care sunt diferite tipuri de flux de Fluid-explicație completă

Introducere în Fluid

fluidul este o chestiune care tinde să se deformeze continuu sub stres de forfecare. Se compune atât din lichid, cât și din gaze. Toate problemele de pe pământ pot fi clasificate pe baza comportamentului lor în două categorii, adică solide și fluide. Substanța care tinde să curgă în anumite condiții date se numește fluid. Devine esențial să înțelegem diferite tipuri de Fluid și diferența dintre fluid și solid pentru o mai bună înțelegere și vizualizare a tipurilor de flux de fluid. În acest articol, vom discuta despre tipurile de fluid și diferența dintre solid și fluid pe scurt și apoi vom trece pe tipuri de flux de Fluid.

tipurile de fluide

fluidele sunt clasificate în funcție de comportamentul lor sub stres de forfecare. Comportamentul este analizat cu ajutorul cantității numite vâscozitate și densitate a fluidului. Vâscozitatea este ca forța de frecare prezentă în particulele solide, care rezistă mișcării Solidului. Rezistă fluxului de fluid și induce o mișcare relativă între straturile de fluid ulterioare.

pentru a clasifica și a înțelege mai bine clasificarea, luați în considerare următoarea ecuație:

notă: ecuația de mai sus reprezintă fluidul care curge într-o direcție (direcția X), iar debitul în toate celelalte direcții este Zero.

putem clasifica lichidul în 6 tipuri diferite, care sunt discutate după cum urmează:

1. Fluid Ideal:

în acest tip de Fluid, vâscozitatea este considerată a fi Zero, iar densitatea este constantă peste tot. Aceasta înseamnă că nu există o mișcare relativă între straturile de Fluid în fluxul de Fluid și toate straturile se mișcă cu aceeași viteză. Fluidul Ideal este o presupunere și nu sunt prezente în realitate. Aceste ipoteze sunt făcute pentru a analiza comportamentul unor fluide în condiții date.

pe scurt, putem spune că,

2. Fluid Real:

în acest tip de Fluid, vâscozitatea nu este zero, iar densitatea variază peste tot în Fluid. Aceasta înseamnă că există o mișcare relativă între straturile de fluid în fluxul de fluid. Fluidul Real este comportamentul posedat de Fluid în realitate, dar este adesea ignorat pentru a face analiza mai simplă. În fluidul Real, nu avem nicio formulă fixă pentru variația densității și valoare fixă pentru vâscozitatea fluidului. Toate fluidele sunt fluide reale în natură.

pe scurt, putem spune că,

3. Fluid Newtonian:

în fluidul real, nu avem formula exactă pentru calcularea densității și nu știm vâscozitatea fluidului. Fluidul Newtonian este acel fluid cu o valoare definită a vâscozității, iar valoarea exponentului (n) este 1. Ecuația pentru tot fluidul Newtonian poate fi scrisă după cum urmează:

fluidul Newtonian poate avea densitate constantă și variabilă, dar variația densității

în ceea ce privește timpul și spațiul ne va fi cunoscută.

pe scurt, putem spune că,

4. Fluid non-Newtonian:

în acest tip de Fluid, vâscozitatea nu este zero și este definită cu precizie. Densitatea poate varia sau rămâne constantă în ceea ce privește timpul și spațiul. Principala diferență apare cu valoarea exponentului ‘n’, care nu este egal cu 1 și depinde de tipul de fluid non-Newtonian. Ecuația pentru tot fluidul non-Newtonian poate fi scrisă după cum urmează:

5. Lichid Comprimabil:

se spune că fluidul este Fluid compresibil dacă densitatea variază în funcție de timp și spațiu. Nu putem spune despre vâscozitate în acest caz, deoarece poate fi Zero sau diferit de zero.

pe scurt, putem spune că,

6. Fluid incompresibil:

se spune că fluidul este incompresibil dacă densitatea fluidului nu variază în funcție de timp și spațiu. Nu putem spune despre vâscozitate în acest caz, deoarece poate fi Zero sau diferit de zero.

pe scurt, putem spune că,

clasificarea de mai jos enumeră proprietatea diferitelor fluide pe baza vâscozității și densității lor:

S.no.	tip de Fluid	vâscozitate	densitate
1	Fluid Ideal	zero	Constant
2	lichid Real	diferit de Zero	variabil
3	Fluid Newtonian	Non-Zero și au formula definită	poate fi constantă sau variabilă
4	Fluid non-Newtonian	Non-Zero și formula depinde de tipul de fluid non-Newtonian	poate fi constantă sau variabilă
5	lichid compresibil	zero/Non-Zero	variabil
6	fluid incompresibil	zero/Non-Zero	Constant

