V tomto článku se budeme zabývat faktorem tření vějířem pro laminární proudění. Laminární proudění je nejjednodušší forma proudění, ve kterém se vrstvy tekutiny vzájemně neprotínají.
Vrstvy tekutiny proudí velmi hladce v laminárním proudění, existují také dva další typy proudění, které podrobně probereme v tomto článku. Nejprve probereme laminární proudění, přechodné proudění a turbulentní proudění. Budeme také diskutovat o jejich vlastnostech. Potom budeme diskutovat o bezrozměrném čísle zvaném Reynoldovo číslo.
Co je laminární proudění?
Laminární proudění je typ proudění, při kterém se tekutina pohybuje velmi hladce a vrstvy tekutiny se vzájemně neprotínají a spíše proudí v rovnoběžných liniích.
Abychom ověřili, zda je proudění laminární nebo ne, použijeme na pomoc Reynoldovo číslo. Jedná se o bezrozměrné číslo, které nám říká o typu proudění, zda jde o turbulentní nebo přechodové nebo laminární proudění. V pozdější části tohoto článku budeme studovat Reynoldovo číslo.
Obrázek kreditů: Kevin Payravi, Detailní záběr na Horseshoe Falls, CC BY-SA 3.0
Jaké je Reynoldovo číslo?
Reynoldovo číslo je bezrozměrné číslo, které nám pomáhá najít typ proudění tekutiny. Proudění může být laminární, turbulentní nebo přechodné. Při práci s tekutinovými stroji je velmi důležité znát typ proudění.
Abychom našli hodnotu laminárního proudění, potřebujeme kinematickou viskozitu tekutiny, hustotu tekutiny a rychlost tekutiny, kterou proudí. Reynoldovo číslo lze také použít k nalezení ztrát třením v potrubí. V tomto článku budeme studovat více o laminárním proudění.
Co je Fanning faktor?
Stejně jako Reynoldovo číslo je Fanningův faktor také bezrozměrné číslo, které se používá při provádění výpočtů ve výpočtech mechaniky kontinua.
Lze jej definovat jako poměr mezi lokálním smykovým napětím a lokální kinetickou energií proudění tekutiny. Matematicky může být Fanningův faktor dán následujícím vzorcem-
Kde,
f je faktor Fanning
Tau je místní smykové napětí
u je objemová rychlost proudění
Rho je hustota kapaliny.
Co je Fanning faktor pro laminární proudění?
Ve výše uvedených částech jsme diskutovali jak o Fanningově faktoru, tak o laminárním proudění. Nyní se podívejme, jaký je vzorec pro Fanningův faktor pro laminární proudění.
Pro laminární proudění se Fanningův faktor udává pomocí vzorce uvedeného níže-
f=16/Re
Kde,
Re je Reynoldovo číslo
Jak vypočítáte Fanningův faktor?
Jednoduše řečeno, čtvrtina Darcyho faktoru tření nám dává Fanningův faktor tření. Vzorec pro Fanningův koeficient tření se pro různé typy proudění liší.
Budeme diskutovat o vzorci používaném v laminárním proudění. Pro kapalinu proudící v kruhové trubici s laminárním prouděním bude Fanningův faktor dán následujícím:
f= 16/Re
Kde,
Re je Reynoldovo číslo
Je faktor tření vyšší při laminárním proudění?
Ano. faktor tření je vyšší s laminárním prouděním. Můžeme to dokázat pohledem na vzorec faktoru tření. Vzorec pro faktor tření jsme již probrali ve výše uvedené části.
Ze vzorce vidíme, že faktor tření je nepřímo úměrný Reynoldovu číslu. Reynoldovo číslo je pro laminární proudění nejmenší, což má za následek vyšší hodnotu součinitele tření.
Použití faktoru tření ventilátoru
Už samotný název napovídá, že součinitel tření souvisí s třením. A víme, jak důležité je znát množství třecích ztrát, ke kterým dochází v proudící tekutině.
Je také důležité znát hrubý odhad ztrát kinetické energie, ke kterým dochází v důsledku tlakové ztráty a tlakové ztráty. K nalezení hodnot těchto veličin nám pomáhá faktor tření vějíře. Když známe tyto hodnoty, můžeme podle toho navrhnout potrubí, abychom se vyhnuli velkým ztrátám v důsledku tření.
