Flowmodstand

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Strømningsmodstanden er den fysiske størrelse, der i væskedynamik beskriver den kraft , væsken som medium modsætter sig en bevægelse. Et legeme, der bevæger sig i forhold til et gasformigt eller flydende medium, oplever en strømningsmodstand, en kraft, der virker i modsætning til den relative hastighed. Hvis et objekt bevæger sig gennem luften som et fly , taler man også om luftmodstand eller luftfriktion , se også aerodynamik . Bevægelse i vand kaldes vandmodstand , se også hydrodynamik .

Hvis derimod en væske strømmer gennem en rørledning , oplever den et trykfald på grund af rørfriktionen langs den tilbagelagte afstand. Se: Strømninger i rørledninger

Kræfter på kroppe i et flow

Strømmen udøver forskellig forskydningsspænding og tryk (normal belastning) på overfladen af ​​et legeme i flow. Hvis tryk og forskydningsspænding er integreret over hele overfladen, opnår man den resulterende kraft, som strømningen udøver på kroppen. Denne kraft har en bestemt retning i rummet. Kraftkomponenten, der ligger i strømningsretningen, er trækstyrken. Ud over trækkraften er andre kraftkomponenter opdriftskraften og sidekraften. Ofte måles disse kræfter i vindtunnelen .

For motorkøretøjer er det sædvanligt at specificere kraftkomponenterne med henvisning til et koordinatsystem, der er fastgjort til køretøjet. [1]

Komponenter i strømningsmodstanden

Andel af tryk og friktionsmodstand for forskellige kroppe

Det er de fysiske mængder tryk og forskydningsspænding, der virker på overfladen af ​​et legeme og dermed kan bidrage til strømningsmodstanden. Følgelig kan strømningsmodstanden opdeles i en trykmodstand og en forskydningsspændingsmodstand . Afhængigt af kroppens form og strømningsretning kan trykmodstanden eller forskydningsspændingsmodstanden dominere.

Afhængigt af den aktuelle sag viser det sig at være fordelagtigt for overvejelsen og beregningen at behandle bestemte effekter, der opstår, når kroppen flyder rundt i kroppen separat. Dette er baggrunden for interferensmodstanden, inducerede modstande og bølgemodstanden.

Trykmodstand (formmodstand)

Trykmodstanden følger af trykfordelingen (normal belastning) omkring et legeme. Trykket i adskillelsesområdet ved akter af legemer er lavere end i stagnationspunktet . Det effektive område af denne modstand er det projicerede område i strømningsretningen.

Forskydningsspændingsmodstand (friktionsmodstand, arkmodstand)

Forskydningsspændingsmodstanden er et resultat af friktion, dvs. den viskøse udveksling af momentum. Det er baseret på forskydningsspændinger, der opstår på overfladen af ​​kroppen, når strømmen fejer over overfladen.

Interferensmodstand

Interferensmodstanden beskriver den strømningsmodstand, der opstår, når tidligere helt uafhængige flowlegemer bliver til flowlegemer, der ligger ved siden af ​​hinanden. Det defineres som forskellen mellem komponentens samlede modstand og summen af ​​modstanden for de enkelte komponenter eller komponentgrupper efter samling. Designmæssigt vil du altid stræbe efter en negativ interferensmodstand. Et eksempel er et flyskrog og flyvingerne før samling og efter samling. Summen af ​​de enkelte modstande for vinge- og skrogkomponenterne er højere end den samlede modstand efter samling. Fra et kvalitativt synspunkt er interferensmodstanden komponenten af ​​luftvåbnet, der virker mod strømningsretningen på et flowlegeme, som er forårsaget af indbyrdes indflydelse af hvirvler, der frigives af forskellige dele af flyet eller ved at overlejre grænselagene i hjørnerne. [2]

Fremkaldt modstand

Den inducerede træk frembringes, når et objekt i en væskestrøm genereres i væsken. Dette er f.eks. Tilfældet med generering af løft af et flys vinger , hvor luft på den ene side accelereres nedad ( nedvaskning ) og på den anden side trykforskelle som følge af hvirveldannelse ( kantvirvel ) kompenseres for. Den kinetiske energi, der derefter tilføres luften, tabte fly.

Bølgemodstand

Bølgemodstanden opstår med kroppe i en strømning, der bevæger sig med supersonisk eller transonisk hastighed . En forøgelse af trykket forekommer ved kropskanter, der er skråt mod strømmen, mens der falder et trykfald ved de kanter, der er i modsætning til strømningen. Dette pres fører til en kraft rettet mod bevægelsen.

Afhængighed af strømningsmodstanden

Trækstyrken af et legeme i en bestemt position afhænger af strømningshastigheden , tætheden og viskositeten (sejhed) af væsken samt den geometriske dimension (en karakteristisk længde ) af kroppen.