Solid vs Fluid: diferențele dintre ele

Solid și fluid diferă în comportamentul lor și nu respectă regulile fizicii în același mod. Datorită diferenței lor de proprietăți, avem mecanica solidă pentru mecanica solidă și fluidă pentru Fluid. Putem observa multe diferențe între ele, deoarece observăm îndeaproape comportamentul lor în diferite condiții. Pentru a grupa comportamentul lor într-o manieră mai simplă, folosim proprietatea numită stres de forfecare. Acesta definește proprietatea de curgere a fluidului și modul în care comportamentul său este diferit de solide. Solidele tind să se îndoaie și să se deformeze sub acțiunea stresului de forfecare. Prin urmare, stresul lor de forfecare variază liniar cu îndoirea sau deformarea. Fluidul tinde să se deformeze continuu sub acțiunea stresului de forfecare, iar variația stresului de forfecare nu este liniară cu deformarea. Aceasta este principala diferență între Solid și fluid.

Fig: forfecare stres Comportament

forța motrice pentru fluxul de Fluid

caracteristicile fluxului de Fluid duce la diverse fenomene, cum ar fi ciclon, schimbarea vremii, răcirea motorului cu ardere internă, și multe altele lucruri. Se pune întrebarea, care este motivul fluxului de lichid? Și putem prezice comportamentul fluxului de Fluid la fiecare condiție? Fluidul curge dintr-un punct în altul din cauza diferenței de presiune dintre cele două puncte. Fluxul Natural al fluidului are loc de la presiune înaltă la presiune scăzută pentru a egaliza diferența de presiune în aceste două puncte. Fluxul de la presiune joasă la presiune înaltă poate fi realizat cu forță motrice externă, cum ar fi pompa etc. Modelele de curgere a fluidelor pot fi clasificate, dar nu pot fi prezise cu exactitate la un moment dat. Toată Predicția pentru comportamentul fluxului de Fluid se face cu utilizarea de software care utilizează tehnici numerice pentru a aproxima comportamentul fluxului la un moment dat.

sursa imaginii

pentru a începe studiul nostru pentru fluxul de Fluid, să învățăm mai întâi despre diferiți parametri în fluxul de fluid. Acești parametri sunt cronologii, linii de cale, linii de Streakline și raționalizează.

cronologie:

dacă marcăm curgerea particulelor de fluid adiacente într-o anumită clipă de timp, aceasta formează o cronologie. De exemplu, pentru a demonstra comportamentul particulelor fluide sub acțiunea stresului constant de forfecare, cronologia a fost introdusă pentru a da deformarea fluidului în fiecare moment al timpului. Prin urmare, în cronologie, fiecare particulă de Fluid este urmărită la un moment dat de timp.

Fig.4: Timeline

Pathline:

dacă urmărim calea unei particule fluide de ceva timp, aceasta formează Pathline. De exemplu, luați vopsea și fum și faceți o fotografie lungă de expunere a mișcării sale ulterioare. Calea trasată de particulă este linia de cale. Aici, considerăm o particulă sursă de fluid și observăm calea sa pentru un timp dat. Calea trasată de particule în acel timp este linia de cale a particulei.

Fig.: Pathline

Streakline:

dacă marcăm calea particulelor de Fluid într-o anumită locație de ceva timp, se formează Streakline. În timpul testării aerodinamice a tunelului eolian al automobilului, fumul este eliberat spre mașină pentru evaluarea forței aerodinamice și a tracțiunii. Calea trasată de fumul de peste mașină este Streakline. Aici, luăm în considerare fluxul straturilor ulterioare, observăm poziția lor la un moment dat de timp și urmărim poziția pentru a forma Streakline.

Fig: Streakline

Streamline:

este calea trasată pentru o particulă de fluid, astfel încât tangenta la ea dă direcția vitezei particulelor de fluid în punct. Deoarece acestea sunt tangenta să curgă, nu poate exista nici un flux de-a lungul streamline. Acestea sunt utilizate în simularea pe calculator pentru Vizualizarea fluxului, unde Raționalizările sunt trase pentru a reprezenta câmpul de viteză urmărit de particulele de Fluid.

