In questo articolo discuteremo del fattore di attrito della ventola per il flusso laminare. Il flusso laminare è la forma più semplice di flusso in cui gli strati di fluido non si intersecano tra loro.
Gli strati fluidi scorrono in modo molto fluido in un flusso laminare, ci sono anche altri due tipi di flussi che discuteremo in dettaglio in questo articolo. Per prima cosa discuteremo di flusso laminare, flusso transitorio e flusso turbolento. Discuteremo anche delle loro proprietà. Quindi discuteremo di un numero adimensionale chiamato numero di Reynold.
Cos'è il flusso laminare?
Un flusso laminare è un tipo di flusso in cui il fluido si muove in modo molto fluido e gli strati di fluido non si intersecano tra loro e fluiscono piuttosto in linee parallele.
Per verificare se un flusso è laminare o meno, prendiamo in aiuto il numero di Reynold. Questo è un numero adimensionale che ci dice il tipo di flusso, se è turbolento o di transizione o flusso laminare. Nella sezione successiva di questo articolo studieremo il numero di Reynold.
Immagine crediti: Kevin Pairavi, Primo piano delle cascate a ferro di cavallo, CC BY-SA 3.0
Qual è il numero di Reynold?
Il numero di Reynold è un numero adimensionale che ci aiuta a trovare il tipo di flusso di fluido. Il flusso può essere laminare, turbolento o transitorio. È molto importante conoscere il tipo di flusso quando si ha a che fare con i macchinari per fluidi.
Per trovare il valore del flusso laminare, abbiamo bisogno della viscosità cinematica del fluido, della densità del fluido e della velocità del fluido con cui scorre. Il numero di Reynold può essere utilizzato anche per trovare le perdite per attrito nel tubo. Studieremo di più sul flusso laminare in questo articolo.
Cos'è il fattore Fanning?
Come il numero di Reynold, anche il fattore Fanning è un numero adimensionale che viene utilizzato durante l'esecuzione di calcoli nei calcoli della meccanica del continuo.
Può essere definito come il rapporto tra lo sforzo di taglio locale e l'energia cinetica del flusso locale del fluido. Matematicamente, il fattore Fanning può essere dato dalla seguente formula:
Dove,
f è il fattore Fanning
Tau è lo stress di taglio locale
u è la velocità del flusso di massa
Rho è la densità del fluido.
Qual è il fattore Fanning per il flusso laminare?
Abbiamo discusso nelle sezioni precedenti sia del fattore di fanning che del flusso laminare. Vediamo ora qual è la formula del fattore di fanning per un flusso laminare.
Per un flusso laminare, il fattore di fanning viene fornito utilizzando la formula riportata di seguito-
f=16/R
Dove,
Re è il numero di Reynold
Come si calcola il fattore di Fanning?
In parole povere, un quarto del fattore di attrito di Darcy ci fornisce il fattore di attrito di Fanning. La formula per il fattore di attrito di Fanning è diversa per i diversi tipi di flussi.
Discuteremo della formula utilizzata nel flusso laminare. Per un fluido che scorre in tubo tondo con flusso laminare, il fattore di Fanning sarà dato dal seguente:
f= 16/Rif
Dove,
Re è il numero di Reynold
Il fattore di attrito è maggiore con il flusso laminare?
Sì. Il il fattore di attrito è maggiore con il flusso laminare. Possiamo dimostrarlo osservando la formula del fattore di attrito. Abbiamo già discusso la formula per il fattore di attrito nella sezione precedente.
Dalla formula possiamo vedere che il fattore di attrito è inversamente proporzionale al numero di Reynold. Il numero di Reynold è minimo per un flusso laminare, quindi risulta in un valore più alto del fattore di attrito.
Uso del fattore di attrito della ventola
Il nome stesso suggerisce che il fattore di attrito è correlato all'attrito. E sappiamo quanto sia importante conoscere la quantità di perdite per attrito che si verificano nel fluido che scorre.
È anche importante conoscere una stima approssimativa delle perdite di energia cinetica che si verificano a causa della perdita di carico e di pressione. Il fattore di attrito della ventola ci aiuta a trovare i valori di queste quantità. Conoscendo questi valori possiamo progettare i tubi di conseguenza per evitare molte perdite dovute all'attrito.
