معدل التدفق الشامل والضغط: التأثير ، العلاقة ، أمثلة المشكلة


تتناول هذه المقالة معدل التدفق الشامل والضغط. كلاهما لهما علاقة مباشرة بينهما (على الرغم من عدم وجود صيغة مباشرة). دعنا ندرس المزيد عنها.

أي شيء يتدفق لا بد أن يكون له كتلة معينة. كمية الكتلة التي تمر عبر نقطة في الثانية تسمى معدل تدفق الكتلة. يجد مصطلح معدل تدفق الكتلة استخدامه في الهندسة الحرارية وميكانيكا الموائع. دعونا نناقش المزيد حول معدل التدفق الشامل في هذه المقالة. 

ما هو الضغط؟

الضغط هو مقدار القوة المبذولة لكل وحدة مساحة. لنفس القدر من القوة ، إذا كانت المنطقة أصغر ، تكون قيمة الضغط أكبر وإذا كانت المنطقة أكبر فإن قيمة الضغط أقل.

وحدات الضغط N / m ^ 2. رياضيا ، يمكن إعطاء الضغط عن طريق:

P = F / A

أين،

F هي القوة المطبقة بشكل طبيعي على المقطع العرضي

أ هي مساحة المقطع العرضي

ما هو معدل التدفق الشامل؟

يعني مصطلح التدفق أي شيء يتعلق بالحركة. معدل التدفق الشامل يشير إلى مقدار الكتلة التي تمر عبر نقطة في الثانية. يمكن أن تكون الكتلة من أي شيء مثل الغاز أو الماء أو الزيت أو أي سائل آخر.

يعد مصطلح معدل التدفق الكتلي مصطلحًا مهمًا جدًا يستخدم في ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية. تكمن تطبيقاته في الآلات التوربينية والصواريخ والطائرات والعديد من التطبيقات الأخرى المتعلقة بالسوائل. رياضيا ، يمكن إعطاء معدل التدفق الكتلي على النحو التالي ،

معدل التدفق الشامل وعلاقة الضغط

من الناحية المنطقية ، فإن المزيد من الضغط المطبق على قسم المدخل سيعني إنشاء المزيد من فرق الضغط بين المدخل والمخرج وبالتالي ستحاول كتلة أكبر الاندفاع خلال القسم. ومن ثم ، يمكننا أن نقول تلك الكتلة معدل التدفق يتناسب طرديا مع الضغط (الانحدار).

حتى العكس صحيح ، عندما يتدفق المزيد من الكتلة خلال نقطة في الثانية ، فإن القوة التي تمارسها جزيئات الكتلة على سطح القسم ستكون أكبر ، وبالتالي سيكون الضغط أكبر إذا كان معدل تدفق الكتلة أكبر. ومن ثم يمكننا القول أن كلاهما يتناسب طرديا مع بعضهما البعض. لاحظ أن هذا صحيح تمامًا بالنسبة للسوائل غير القابلة للضغط مثل الماء.

هل يتغير معدل التدفق الكتلي مع الضغط؟

لاحظ أن الضغط وحده ليس له أي تأثير معدل التدفق الشامل، فرق الضغط الناتج هو الذي يؤثر على معدل التدفق.

تؤثر قيمة فرق الضغط بين قسم المدخل وقسم المخرج على معدل تدفق الكتلة. إذا كان فرق الضغط أكبر ، فسيكون معدل تدفق الكتلة أكبر وإذا كان فرق الضغط أقل ، فسيكون معدل تدفق الكتلة أقل.

لا يؤثر الضغط الأكبر وحده على معدل التدفق ، إذا كان لكل من المدخل والمخرج قيمة عالية للضغوط وفرق منخفض بينهما ، فسيكون معدل التدفق منخفضًا بسبب اختلاف الضغط المنخفض. سوف نحصل على مزيد من الوضوح من خلال النظر إلى مثال.

مثال على علاقة معدل التدفق الكتلي وفرق الضغط

كما تمت مناقشته في القسم السابق ، يؤثر فرق الضغط بشكل مباشر على معدل التدفق الشامل. يمكن تفسير ذلك باستخدام مثال بسيط تمت مناقشته أدناه.

ستولد الطائرة مزيدًا من الرفع عندما يكون هناك فرق ضغط أكبر (كما هو الحال في الأجنحة المحدبة). إذا كانت هناك قيم ضغط كبيرة على جانبي الجنيح فلن يكون هناك أي تغيير كبير في قيم الضغط ، وبالتالي لن يكون هناك فرق ضغط كبير أو سيكون أقل. بسبب هذا سوف يتدفق الهواء أقل مما ينتج عنه رفع أقل.

