Strömungsmechanik im Maschinenbau, Teil III, Strömungsmechanik

Letzte Woche haben wir einige allgemeine Eigenschaften von Flüssigkeiten kennengelernt, wobei wir uns auf die Flüssigkeitsstatik konzentrierten, die sich mit Flüssigkeiten befasst, die sich nicht bewegen. Diese Woche werden wir eine dynamischere Situation betrachten, in der die Flüssigkeiten machen Bewegung.

Erinnern Sie sich, wie wir im ersten Teil dieser Serie über Strömungsmechanik über inkompressible Flüssigkeiten gesprochen haben? Wir haben gelernt, dass eine inkompressible Flüssigkeit, wie z. B. Öl in einem Hydraulikzylinder, unter Druck nicht in ein kleineres Volumen gepresst werden kann, sodass ihr Volumen immer gleich bleibt. Gleiches gilt für andere inkompressible Flüssigkeiten wie Wasser. Wenn Wasser durch ein Rohr fließt, bleibt sein Volumenstrom von Anfang bis Ende gleich. Mit “Volumenstrom” meine ich das Wasservolumen, das in einer bestimmten Stunde durch das Rohr fließt. Es wird in Kubikzoll pro Sekunde (in) gemessen3/zweite).

Lassen Sie uns nun unsere Diskussion über das Stöchiometriesegment unserer Reihe zur Thermodynamik überprüfen. Dort haben wir gelernt, dass Masse nicht geschaffen oder zerstört werden kann, und dieses Konzept ist als “Erhaltung der Masse” bekannt. Wenn wir dieses Prinzip auf inkompressible Flüssigkeiten mit Masse wie Wasser anwenden, können wir das wesentlich erweitern, um das zu sagen Volumen, Wie die Masse kann sie nicht geschaffen oder zerstört werden. Aus diesem Grund muss der Volumenstrom in das Rohr gleich dem Durchfluss sein, unabhängig davon, ob sich der Rohrdurchmesser ändert und mehrere Ein- und Auslässe im Rohr vorhanden sind.

Dieser Volumenstrom hängt mit der Geschwindigkeit oder Geschwindigkeit des durch ein rundes Rohr fließenden Wassers sowie dem Innendurchmesser des Rohrs zusammen und wird unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:

Volumenstrom = V = (v) x (πd2/ 4)

Dabei ist “V” die Geschwindigkeit des durch das Rohr fließenden Wassers und “d” der Innendurchmesser des Rohrs. Das “πd2/ 4 ”Teil der Gleichung ist die Querschnittsfläche des Rundrohrs. Dies wird aus der Formel abgeleitet, die zum Messen der Fläche eines Kreises verwendet wird, wobei der Durchmesser des Kreises “d” ist.

Die obige Volumenstromgleichung ist sehr nützlich für den Entwurf von Rohrleitungssystemen, mit denen Flüssigkeiten wie Wasser von einem Ort zum anderen transportiert werden. Zum Beispiel kann die Gleichung verwendet werden, um das Sanitärsystem für eine kommunale Wasseraufbereitungsanlage zu entwerfen. Abwasser innen, sauberes Wasser außen.

Schauen wir uns nun ein Beispiel an. Betrachten wir das Wasser, das in das in Abbildung 1 gezeigte Rohr fließt. Wenn wir die Volumenströme des in die beiden Zweige eintretenden Wassers kennen, wie schnell wäre das austretende Wasser?

Tube

Abbildung 1 – Ein Rohr, durch das Wasser fließt

Verwenden wir für dieses Problem das zuvor diskutierte Konzept der Volumenerhaltung und kombinieren Sie es mit unserer Gleichung für den Volumenstrom. Bei Anwendung der Algebra können wir die in Abbildung 1 angegebenen Informationen verwenden, um die Lösung zu finden:

Eingehender Volumenstrom = Ausgehender Volumenstrom

V.Weiter geht’s = V.Geh raus

V.Weiter geht’s = [(v) x (πd2/4)]Geh raus

(V.Weiter geht’s) / (πd2/ 4) = vGeh raus

vGeh raus = (5000 in3/ Sek. + 2000 Zoll3/ s) / ((π) x (6 Zoll)2/ 4) = 247,6 Zoll / Sek

Das Wasser würde also mit einer Geschwindigkeit von 247,6 Zoll pro Sekunde aus dem Rohr schießen. Das geht ziemlich schnell!

Nächste Woche werden wir unsere Reihe über Strömungsmechanik fortsetzen und das Bernoulli-Prinzip untersuchen. Dabei werden wir untersuchen, was hinter der Funktion von Flugzeugflügeln steckt und wie sie das Fliegen von Flugzeugen ermöglichen.

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