Dette forhold, der omfatter fem variabler, kan også formuleres ved hjælp af en dimensionsanalyse ifølge Buckinghams sætning ved hjælp af to dimensionsløse lighedsindikatorer . [3] Disse lighedstal er trækkoefficienten og Reynolds nummer der er defineret som

Trækkoefficient for en kugle som funktion af Reynolds -tallet : c W = f ( Re )

Her er størrelsen [4] et referenceområde, der skal defineres. Normalt bruges den forreste overflade af kroppen som referenceoverflade, men vingeoverfladen bruges til profiler.

Det fysiske forhold kan således beskrives i formen

Modstandsdygtighed er proportional med produktet -Værdi og referenceområde, som kaldes modstandsområdet . Trækstyrken er hentet fra

Faktoren kaldes dynamisk tryk .

Til praktiske anvendelser, f.eks. B. motorkøretøjers luftmodstand kan afhængigheden af ​​Reynolds -nummeret ofte negligeres. Derefter Værdi indstilles som en konstant værdi, så modstanden stiger kvadratisk med hastigheden. For en sammenligning af forskellige køretøjers strømningsmodstand er trækområdet det afgørende kriterium. [5]

Lamineret flow

Med laminær strømning er strømningsmodstanden kun forårsaget af den interne friktion af mediet. er den dynamiske viskositet af mediet, gælder derefter for sfæriske legemer med en radius Stokes lov

Træk -koefficienten en kugle kan være mindre for det generelle tilfælde af et laminært flow med Reynolds -tal kan bestemmes med følgende tilnærmelsesformel [6] :

For Reynolds tal mindre end 1 gælder Stokes lov, og trækkoefficienten nærmer sig denne værdi på!

Turbulent flow

I en turbulent strømning kan strømningsmodstanden kun bestemmes ved forsøg eller ved komplekse numeriske beregninger, f.eks. B. ved hjælp af den endelige volumenmetode tilnærmelsesvis.

I motorkøretøjer, men også z. B. cyklister og løbere, kan antages i det relevante hastighedsområde for turbulent flow. [7] [8]

I moderne bildesign er Værdi, trækkoefficienten, er af stor betydning. I det optimale tilfælde kan det være 0,07 ( TERA Fennek 2013 ), med Ford Model T var det 0,9.

Længderelateret strømningsmodstand

Porøse materialer anvendes til lyd absorption. Deres evne til at absorbere lyd afhænger blandt andet af deres længderelaterede strømningsmodstand . [9] Denne særlige form for strømningsmodstand er et mål for materialets evne til at bremse de små luftbevægelser, der udløses af indfaldende lydbølger. [10]

Når den f.eks. Bruges i isolering af tagene mellem tagene, bør isoleringsmaterialets længderelaterede strømningsmodstand r være mellem 3 og 35 kPa ∙ s / m 2 eller- i henhold til DIN EN 13162 sammenholdt med DIN 4109 -10 - mindst 5 [kN ∙ s / m 4 ] løgn. [11]

litteratur

Weblinks

Individuelle beviser

  1. ^ Wolf-Heinrich Hucho: Bilens aerodynamik. Definition af kræfter og øjeblikke, der virker på et køretøj
  2. FLUGTAXI GmbH: PPL% 20Grundbegriffe% 20des% 20Fliegens% 20neutral.pdf PPL Grundlæggende begreber for at flyve , adgang den 4. maj 2010.
  3. Jürgen Zierep: Lignende love og modelregler for væskemekanik . Karlsruhe 1991, ISBN 3-7650-2041-9
  4. Referenceoverfladen skyldes geometrien i et fast forhold til kvadratet af den karakteristiske længde .
  5. Wolf-Heinrich Hucho, Syed Rafeeq Ahmed (red.): Bilens aerodynamik: væskemekanik, varmeteknik, køredynamik, komfort; med 49 borde . Springer-Verlag, 2005, ISBN 3-528-03959-0 , afsnit "Dilemma for overflade", s.   276 (1135 s., Begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).
  6. tec-science: trækkoefficient (friktionskoefficient og trykkoefficient). I: tec-science. 31. maj 2020, adgang til den 25. juni 2020 (tysk).
  7. ^ Herbert Sigloch: Teknisk væskemekanik . Springer, Berlin, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-44635-4 , s.   324 (581 s., Begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).
  8. Luftmodstand under cykeltræning, www.trainingsworld.com, åbnet den 27. august 2017
  9. Jan Borgers: Grundlæggende om rumakustik , side 8; Oktober 2018. I: Jan-Borgers.de
  10. Jan Borgers: Luftstrømsmodstand DIN EN 29 053 og ISO 9 053 , I: Jan-Borgers.de
  11. Prof. Dr.-Ing. Ulrich Möller Teknisk datablad 1 for trækonstruktion - Lydisolering af tage - Fokus på isolering mellem spær , Institut for Byggeri, Byggeri og Bygningsfysik ved University of Technology, Economy and Culture, Leipzig, i samarbejde med Isover / Saint Gobain