podczas poruszania się w linii opływowej, nazywa się to przepływem obrotowym.
jeśli cząstki płynu poruszają się w linii prostej i nie obracają się wokół własnej osi, nazywa się to przepływem Irrotacyjnym.
możemy zidentyfikować ten rodzaj przepływu, obliczając jego wirowość, która zależy od prędkości przepływu. Jeśli Wiryczność jest zerowa, przepływ płynu jest Nierotacyjny; w przeciwnym razie jest to przepływ obrotowy.

4. Przepływ ściśliwy i Niezciśnieniowy

w ściśliwym przepływie gęstość płynu zmienia się wraz z czasem i przestrzenią. Podczas gdy w Niezciśniętym przepływie gęstość płynu pozostaje stała. Przepływ ten znajduje zastosowanie w płynie hamulcowym. W układzie hamulcowym płyn hamulcowy przenosi ciśnienie wytworzone przez stopę na koła w celu złamania. Jeśli płyn jest niezrozumiały, przeniesie dokładny nacisk wywierany przez stopę na koła, aby skutecznie hamować. Jeśli płyn jest ściśliwy, ciśnienie przenoszone na koło będzie mniejsze niż przyłożone. Może być nawet zero. W związku z tym płyn hamulcowy powinien być niezrozumiały.

możemy szybko zidentyfikować te rodzaje przepływu płynu za pomocą numeru Macha. Jest zdefiniowany jako:

Ma= v/Vs

• Vs= prędkość dźwięku w płynie
• V = prędkość płynu

0<=Ma<0.33	przepływ niezrozumiały
Ma>0.33	ściśliwy przepływ

5. Przepływ lepki i nie lepki:

w przepływie lepkim cząstki płynu doświadczają lepkości między kolejnymi warstwami, a zatem następuje względny ruch między warstwą cząstek płynu. W przepływie Nielepkim cząstki płynu nie doświadczają żadnej lepkości między kolejnymi warstwami, a zatem nie ma względnego ruchu między cząstkami płynu.

6. Przepływ zewnętrzny i wewnętrzny:

wewnętrzny przepływ płynu

obecność ściany określa ten typ przepływu. Przepływ całkowicie ograniczony przez ciało stałe nazywany jest przepływem wewnętrznym lub przepływem kanałowym.

jeśli jakiekolwiek ciało stałe nie wiąże przepływu, nazywa się to przepływem zewnętrznym. Na przykład przepływ nad samochodem nazywany jest przepływem zewnętrznym, który jest wizualizowany za pomocą oprogramowania i testu tunelu aerodynamicznego. Przepływ wewnątrz okrągłej rury jest przepływem wewnętrznym i można go łatwo wizualizować za pomocą oprogramowania i prostych eksperymentów laboratoryjnych.

7. Przepływ laminarny i turbulentny

w przepływie laminarnym cząstki płynu poruszają się w różnych warstwach i nie mieszają makroskopowo. W tego typu przepływie cieczy możemy przewidzieć wzór przepływu w danej chwili. Wszystkie kolejne warstwy są równoległe do siebie w przepływie.

w przepływie turbulentnym cząstki płynu mieszają się, a przepływ staje się losowy. Wzór przepływu nie może być dokładnie przewidywany w danej chwili czasu w tego typu przepływie. Odbywa się tworzenie wirów, co prowadzi do dużej ilości strat energii.

Liczba Reynoldsa jest używana do przewidywania przepływu, tj. czy jest burzliwy i laminarny. Wzór jest dany przez:

Re = V*l / µ

gdzie,

• Re = Liczba Reynoldsa
• V = prędkość płynu
• L = charakterystyka długość obiektu, w którym ma miejsce przepływ
• µ= współczynnik lepkości

dla przepływu wewnętrznego,

0<=Re<=2000	przepływ laminarny
2000<Re<=4000	przejście od laminarnego do burzliwego
4000<Re

dla przepływu zewnętrznego,

0< =Re<=100000	przepływ laminarny
100000<Re<=500000	przejście od laminarnego do burzliwego
500000<Re

8. 1-D, 2-D i 3-D przepływ płynu:

w typie przepływu płynu 1-D parametry płynu, takie jak prędkość, są funkcją czasu i tylko jednej współrzędnej przestrzennej.

w typach 2-D przepływu cieczy parametry płynu, takie jak prędkość, są funkcją czasu i dwóch współrzędnych przestrzennych.

w przepływie płynu 3-D parametry płynu, takie jak prędkość, są funkcją czasu i wszystkich trzech współrzędnych przestrzennych.

1-D przepływ płynu	u= f (x, t), v = 0 i w=0
2-D przepływ płynu	u= f(x,y,t), v=g(x,y, t), w=0
3-D przepływ płynu	u= f(x,y,z,t), v=g(x,y,z,t), w=H(x,y, z, t)

FAQ

Jaka jest różnica między płynem Ściśliwym a przepływem Ściśliwym?

odpowiedź-płyn ściśliwy mówi o płynie i jego zmienności gęstości, podczas gdy przepływ ściśliwy mówi tylko o płynie w ruchu i zmienności gęstości płynu w ruchu. Płyn może mieć stałą gęstość w warunkach statycznych i zmienną gęstość w warunkach dynamicznych. Liczba Mach określa, czy przepływ jest ściśliwy, czy nie. Nie decyduje o właściwościach płynu.

Jaki rodzaj przepływu płynu jest brany pod uwagę w systemie przejściowym?

Odpowiedz-to zależy od sytuacji i stanu Twojego komputera. Jeśli masz wartość zbliżoną do turbulentnego w reżimie przejściowym i masz doskonały komputer do symulacji, wybierz turbulentny. Jeśli nie, wybierz Laminar.

Czy przepływ powietrza przepuszczanego przez samochód jest przepływem zewnętrznym i wewnętrznym

odpowiedź – jeśli przeanalizujemy opór aerodynamiczny samochodu, jest to przepływ zewnętrzny. W samochodzie jest pewna ilość powietrza. Ponieważ jest ograniczony przez ciało stałe, stąd może być uważany za przepływ wewnętrzny.

Jak nazywa się prawo stosowane przy stosowaniu płynu hamulcowego?

odpowiedź-nazwa prawa to prawo Pascala. Stwierdza, że dla Niezciśniętego płynu ciśnienie jest przenoszone równo we wszystkich kierunkach.

Dlaczego oś czasu nie jest wymieniona w stałym i niestabilnym przepływie?

odpowiedź-nie ma koncepcji osi czasu dla stałego przepływu, ponieważ parametry płynu nie zależą od czasu.

Co To jest Pump?

odpowiedź-pompa jest zewnętrznym czynnikiem, który jest używany w ruchu cieczy, wbrew ich naturalnemu kierunkowi przepływu. Na przykład pompa jest używana w elektrowni parowej do pobierania wody ze skraplacza do kotła na wysokości.

Co to jest stres ścinający?

odpowiedź-naprężenie ścinające to naprężenie wywołane siłą przyłożoną stycznie do obiektu, na który przyłożona jest siła.