Questo articolo discute della portata massica e della pressione. Entrambi hanno una relazione diretta tra loro (sebbene nessuna formula diretta). Studiamo di più a riguardo.
Tutto ciò che scorre è destinato ad avere una certa massa. La quantità di massa che passa per un punto al secondo è chiamata portata massica. Il termine portata massica trova impiego nell'ingegneria termica e nella meccanica dei fluidi. Consente di discutere di più sulla portata massica in questo articolo.
Che cos'è la pressione?
La pressione è la quantità di forza esercitata per unità di area. A parità di forza, se l'area è minore, il valore della pressione è maggiore e se l'area è maggiore, il valore della pressione è minore.
L'unità di pressione è N/m^2. Matematicamente, la pressione può essere data da-
P = FA/LA
Dove,
F è la forza applicata normale alla sezione trasversale
A è l'area della sezione trasversale
Cos'è la portata massica?
Il termine flusso significa tutto ciò che riguarda il movimento. portata massica si riferisce a una quantità di massa che passa per un punto al secondo. La massa può essere di qualsiasi cosa come gas, acqua, olio o qualsiasi altro fluido.
Il termine portata massica è un termine molto importante usato in meccanica dei fluidi e ingegneria termica. Le sue applicazioni risiedono in macchinari turbo, razzi, aeroplani e molte altre applicazioni relative ai fluidi. Matematicamente, la portata massica può essere data come
Portata di massa e relazione di pressione
Logicamente, più la pressione applicata alla sezione di ingresso significherà che viene creata una maggiore differenza di pressione tra l'ingresso e l'uscita, quindi più massa cercherà di correre attraverso la sezione. Quindi, possiamo dire che massa la portata è direttamente proporzionale alla pressione (pendenza).
Anche viceversa è vero, quando più massa scorre attraverso un punto al secondo, la forza esercitata dalle molecole di massa sulla superficie della sezione sarà maggiore, quindi la pressione sarà maggiore se la portata massica è maggiore. Quindi possiamo dire che entrambi sono direttamente proporzionali tra loro. Si noti che questo è completamente vero per fluidi incomprimibili come l'acqua.
La portata massica cambia con la pressione?
Si noti che la pressione da sola non ha effetto su portata massica, è la differenza di pressione creata che influisce sulla portata.
Il valore della differenza di pressione tra la sezione di ingresso e la sezione di uscita influisce sulla portata massica. Se la differenza di pressione è maggiore, la portata massica sarà maggiore e se la differenza di pressione sarà minore, la portata massica sarà minore.
Da sola una pressione maggiore non ha alcun effetto sulla portata, se sia l'ingresso che l'uscita hanno un valore elevato di pressioni e una bassa differenza tra loro, la portata sarà bassa a causa della bassa differenza di pressione. Otterremo più chiarezza guardando un esempio.
Esempio di relazione portata massica e differenza di pressione
Come discusso nella sezione precedente, la differenza di pressione influisce direttamente sul portata massica. Questo può essere spiegato usando un semplice esempio discusso di seguito.
L'aereo genererà più portanza quando c'è una differenza di pressione maggiore (come nei profili alari incurvati). Se ci sono valori di pressione elevati su entrambi i lati del profilo alare, non ci sarà alcun cambiamento significativo nei valori di pressione e quindi non ci sarà alcuna differenza di pressione o molto inferiore. A causa di ciò, fluirà molto meno aria generando quindi una minore portanza.
L'equazione di Bernoulli
Il principio di Bernoulli è pensato per fluidi incomprimibili che afferma che quando un fluido scorre in un flusso lineare, la velocità aumenta con la diminuzione della pressione statica.
In parole povere, il principio di Bernoulli significa: Pressione statica+Pressione dinamica= Pressione totale e che si dice costante.
Matematicamente, il principio di Bernoulli può essere dato come:
Immagine crediti: utente: ComputerGeezer ed Geof, Venturi Flow, CC BY-SA 3.0
Legge Hagen Poisueille
Questa legge data la relazione diretta tra differenza di pressione e la portata volumetrica.
Questa legge fornisce la relazione per calo di pressione per fluidi newtoniani incomprimibili in un flusso laminare. L'equazione di Hagen Poisueille è data come segue:
Quali sono i diversi tipi di flusso?
Esistono tre tipi principali di flussi: Laminare, flusso turbolento e transitorio.
Flusso laminare
Questo tipo di flusso è caratterizzato da particelle fluide che scorrono in modo regolare. Ogni strato si sposta oltre lo strato adiacente in modo tale che non si mescolino. Possiamo dire se il flusso è laminare o meno osservando il valore del numero di Reynold del flusso. Il numero di Reynold è discusso nelle sezioni successive di questo articolo.
Flusso turbolento
Questo tipo di strato è caratterizzato dalla miscelazione di due strati fluidi in un flusso. Il flusso è più violento del flusso laminare. Si desidera quando si deve miscelare due fluidi.
Flusso transitorio
transitorio il flusso è semplicemente la transizione tra laminare e flusso turbolento.
Il numero di Reynold
di Reynolds numero è un numero adimensionale utilizzato per determinare il tipo di flusso nel sistema.
Il rapporto tra le forze inerziali e le forze viscose è chiamato numero di Reynold. La formula generale per il numero di Reynold è data sotto-
dove,
mu è la viscosità dinamica
V è la velocità del flusso
Significato del numero di Reynold
Come discusso nella sezione precedente, il numero di Reynold viene utilizzato per trovare il tipo di flusso nel sistema. Ci dà un'idea degli effetti inerziali e viscosi del flusso sul sistema.
Per fluidi che scorrono su una piastra piana-
- Flusso laminare- Re<3×10^5
- Flusso turbolento- Re>3×10^5
Per fluido in un tubo circolare-
- Flusso laminare- Re<2000
- Flusso turbolento-Re>4000
- Flusso transitorio-2000
Numero Prandtl
Numero Prandtl prende il nome dal fisico Ludwig Prandtl. È un numero adimensionale che viene utilizzato per determinare il comportamento di trasferimento di calore.
Il numero di Prandtl è il rapporto tra la diffusività della quantità di moto e diffusività termica. L'analogo di massa del numero di Prandtl è il numero di Schmidt. Matematicamente, può essere scritto come-
Cp è il calore specifico a pressione costante
k è la conducibilità termica
Esempio di portata massica
Assumiamo i seguenti dati per un sistema.
Densità del fluido- 0.2 kg/m^3
Area della sezione trasversale- 1m^2
Portata volumetrica- 10m^3/s
Utilizzare i seguenti dati per calcolare il portata massica nel sistema.
portata massica può essere trovato usando la formula data di seguito-
Usando la formula data sopra, otteniamo la portata massica di 2 kg/s.
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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