Unità del fattore di attrito
Abbiamo studiato la formula per trovare il fattore di attrito. Se elaboriamo le unità di tutte le quantità che sono state utilizzate nella formula, vedremo che tutto si annulla e il rapporto risulta essere 1.
Quindi possiamo concludere che il fattore di attrito di Fanning non ha unità. Proprio come il numero di Reynold, è un numero adimensionale. Il fattore in sé è un rapporto tra due quantità simili, quindi il fattore di attrito deve essere adimensionale.
Formula del fattore di attrito della ventola
Il fattore di attrito della ventola è il rapporto tra lo sforzo di taglio locale e la densità di energia cinetica del flusso. Abbiamo già discusso la formula nelle sezioni precedenti, ma la studieremo ancora, questa volta anche per il flusso turbolento.
La sezione seguente ci fornisce la formula di attrito di Fanning per il flusso sia laminare che turbolento di un fluido che scorre in un tubo rotondo-
laminare
La formula dell'attrito di Fanning per un fluido che scorre in un flusso laminare in un tubo tondo è riportata di seguito:
f = 16/Ri
turbolento
La formula del fattore di attrito Fanning per un fluido che scorre in un flusso turbolento in un tubo tondo è data sotto-
Perdita di carico del fattore di attrito della ventola
L'attrito è il maggiore motivo della caduta di pressione prendere posto. L'attrito diminuisce la velocità del flusso del fluido e diminuisce anche la pressione mentre il fluido scorre nel tubo.
La caduta di pressione è direttamente proporzionale alla Ventilazione Fattore di attrito. Maggiore è il valore del Fattore di attrito maggiore sarà la caduta di pressione contro le estremità del tubo. Quindi possiamo dire che la pressione si riduce mentre il fluido scorre attraverso il tubo.
Fattori che influenzano il numero di Reynold
La formula del numero di Reynold è data sotto-
Dalla formula sopra si può concludere che il valore del numero di Reynold dipende dalla densità del fluido che scorre, dalla sua viscosità dinamica, dalla velocità con cui scorre il fluido e dal diametro equivalente della sezione trasversale attraverso la quale scorre il fluido.
In che modo sono correlati il fattore di attrito di Darcy e il fattore di attrito di Fanning?
Sia il fattore di attrito di Darcy che il fattore di attrito di Fanning rappresentano la quantità di attrito che si verifica all'interno del fluido e ci dice quanta caduta di pressione si sta verificando all'interno del tubo.
Matematicamente, il fattore di attrito di Darcy è quattro volte il fattore di attrito di Fanning. Entrambi questi fattori sono identici e rappresentano la stessa quantità che è l'attrito e sono anche usati per trovare la stessa cosa che è la caduta di pressione. L'unica differenza tra loro è il fattore quattro che viene moltiplicato per il fattore di attrito di Fanning per trovare il valore del fattore di Darcy.
Motivi della caduta di pressione all'interno di un tubo
Ci possono essere molte ragioni per cui si verifica una caduta di pressione per un fluido che scorre all'interno di un tubo. Alcuni dei motivi sono indicati nell'elenco seguente-
- L'attrito dalle pareti del tubo diminuirà la pressione del fluido. La pressione del fluido che esce dal tubo sarà inferiore alla pressione del fluido che entra nel tubo.
- Anche le curve o il restringimento di un tubo contribuiscono alla caduta di pressione all'interno del tubo.
- Ostruzioni all'interno di un tubo
- Sensori fissati all'interno del tubo che fungono anche da ostruzioni aggiuntive al flusso di fluido che scorre.
- Perdite nelle pareti del tubo.
- Perdite dall'apparecchiatura installata sul tubo.
Ciao .... Sono Abhishek Khambhata, ho perseguito B. Tech in ingegneria meccanica. Durante i miei quattro anni di ingegneria, ho progettato e pilotato veicoli aerei senza pilota. Il mio forte è la meccanica dei fluidi e l'ingegneria termica. Il mio progetto del quarto anno era basato sul miglioramento delle prestazioni dei veicoli aerei senza pilota utilizzando la tecnologia solare. Mi piacerebbe entrare in contatto con persone che la pensano allo stesso modo.
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