Fig.: Streamline

tipuri de flux de Fluid

fluxul de Fluid poate fi clasificat în următoarele tipuri:

1. flux Uniform și neuniform
2. flux constant și instabil
3. Flux rotativ și Irotațional
4. Flux compresibil și incompresibil
5. Flux vâscos și non-vâscos
6. Flux extern și intern
7. flux laminar și turbulent
8. 1D, 2D și flux 3d

să studiem despre ele unul câte unul:

1. Fluxul Uniform și neuniform

se spune că fluxul de Fluid este Uniform dacă viteza fluidului nu se schimbă odată cu spațiul. Prin urmare, în acest tip de flux de fluid, viteza depinde doar de timp și nu de coordonatele X, Y, Z ale particulei de fluid.

se spune că fluxul de Fluid este neuniform dacă viteza fluidului se schimbă odată cu spațiul. Prin urmare, în acest tip de flux, viteza este funcția timpului și coordonatele X, Y, Z ale particulelor fluide. De exemplu, așa cum se arată în figură, viteza de curgere este constantă atunci când zona secțiunii transversale nu se schimbă, dar pe măsură ce zona secțiunii transversale se schimbă, viteza variază pe măsură ce fluidul se deplasează în secțiune. Fluxul devine non-Unifrom în natură.

fluxul de fluid printr-o conductă cu o secțiune transversală uniformă se numește flux uniform și dacă fluxul de fluid este printr-o conductă fără secțiune transversală uniformă ( sau conică ) se numește flux neuniform

2. Fluxul constant și instabil

se spune că fluxul de Fluid este constant dacă proprietățile fluidului, cum ar fi viteza și presiunea, nu variază în funcție de timp. Prin urmare, în acest flux, proprietățile fluidului depind doar de coordonatele X, Y, Z ale unei particule de fluid. Pentru acest tip de flux, liniile de streakline, raționalizează și liniile de cale sunt identice.

debitul fluidului este instabil dacă proprietățile fluidului, cum ar fi viteza și presiunea, variază în funcție de timp. Prin urmare, în acest flux, proprietățile fluidului depind de timp și de coordonatele X, Y, Z ale unei particule de fluid. Pentru acest tip de flux, streaklines, raționalizează, și linii de cale nu sunt identice.

în figura dată, prima expresie reprezintă flux constant, în timp ce a doua expresie este pentru flux instabil. O descărcare constantă prin țeavă va fi un flux constant, în timp ce descărcarea variabilă prin țeavă va fi un flux instabil.

3. Flux rotativ și Irotațional

dacă particulele de Fluid se rotesc în jurul axei lor în timp ce se deplasează în streamline, se numește flux de rotație.
dacă particulele de fluid se mișcă într-un flux eficient și nu se rotesc în jurul axei lor, se numește flux Irotațional.
putem identifica acest tip de flux calculând vorticitatea fluxului, care depinde de viteza fluxului. Dacă Vorticitatea este Zero, fluxul de fluid este Irotațional; în caz contrar, este fluxul de rotație.

4. Flux compresibil și incompresibil

în fluxul compresibil, densitatea fluidului se schimbă odată cu timpul și spațiul. În timp ce, în fluxul incompresibil, densitatea fluidului rămâne constantă. Acest flux își găsește aplicația în lichidul de frână. În sistemul de frânare, lichidul de frână transferă presiunea creată de picior pe roți pentru rupere. Dacă lichidul este incompresibil, acesta va transfera presiunea exactă aplicată de picior pe roți pentru o frânare eficientă. Dacă lichidul este compresibil, presiunea transferată pe roată va fi mai mică decât cea aplicată. Poate fi chiar zero. Prin urmare, lichidul de frână ar trebui să fie incompresibil în natură.

putem identifica rapid aceste tipuri de flux de fluid cu ajutorul numărului Mach. Este definit ca:

Ma = V / Vs

• Vs = viteza sunetului în fluid
• V = viteza fluidului

0<=Ma<0.33	Flux incompresibil
Ma>0.33	debit compresibil

5. Flux vâscos și non-vâscos:

în fluxul vâscos, particulele fluide prezintă vâscozitate între straturile ulterioare și, prin urmare, mișcarea relativă are loc între stratul de particule fluide. În fluxul non-vâscos, particulele de Fluid nu prezintă nicio vâscozitate între straturile ulterioare și, prin urmare, nu există o mișcare relativă între particulele de Fluid.

