vilka är olika typer av vätskeflöde-fullständig förklaring

introduktion till vätska

vätskan är en fråga som tenderar att deformeras kontinuerligt under skjuvspänning. Den består av både vätska och gaser. Alla frågor på jorden kan klassificeras baserat på deras beteende i två kategorier, dvs fast och flytande. Ämnet som tenderar att flöda under vissa givna förhållanden kallas vätska. Det blir viktigt att förstå olika typer av vätska och skillnaden mellan vätska och fast för bättre förståelse och visualisering av typer av vätskeflöde. I den här artikeln kommer vi att diskutera typer av vätska och skillnaden mellan fast och vätska i korthet och sedan flytta till typer av vätskeflöde.

typer av vätskor

vätskor klassificeras baserat på deras beteende under skjuvspänning. Beteendet analyseras med hjälp av kvantitet som kallas viskositet och densitet av vätska. Viskositet är som friktionskraft närvarande i fasta partiklar, som motstår rörelsen av fast ämne. Det motstår vätskeflödet och inducerar en relativ rörelse mellan de efterföljande vätskeskikten.

för att klassificera och få en bättre förståelse för klassificering, överväga följande ekvation:

ovanstående ekvation representerar vätskan som strömmar i en riktning (X-riktning) och flödet i alla andra riktningar är noll.

vi kan klassificera vätska i 6 olika typer, som diskuteras enligt följande:

1. Idealisk vätska:

i denna typ av vätska anses viskositeten vara noll och densiteten är konstant överallt. Det betyder att det inte finns någon relativ rörelse mellan vätskans lager i vätskeflödet och alla lager rör sig med samma hastighet. Idealisk vätska är ett antagande, och de är inte närvarande i verkligheten. Dessa antaganden görs för att analysera beteendet hos viss vätska vid givna förhållanden.

kort sagt kan vi säga det,

2. Verklig vätska:

i denna typ av vätska är viskositeten inte noll och densiteten varierar överallt i vätskan. Det betyder att det finns relativ rörelse mellan vätskans lager i vätskeflödet. Verklig vätska är beteendet hos vätska i verkligheten men ignoreras ofta för att göra analysen enklare. I verklig vätska har vi ingen fast formel för variation av densitet och fast värde för vätskans viskositet. Alla vätskor är verkliga vätska i naturen.

kort sagt kan vi säga det,

3. Newtonsk vätska:

i verklig vätska har vi inte den exakta formeln för beräkning av densitet, och vi vet inte vätskans viskositet. Newtonsk vätska är den vätska med ett definierat Viskositetsvärde och Exponentvärdet (n) är 1. Ekvationen för all newtonsk vätska kan skrivas enligt följande:

newtonsk vätska kan ha konstant och variabel densitet, men variationen av densitet

med avseende på tid och rum kommer att vara känd för oss.

kort sagt kan vi säga det,

4. Icke-newtonsk vätska:

i denna typ av vätska är viskositeten inte noll och definieras exakt. Tätheten kan variera eller förbli konstant med avseende på tid och rum. Huvudskillnaden uppstår med värdet av Exponent ‘n’, vilket inte är lika med 1 och beror på typen av icke-newtonisk vätska. Ekvationen för all icke-newtonsk vätska kan skrivas enligt följande:

5. Komprimerbar Vätska:

vätskan sägs vara komprimerbar vätska om densiteten varierar med tid och rum. Vi kan inte säga om viskositeten i det här fallet eftersom det antingen kan vara noll eller icke-noll.

kort sagt kan vi säga det,

6. Inkompressibel vätska:

vätskan sägs vara inkompressibel om vätskans densitet inte varierar med tid och rum. Vi kan inte säga om viskositeten i det här fallet eftersom det antingen kan vara noll eller icke-noll.

kort sagt kan vi säga det,

nedanstående klassificering listar egenskapen hos olika vätskor på grundval av deras viskositet och densitet:

S.no.	typ av vätska	viskositet	densitet
1	idealisk vätska	noll	konstant
2	verklig vätska	icke-noll	variabel
3	newtonsk vätska	icke-noll och har bestämd formel	kan vara antingen konstant eller variabel
4	icke-newtonsk vätska	icke-noll och formel beror på typ av icke-newtonsk vätska	kan vara antingen konstant eller Variabel
5	komprimerbar vätska	noll / icke-noll	variabel
6	inkompressibel vätska	noll / icke-noll	konstant