معادلة برنولي

يُقصد بمبدأ برنولي السوائل غير القابلة للضغط والتي تنص على أنه عندما يتدفق السائل في تدفق انسيابي ، تزداد السرعة مع انخفاض الضغط الساكن.

بعبارات بسيطة ، يعني مبدأ برنولي - الضغط الساكن + الضغط الديناميكي = الضغط الكلي ويقال أنه ثابت.

رياضيا ، يمكن إعطاء مبدأ برنولي على النحو التالي:

معدل التدفق الشامل والضغط
الصورة: السائل يتدفق عبر مقياس فينتوري

صورة ائتمانات: المستخدم: ComputerGeezer و جيففينتوري فلوCC BY-SA 3.0

قانون هاجن Poisueille

هذا القانون نظرا للعلاقة المباشرة بين فرق الضغط ومعدل التدفق الحجمي.

هذا القانون يعطي العلاقة ل هبوط الضغط للسوائل النيوتونية غير القابلة للضغط في التدفق الصفحي. يتم إعطاء معادلة Hagen Poisueille على النحو التالي:

ما هي أنواع التدفق المختلفة؟

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التدفقات - الصفحي ، تدفق مضطرب وعابر.

تدفق الصفحي

يتميز هذا النوع من التدفق بتدفق جزيئات السوائل بطريقة سلسة. تتحرك كل طبقة بعد الطبقة المجاورة بطريقة لا تختلط فيها. يمكننا معرفة ما إذا كان التدفق صفحيًا أم لا من خلال النظر إلى قيمة عدد رينولد للتدفق. تمت مناقشة رقم رينولد في أقسام لاحقة من هذه المقالة.

الجريان المضطرب

يتميز هذا النوع من الطبقات بخلط طبقتين مائعتين في التدفق. يكون التدفق أكثر عنفًا من التدفق الصفحي. من المرغوب فيه عند خلط سائلين.

التدفق العابر

عابر التدفق هو ببساطة الانتقال بين الصفحي وتدفق مضطرب.

رقم رينولد

رينولد number هو رقم بدون أبعاد يستخدم لتحديد نوع التدفق في النظام.

تسمى نسبة قوى القصور الذاتي إلى القوى اللزجة برقم رينولد. الصيغة العامة لرقم رينولد معطاة أدناه-

أين،

مو هي اللزوجة الديناميكية

V هي سرعة التدفق

أهمية رقم رينولد

كما تمت مناقشته في القسم أعلاه ، يتم استخدام رقم رينولد للعثور على ملف نوع التدفق في النظام. يعطينا فكرة عن التأثيرات القصورية واللزجة للتدفق على النظام.

لتدفق السوائل فوق لوح مسطح-

  • التدفق الصفحي - إعادة <3 × 10 ^ 5
  • التدفق المضطرب - إعادة> 3 × 10 ^ 5

للسوائل في أنبوب دائري-

  • التدفق الصفحي - إعادة> 2000
  • التدفق المضطرب> 4000
  • التدفق العابر 2000

رقم براندتل

رقم براندتل سمي على اسم الفيزيائي Ludwig Prandtl. إنه رقم بلا أبعاد يستخدم لتحديد سلوك نقل الحرارة.

عدد Prandtl هو نسبة انتشار الزخم إلى الانتشار الحراري. التناظرية الجماعية لرقم برانتل هي رقم شميدت. رياضيا ، يمكن كتابتها كـ-

Cp هي الحرارة النوعية عند ضغط ثابت

ك هو الموصلية الحرارية

مثال معدل التدفق الشامل

دعونا نفترض البيانات التالية لنظام.

كثافة السائل - 0.2 كجم / م ^ 3

مساحة المقطع العرضي - 1 م ^ 2

معدل تدفق الحجم - 10 م ^ 3 / ثانية

استخدم البيانات التالية لحساب معدل التدفق الشامل في النظام.

معدل التدفق الشامل يمكن العثور عليها باستخدام الصيغة الواردة أدناه-

باستخدام الصيغة المذكورة أعلاه ، نحصل على معدل تدفق الكتلة بمقدار 2 كجم / ثانية.

ابهيشيك

مرحباً .... أنا أبهيشيك خامبهاتا ، لقد تابعت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. طوال أربع سنوات من عملي في الهندسة ، قمت بتصميم وطيران طائرات بدون طيار. موطن قوتي هو ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية. استند مشروعي في السنة الرابعة إلى تحسين أداء المركبات الجوية غير المأهولة باستخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية. أود التواصل مع الأشخاص ذوي التفكير المماثل.

آخر المقالات