W tym artykule omówimy współczynnik tarcia wachlującego dla przepływu laminarnego. Przepływ laminarny to najprostsza forma przepływu, w której warstwy płynu nie przecinają się ze sobą.
Warstwy płynów płyną bardzo płynnie w przepływie laminarnym, są też dwa inne rodzaje przepływów, które omówimy szczegółowo w tym artykule. Najpierw omówimy przepływ laminarny, przepływ przejściowy i przepływ turbulentny. Porozmawiamy również o ich właściwościach. Następnie omówimy liczbę bezwymiarową nazywaną liczbą Reynoldsa.
Co to jest przepływ laminarny?
Przepływ laminarny to rodzaj przepływu, w którym płyn porusza się bardzo płynnie, a warstwy płynu nie przecinają się i raczej płyną w równoległych liniach.
Aby sprawdzić, czy przepływ jest laminarny, korzystamy z liczby Reynolda. Jest to liczba bezwymiarowa, która mówi nam o rodzaju przepływu, czy jest to przepływ turbulentny, przejściowy czy laminarny. W dalszej części tego artykułu zajmiemy się liczbą Reynolda.
Kredytów obrazka: Kevina Payraviego, Zbliżenie na wodospad Horseshoe, CC BY-SA 3.0
Jaki jest numer Reynolda?
Liczba Reynolda jest liczbą bezwymiarową, która pomaga nam znaleźć rodzaj przepływu płynu. Przepływ może być laminarny, turbulentny lub przejściowy. Bardzo ważne jest, aby znać rodzaj przepływu podczas pracy z maszynami płynnymi.
Aby znaleźć wartość przepływu laminarnego, potrzebujemy lepkości kinematycznej płynu, gęstości płynu i prędkości płynu, z którym płynie. Liczbę Reynoldsa można również wykorzystać do określenia strat tarcia w rurze. Więcej o przepływie laminarnym dowiemy się w tym artykule.
Co to jest współczynnik Fanningu?
Podobnie jak liczba Reynolda, współczynnik Fanninga jest również liczbą bezwymiarową, która jest używana podczas wykonywania obliczeń w obliczeniach mechaniki kontinuum.
Można go zdefiniować jako stosunek lokalnego naprężenia ścinającego do lokalnej energii kinetycznej przepływu płynu. Matematycznie współczynnik Fanninga można podać za pomocą następującego wzoru:
Gdzie,
f jest współczynnikiem Fanning
Tau to lokalne naprężenie ścinające
u jest prędkością przepływu masowego
Rho to gęstość płynu.
Jaki jest współczynnik Fanning dla przepływu laminarnego?
W powyższych sekcjach omówiliśmy zarówno współczynnik Fanning, jak i przepływ laminarny. Zobaczmy teraz, jaki jest wzór na współczynnik Fanning dla przepływu laminarnego.
W przypadku przepływu laminarnego współczynnik Fanning podaje się za pomocą wzoru podanego poniżej-
f=16/Re
Gdzie,
Re to liczba Reynolda
Jak obliczyć współczynnik Fanninga?
Mówiąc prościej, jedna czwarta współczynnika tarcia Darcy'ego daje nam współczynnik tarcia Fanninga. Wzór na współczynnik tarcia Fanninga jest różny dla różnych typów przepływów.
Omówimy wzór stosowany w przepływie laminarnym. Dla płynu przepływającego w okrągłej rurze z przepływem laminarnym współczynnik Fanning będzie określony przez:
f= 16/Re
Gdzie,
Re to liczba Reynolda
Czy współczynnik tarcia jest wyższy przy przepływie laminarnym?
Tak. współczynnik tarcia jest wyższy przy przepływie laminarnym. Możemy to udowodnić, patrząc na wzór współczynnika tarcia. W powyższym rozdziale omówiliśmy już wzór na współczynnik tarcia.
Ze wzoru widać, że współczynnik tarcia jest odwrotnie proporcjonalny do liczby Reynolda. Liczba Reynoldsa jest najmniejsza dla przepływu laminarnego, co skutkuje wyższą wartością współczynnika tarcia.
Wykorzystanie współczynnika tarcia wentylatora
Już sama nazwa sugeruje, że czynnik tarcia jest związany z tarciem. A wiemy, jak ważna jest znajomość wielkości strat tarcia zachodzących w przepływającym płynie.
Ważne jest również, aby znać przybliżone oszacowanie strat energii kinetycznej zachodzących w wyniku utraty ciśnienia i spadku ciśnienia. Współczynnik tarcia wachlarzowego pomaga nam znaleźć wartości tych wielkości. Znając te wartości, możemy odpowiednio zaprojektować rury, aby uniknąć dużych strat spowodowanych tarciem.