Solid vs Fluid: skillnader mellan dem

fast och vätska skiljer sig åt i deras beteende och följer inte fysikens regler på samma sätt. På grund av deras skillnad i egenskaper har vi Hållfasthetslära för fast och fluidmekanik för vätska. Vi kan notera många skillnader mellan dem när vi noggrant observerar deras beteende under olika förhållanden. För att gruppera deras beteende på ett enklare sätt använder vi egenskapen Shear stress. Den definierar flödesegenskapen hos vätska och hur dess beteende skiljer sig från fasta ämnen. Fasta ämnen tenderar att böja och deformeras under verkan av skjuvspänning. Därför varierar deras skjuvspänning linjärt med böjning eller deformation. Vätska tenderar att deformeras kontinuerligt under verkan av skjuvspänning, och variationen av skjuvspänning är inte linjär med Deformation. Detta är den största skillnaden mellan fast och flytande.

Fig: Skjuvspänningsbeteende

drivkraft för vätskeflöde

flödesegenskaper hos vätska leder till olika fenomen som cyklon, förändring i väder, kylning av förbränningsmotor och många fler saker. Frågan uppstår, Vad är orsaken till flödet av vätska? Och kan vi förutsäga Vätskeflödesbeteendet vid varje tillstånd? Vätska strömmar från en punkt till en annan på grund av tryckskillnaden mellan de två punkterna. Det naturliga flödet av vätska sker från högt tryck till lågt tryck för att utjämna tryckskillnaden vid dessa två punkter. Flöde från lågtryck till Högtrycksregion kan uppnås med extern drivkraft,såsom Pump, etc. Vätskeflödesmönster kan klassificeras men kan inte förutsägas exakt vid ett ögonblick. All förutsägelse för Vätskeflödesbeteendet görs med hjälp av mjukvaror som använder numeriska tekniker för att approximera flödets beteende vid ett givet ögonblick.

Bildkälla

för att starta vår studie för vätskeflöde, låt oss först lära oss om olika parametrar i vätskeflöde. Dessa parametrar är tidslinjer, Pathlines, Streaklines och strömlinjer.

tidslinje:

om vi markerar intilliggande vätskepartiklar som flyter vid ett givet ögonblick bildar det en tidslinje. Till exempel, för att demonstrera vätskepartikelbeteende under verkan av konstant skjuvspänning, infördes tidslinjen för att ge deformation av vätska vid varje ögonblick. Därför spåras varje partikel av vätska i tidslinjen vid ett givet ögonblick.

Fig.4: tidslinje

Pathline:

om vi spårar vägen för en vätskepartikel under en tid bildar den Pathline. Ta till exempel färg och rök och ta ett långt exponeringsfoto av dess efterföljande rörelse. Den väg som spåras av partikeln är Pathline. Här betraktar vi en källpartikel av vätska och observerar dess väg för en given tid. Den väg som spåras av partiklarna under den tiden är partikelns väglinje.

Fig.: Pathline

Streakline:

om vi markerar Vätskepartikelvägen på en viss plats under en tid bildar den Streakline. Under Vindtunnelens aerodynamiska testning av bil släpps rök mot bilen för aerodynamisk kraft-och Dragutvärdering. Stigen som spåras av röken över bilen är Streakline. Här betraktar vi flödet av efterföljande lager, observerar deras Position vid ett givet ögonblick och spårar positionen för att bilda Streakline.

Fig: Streakline

Streamline:

det är den väg som dras för en fluidpartikel så att tangent till den ger riktningen för hastigheten hos fluidpartiklar vid punkten. Eftersom de är tangenten att flöda, kan det inte finnas något flöde längs strömlinjen. De används i datorsimulering för Flödesvisualisering, där strömlinjer dras för att representera hastighetsfält som spåras av Vätskepartiklarna.