Jednotky faktoru tření
Studovali jsme vzorec pro nalezení faktoru tření. Pokud vypočítáme jednotky všech kvantit, které byly ve vzorci použity, uvidíme, že se vše zruší a poměr vyjde na 1.
Můžeme tedy dojít k závěru, že Fanningův součinitel tření nemá žádné jednotky. Stejně jako Reynoldovo číslo je to bezrozměrné číslo. Faktor sám o sobě je poměrem mezi dvěma podobnými veličinami, proto faktor tření musí být bezrozměrný.
Vzorec faktoru tření ventilátoru
Faktor vějířového tření je poměr mezi místním smykovým napětím a hustotou kinetické energie proudění. Vzorec jsme již probrali ve výše uvedených částech, ale budeme o něm studovat ještě jednou, tentokrát také pro turbulentní proudění.
Níže uvedená část nám poskytuje Fanningův třecí vzorec pro laminární i turbulentní proudění tekutiny proudící v kulatém potrubí.
laminární
Vzorec Fanningova tření pro kapalinu proudící laminárním prouděním v kulatém potrubí je uveden níže-
f = 16/Re
turbulentní
Vzorec Fanningova faktoru tření pro kapalinu proudící v turbulentním proudění v kulatém potrubí je uveden níže-
Pokles tlaku faktoru tření ventilátoru
Tření je hlavní důvod poklesu tlaku se bude konat. Tření sníží rychlost toku tekutiny a také sníží tlak, když tekutina proudí v potrubí.
Pokles tlaku je přímo úměrný ventilátoru faktor tření. Čím větší hodnota faktoru tření, tím větší bude pokles tlaku na koncích potrubí. Můžeme tedy říci, že tlak klesá, jak tekutina proudí potrubím.
Faktory ovlivňující Reynoldovo číslo
Vzorec Reynoldova čísla je uveden níže-
Z výše uvedeného vzorce můžeme usoudit, že hodnota Reynoldova čísla závisí na hustotě proudící tekutiny, její dynamické viskozitě, rychlosti, kterou tekutina proudí a ekvivalentním průměru průřezu, kterým tekutina proudí.
Jak spolu souvisí Darcyho faktor tření a Fanningův faktor tření?
Jak Darcyho součinitel tření, tak i Fanningův součinitel tření představují množství tření, ke kterému dochází uvnitř kapaliny, a říká nám, jak velký pokles tlaku se odehrává uvnitř potrubí.
Matematicky je Darcyho faktor tření čtyřnásobkem Fanningova faktoru tření. Oba tyto faktory jsou totožné a představují stejnou veličinu, kterou je tření, a také se používají k nalezení stejné věci, kterou je pokles tlaku. Jediný rozdíl mezi nimi je faktor čtyři, který se vynásobí Fanningovým faktorem tření, aby se zjistila hodnota Darcyho faktoru.
Důvody poklesu tlaku uvnitř potrubí
Existuje mnoho důvodů, proč dochází k poklesu tlaku u tekutiny proudící uvnitř potrubí. Některé z důvodů jsou uvedeny v seznamu níže -
- Tření od stěn potrubí sníží tlak kapaliny. Tlak tekutiny vystupující z potrubí bude menší než tlak tekutiny vstupující do potrubí.
- Ohyby nebo zúžení potrubí také přispívají k poklesu tlaku uvnitř potrubí.
- Překážky uvnitř potrubí
- Senzory připevněné uvnitř potrubí, které také působí jako další překážky proudícímu proudu tekutiny.
- Netěsnosti v bočních stěnách potrubí.
- Netěsnosti ze zařízení instalovaného na potrubí.
Ahoj… Jmenuji se Abhishek Khambhata a vystudoval jsem B. Tech ve strojírenství. Během čtyř let mého inženýrství jsem navrhoval a řídil bezpilotní letouny. Mojí silnou stránkou je mechanika tekutin a tepelné inženýrství. Můj čtvrtý projekt byl založen na zvyšování výkonu bezpilotních vzdušných prostředků pomocí solární technologie. Rád bych se spojil s podobně smýšlejícími lidmi.