Jednostki współczynnika tarcia
Przestudiowaliśmy wzór na znalezienie współczynnika tarcia. Jeśli wyliczymy jednostki wszystkich ilości użytych we wzorze, zobaczymy, że wszystko się znosi i stosunek wyjdzie 1.
Stąd możemy wnioskować, że współczynnik tarcia Fanninga nie ma jednostek. Podobnie jak liczba Reynolda jest liczbą bezwymiarową. Sam współczynnik jest stosunkiem dwóch podobnych wielkości, dlatego współczynnik tarcia musi być bezwymiarowy.
Wzór na współczynnik tarcia wachlującego
Współczynnik tarcia wachlującego to stosunek lokalnego naprężenia ścinającego do gęstości energii kinetycznej przepływu. Omówiliśmy już wzór w powyższych sekcjach, ale przestudiujemy go jeszcze raz, tym razem również dla przepływu turbulentnego.
Poniższa sekcja podaje nam wzór tarcia Fanninga dla przepływu laminarnego i turbulentnego płynu przepływającego w okrągłej rurze-
warstwowy
Wzór tarcia Fanninga dla płynu przepływającego w przepływie laminarnym w okrągłej rurze podano poniżej:
f = 16/Re
burzliwy
Wzór na współczynnik tarcia Fanninga dla płynu przepływającego w turbulentnym przepływie w okrągłej rurze podano poniżej:
Spadek ciśnienia współczynnika tarcia wentylatora
Tarcie jest najważniejsze powód spadku ciśnienia do odbycia. Tarcie zmniejszy prędkość przepływu płynu, a także zmniejszy ciśnienie, gdy płyn płynie w rurze.
Spadek ciśnienia jest wprost proporcjonalny do Wachlowania stopień tarcia. Większa wartość współczynnika tarcia oznacza spadek ciśnienia na końcach rury. Dlatego możemy powiedzieć, że ciśnienie spada, gdy płyn przepływa przez rurę.
Czynniki wpływające na liczbę Reynolda
Wzór na liczbę Reynoldsa podano poniżej:
Z powyższego wzoru możemy wywnioskować, że wartość liczby Reynoldsa zależy od gęstości przepływającego płynu, jego lepkości dynamicznej, prędkości z jaką płynie oraz średnicy zastępczej przekroju przez który płynie.
Jak są powiązane współczynniki tarcia Darcy'ego i współczynnik tarcia Fanninga?
Zarówno współczynnik tarcia Darcy'ego, jak i współczynnik tarcia Fanninga reprezentują wielkość tarcia zachodzącego wewnątrz płynu i mówią nam, jak duży spadek ciśnienia ma miejsce wewnątrz rury.
Matematycznie współczynnik tarcia Darcy jest czterokrotnie większy niż współczynnik tarcia Fanninga. Oba te czynniki są identyczne i reprezentują tę samą wielkość, jaką jest tarcie, i są również wykorzystywane do znalezienia tej samej rzeczy, którą jest spadek ciśnienia. Jedyną różnicą między nimi jest współczynnik czwarty, który jest pomnożony przez współczynnik tarcia Fanninga, aby znaleźć wartość współczynnika Darcy'ego.
Przyczyny spadku ciśnienia w rurze
Przyczyn spadku ciśnienia płynu przepływającego wewnątrz rury może być wiele. Niektóre z przyczyn podano na poniższej liście:
- Tarcie o ścianki rury zmniejszy ciśnienie płynu. Ciśnienie płynu wychodzącego z rury będzie mniejsze niż ciśnienie płynu wchodzącego do rury.
- Zagięcia lub zwężenia rury również przyczyniają się do spadku ciśnienia wewnątrz rury.
- Przeszkody wewnątrz rury
- Czujniki zamocowane wewnątrz rury, która również działa jako dodatkowe utrudnienia w przepływającym strumieniu płynu.
- Przecieki w bocznych ściankach rury.
- Wycieki z wyposażenia zainstalowanego na rurze.
Cześć… Jestem Abhishek Khambhata, ukończyłem studia B. Tech w inżynierii mechanicznej. Przez cztery lata mojej inżynierskiej pracy projektowałem i latałem bezzałogowymi statkami powietrznymi. Moją mocną stroną jest mechanika płynów i inżynieria cieplna. Mój projekt na czwartym roku polegał na zwiększeniu wydajności bezzałogowych statków powietrznych przy użyciu technologii słonecznej. Chciałbym nawiązać kontakt z ludźmi o podobnych poglądach.