Fig.: Strömlinjeforma

typer av vätskeflöde

vätskeflöde kan klassificeras i följande typer:

1. enhetligt och ojämnt flöde
2. stadigt och ostadigt flöde
3. rotations-och Irrotationsflöde
4. Komprimerbart och inkompressibelt flöde
5. visköst och icke-visköst flöde
6. externt och internt flöde
7. laminärt och turbulent flöde
8. 1d, 2d och 3D flöde

Låt oss studera om dem en efter en:

1. Enhetligt och ojämnt flöde

vätskeflöde sägs vara enhetligt om vätskans hastighet inte förändras med rymden. Därför är hastigheten i denna typ av vätskeflöde endast beroende av tid och inte på X, Y, Z-koordinater för vätskepartikel.

vätskeflöde sägs vara ojämnt om vätskans hastighet förändras med rymden. Därför är hastigheten i denna typ av flöde funktionen av tid och X, Y, Z-koordinater för vätskepartiklar. Till exempel, som visas i figuren, är flödeshastigheten konstant när tvärsnittsområdet inte förändras, men när tvärsnittsområdet ändras varierar hastigheten när vätskan rör sig in i sektionen. Flödet blir icke-Unifrom i naturen.

vätskeflödet genom ett rör med ett enhetligt tvärsnitt kallas enhetligt flöde och om vätskeflödet sker genom ett rör utan enhetligt ( eller avsmalnande ) tvärsnitt kallas ojämnt flöde

2. Stadigt och ostadigt flöde

vätskeflöde sägs vara stabilt om Vätskeregenskaper som hastighet och tryck inte varierar med tiden. Följaktligen är Fluidegenskaperna i detta flöde endast beroende av X -, Y -, Z-koordinaterna för en fluidpartikel. För denna typ av flöde är streaklines, streamlines och pathlines identiska.

fluidflödet är ostadigt om fluidegenskaper som hastighet och tryck varierar med tiden. Följaktligen är Fluidegenskaperna i detta flöde beroende av tid och X, Y, Z-koordinater för en fluidpartikel. För denna typ av flöde är streaklines, streamlines och pathlines inte identiska.

i den givna figuren representerar det första uttrycket stadigt flöde, medan det andra uttrycket är för ostadigt flöde. En konstant urladdning genom röret kommer att vara ett stadigt flöde, medan variabel urladdning genom röret kommer att vara ostadigt flöde.

3. Rotations-och Irrotationsflöde

om Vätskepartiklarna roterar runt sin axel medan de rör sig i strömlinjen kallas det Rotationsflöde.
om vätskepartiklarna rör sig i en strömlinje och inte roterar runt sin axel kallas det Irrotationsflöde.
vi kan identifiera denna typ av flöde genom att beräkna flödets vorticitet, vilket beror på flödeshastigheten. Om vorticitet är noll är vätskeflödet Irrotational; annars är det rotationsflöde.

4. Komprimerbart och inkompressibelt flöde

i Komprimerbart flöde förändras vätskans densitet med tid och rum. Medan, i inkompressibelt flöde, förblir vätskans densitet konstant. Detta flöde finner sin tillämpning i bromsvätska. I bromssystemet överför bromsvätska trycket som skapas av foten till hjul för att bryta. Om vätska är inkompressibel, kommer den att överföra det exakta trycket som appliceras av foten till hjulen för effektiv bromsning. Om vätskan är komprimerbar kommer trycket som överförs till hjulet att vara mindre än applicerat. Det kan till och med vara noll. Därför bör bromsvätska vara inkompressibel i naturen.

vi kan snabbt identifiera dessa typer av vätskeflöde med hjälp av Mach-nummer. Det definieras som:

Ma = v / Vs

• Vs= ljudets hastighet i vätska
• V= vätskans hastighet

0<=Ma<0.33	inkompressibelt flöde
Ma>0.33	Komprimerbart flöde

5. Visköst och icke-visköst flöde:

i visköst flöde upplever vätskepartiklar viskositet mellan de efterföljande skikten, och följaktligen uppstår relativ rörelse mellan skiktet av vätskepartiklar. I icke-visköst flöde upplever vätskepartiklar ingen viskositet mellan de efterföljande skikten, och därför finns det ingen relativ rörelse mellan Vätskepartiklarna.