6. Fluxul extern și intern:

fluxul intern de Fluid

prezența peretelui determină acest tip de model de flux. Fluxul complet delimitat de un corp solid se numește flux intern sau flux de conductă.

dacă un corp Solid nu leagă fluxul, se numește flux extern. De exemplu, fluxul peste un automobil se numește flux extern, care este vizualizat cu ajutorul software-urilor și testului tunelului eolian. Fluxul în interiorul unei țevi circulare este fluxul intern și poate fi ușor vizualizat cu ajutorul software-urilor și a experimentelor simple de laborator.

7. Flux Laminar și Turbulent

în fluxul Laminar, particulele de fluid se mișcă în diferite straturi și nu se amestecă macroscopic. În acest tip de flux de fluid, putem prezice modelul fluxului la un moment dat de timp. Toate straturile ulterioare sunt paralele între ele în flux.

în fluxul Turbulent, particulele de fluid se amestecă și fluxul devine aleatoriu. Modelul fluxului nu poate fi prezis cu exactitate la un moment dat de timp în acest tip de flux. Formarea Eddies are loc, ceea ce duce la o cantitate mare de pierderi de energie.

numărul Reynolds este utilizat pentru a prezice fluxul, adică dacă este turbulent și Laminar. Formula este dată de:

Re = V * l / LTC

unde,

• Re = numărul Reynolds
• v= viteza fluidului
• L= caracteristici lungimea obiectului în care are loc fluxul
• OLX= coeficientul de vâscozitate

pentru fluxul intern,

0<=Re<=2000	flux Laminar
2000<Re<=4000	trecerea de la Laminar la turbulent
4000<Re	flux Turbulent

pentru fluxul extern,

0 < = Re<=100000	flux Laminar
100000<Re<=500000	trecerea de la Laminar la turbulent
500000<Re	flux Turbulent

8. Fluxul de Fluid 1-D, 2-D și 3-D:

în tipul 1-D al fluxului de Fluid, parametrii fluidului, cum ar fi viteza, sunt funcția timpului și o singură coordonată spațială.

în tipurile 2-D ale fluxului de Fluid, parametrii fluidului, cum ar fi viteza, sunt funcția timpului și două coordonate spațiale.

în fluxul de Fluid 3-D, parametrii fluidului, cum ar fi viteza, sunt funcția timpului și toate cele trei coordonate spațiale.

1-D fluxul de lichid	u= f (x, t), v = 0 și w=0
2-D fluxul de lichid	u= f(x,y,t), v=g (x, y, t), w=0
3-D fluxul de lichid	u= f(X,y,z,t), v=g(X,y,z, t), w = h (X, y, z, t)

Întrebări frecvente

Î.1. Care este diferența dintre fluidul compresibil și fluxul compresibil?

răspuns – fluidul compresibil vorbește despre Fluid și variația densității sale, în timp ce fluxul compresibil vorbește doar despre fluidul în mișcare și variația densității fluidului în mișcare. Fluidul poate avea o densitate constantă în condiții statice și densitate variabilă în condiții dinamice. Numărul Mach determină dacă debitul este compresibil sau nu. Nu decide caracteristicile fluidului.

Î. 2. Ce tip de flux de Fluid este considerat în regimul de tranziție?

răspuns – depinde de situație și de starea computerului. Dacă aveți o valoare Aproape de turbulent în regim de tranziție și au un calculator excelent pentru simulare, du-te pentru turbulent. Dacă nu, atunci mergeți la Laminar.

Î. 3. Este fluxul de aer trecut prin mașină este fluxul extern și intern

răspuns – dacă analizăm rezistența aerodinamică a unei mașini, este fluxul extern. Există o cantitate de aer care intră în mașină. Deoarece este delimitată de Solid, prin urmare, poate fi considerată ca flux intern.

Î.4. Care este numele legii care se aplică în aplicarea lichidului de frână?

răspuns – numele legii este legea Pascală. Se afirmă că pentru un fluid incompresibil, presiunea este transferată în mod egal în toată direcția.

Î.5. De ce cronologia nu este menționată într-un flux constant și instabil?

Răspuns-Nu există niciun concept de cronologie pentru fluxul constant, deoarece parametrii fluidului nu depind de timp.

Î. 6. Ce este pompa?

răspuns – pompa este un agent extern care este utilizat în mișcarea fluidului, împotriva direcției lor naturale de curgere. De exemplu, pompa este utilizată în centrala electrică cu abur pentru a lua apa de la condensator la cazan la o înălțime.

Î. 7. Ce este stresul de forfecare?

răspuns – stresul de forfecare este stresul dezvoltat de forța aplicată tangențial obiectului, asupra căruia se aplică forța.