6. Externt och internt flöde:

internt vätskeflöde

närvaron av väggen bestämmer denna typ av flödesmönster. Flödet helt avgränsat av en fast kropp kallas internt flöde eller Kanalflöde.

om någon fast kropp inte binder flödet kallas det externt flöde. Till exempel kallas flöde över en bil externt flöde, vilket visualiseras med hjälp av mjukvaror och Vindtunneltest. Flöde inuti ett cirkulärt rör är internt flöde och kan enkelt visualiseras med hjälp av programvaror och enkla laboratorieexperiment.

7. Laminärt och Turbulent flöde

i laminärt flöde rör sig vätskepartiklarna i olika lager och blandar inte makroskopiskt. I denna typ av vätskeflöde kan vi förutsäga flödesmönstret vid ett givet ögonblick. Alla efterföljande lager är parallella med varandra i flödet.

i Turbulent flöde blandas vätskepartiklarna och flödet blir slumpmässigt. Flödesmönstret kan inte förutsägas exakt vid ett givet ögonblick i denna typ av flöde. Eddies bildning sker, vilket leder till en stor mängd energiförlust.

Reynolds-nummer används för att förutsäga flöde, dvs om det är turbulent och laminärt. Formeln ges av:

Re= v * l / POV

där,

• re = Reynolds nummer
• V= vätskans hastighet
• L = egenskaper objektets längd där flödet äger rum
• kg = Viskositetskoefficient

för internt flöde,

0<=Re<=2000	laminärt flöde
2000<Re<=4000	övergång från laminär till turbulent
4000<Re	Turbulent flöde

för externt flöde,

0< = Re<=100000	laminärt flöde
100000<Re<=500000	övergång från laminär till turbulent
500000<Re	Turbulent flöde

8. 1-D, 2-D och 3-D vätskeflöde:

i 1-D-typen av vätskeflöde är Vätskeparametrar såsom hastighet funktionen av tid och endast en rumslig koordinat.

i 2-D-typerna av vätskeflöde är Vätskeparametrar som hastighet funktionen av tid och två rumsliga koordinater.

i 3D-vätskeflödet är Vätskeparametrar som hastighet funktionen av tid och alla tre rumsliga koordinater.

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

Vanliga frågor

Q. 1. Vad är skillnaden mellan komprimerbar vätska och Komprimerbart flöde?

svar-komprimerbar vätska talar om vätska och dess densitetsvariation, medan komprimerbart flöde bara talar om vätska i rörelse och densitetsvariationen av vätska i rörelse. Vätska kan ha en konstant densitet under statiska förhållanden och variabel densitet under dynamiskt tillstånd. Mach-nummer bestämmer om flödet är komprimerbart eller inte. Det bestämmer inte vätskans egenskaper.

Q. 2. Vilken typ av vätskeflöde beaktas i övergångsregimen?

svar-Det beror på situationen och på datorns skick. Om du har ett värde nära turbulent i övergångsregimen och har en utmärkt dator för simulering, gå till turbulent. Om inte, gå sedan till laminär.

Q. 3. Är luftflödet som passerar genom bilen är externt och internt flöde

svar – om vi analyserar bilens aerodynamiska drag är det externt flöde. Det finns en viss mängd luft som går in i bilen. Eftersom det är avgränsat av fast ämne kan det därför betraktas som internt flöde.

Q. 4. Vad är namnet på lag som tillämpas vid tillämpning av bromsvätska?

svar – namnet på lagen är Pascals lag. Det står att för en inkompressibel vätska överförs trycket lika i hela riktningen.

Q. 5. Varför nämns inte tidslinjen i ett stadigt och ostadigt flöde?

svar – Det finns inget begrepp om tidslinje för stadigt flöde, eftersom vätskeparametrar inte beror på tid.

Q. 6. Vad är Pump?

svar-Pump är en extern agent som används i rörelse av vätska, mot deras naturliga flödesriktning. Till exempel är Pump som används i ångkraftverk för att ta vattnet från kondensorn till pannan på en höjd.

Q. 7. Vad är Shear stress?

svar-skjuvspänning är den stress som utvecklas av den kraft som appliceras tangentiellt på objektet, på vilket kraften appliceras.