Gdy obiekt przemieszcza się w atmosferze, cząsteczki gazu w atmosferze w pobliżu obiektu są zakłócane i poruszają się wokół obiektu. Między gazem a obiektem powstają siły aerodynamiczne. Wielkość tych sił zależy od kształtu obiektu, prędkości obiektu, masy gazu przepływającego przez obiekt oraz dwóch innych ważnych właściwości gazu; lepkość lub lepkość gazu i ściśliwość lub sprężystość gazu. Aby odpowiednio zamodelować te efekty, aerodynamicy używają parametrów podobieństwa, które są stosunkami tych efektów do innych sił występujących w problemie. Jeśli dwa eksperymenty mają takie same wartości parametrów podobieństwa, wówczas względne znaczenie sił jest poprawnie modelowane. Reprezentatywne wartości właściwości powietrza podano na innej stronie, ale rzeczywista wartość parametru zależy od stanu gazu i od jego wysokości.
Siły aerodynamiczne zależą w złożony sposób od lepkości gazu. Gdy obiekt porusza się przez gaz, cząsteczki gazu przyklejają się do powierzchni. Tworzy to warstwę powietrza w pobliżu powierzchni, zwaną warstwą zewnętrzną, która w efekcie zmienia kształt obiektu. Przepływ gazu reaguje na krawędź warstwy granicznej tak, jakby to była fizyczna powierzchnia obiektu. Aby uczynić rzeczy bardziej zagmatwanymi, warstwa graniczna może oddzielić się od ciała i stworzyć efektowny kształt znacznie różniący się od kształtu fizycznego. Aby było jeszcze bardziej zagmatwane, warunki przepływu w warstwie granicznej i w jej pobliżu są często niestabilne (zmieniają się w czasie). Warstwa graniczna jest bardzo ważna przy określaniu ruchu obiektu. Aby określić i przewidzieć te warunki, aerodynamicy polegają na testach w tunelu aerodynamicznym i bardzo zaawansowanej analizie komputerowej.
Ważnym parametrem podobieństwa lepkości jest liczba Reynoldsa. Liczba Reynoldsa wyraża stosunek sił bezwładności (odpornych na zmiany lub ruch) do sił lepkości (ciężkich i lepkich). Ze szczegółowej analizy równania zachowania tempa, siły bezwładności są scharakteryzowane przez iloczyn gęstości r razy prędkość V razy gradient prędkości dV / dx. Siły lepkości są scharakteryzowane przez dynamiczny współczynnik lepkości mu w czasie drugiego gradientu prędkości d ^ 2V / dx ^ 2. Liczba Reynoldsa Re staje się wtedy:
Re = (r * V * dV / dx) / (mu * d ^ 2V / dx ^ 2)
Gradient prędkości jest proporcjonalny do prędkości podzielonej przez skalę długości L. Podobnie, druga pochodna prędkości jest proporcjonalna do prędkości podzielonej przez kwadrat Długość skali. Następnie:
Re = (r * V * V / L) / (mu * V / L ^ 2)
Re = (r * V * L) / mu
Liczba Reynoldsa jest liczbą bezwymiarową. Wysokie wartości tego parametru (rzędu 10 milionów) wskazują, że siły lepkości są małe, a przepływ w zasadzie nielepki. Równania Eulera można następnie wykorzystać do modelowania przepływu. Niskie wartości parametru (rzędu 100) wskazują, że należy wziąć pod uwagę siły lepkości.
Liczbę Reynoldsa można dodatkowo uprościć, jeśli użyjemy lepkości kinematycznej nu, która jest równa lepkości dynamicznej podzielonej przez gęstość:
nu = mu / r
Re = V * L / nu
Tutaj” jest program Java do obliczania współczynnika lepkości i liczby Reynoldsa dla różnych wysokości, długości i prędkości.
Aby zmienić wartości wejściowe, kliknij pole wprowadzania (czarne na białym), cofnij się nad wartością wejściową, wpisz nową wartość i naciśnij klawisz Enter na klawiaturze (spowoduje to wysłanie nowej wartości do programu). Zobaczysz pola wyjściowe (żółte na czarnym) zmieniające wartość. użyj jednostek imperialnych lub metrycznych i możesz wprowadzić liczbę Macha lub prędkość za pomocą przycisków menu. Po prostu kliknij przycisk menu i kliknij wybraną opcję. Wyświetlane są bezwymiarowe liczby Macha i liczba Reynoldsa ed inwhite na niebieskich pudełkach.Jeśli jesteś doświadczonym użytkownikiem tego kalkulatora, możesz użyć zwykłej wersji programu, która ładuje się szybciej na twoim komputerze i nie zawiera tych instrukcji.Możesz także pobrać własną kopię programu, aby uruchomić się klikając na ten przycisk:
Kalkulator parametrów podobieństwa został zmodyfikowany w maju 2009 r. przez ucznia Anthonyego Vila na Vanderbilt University, podczas letniego stażu w NASA Glenn.
W przypadku niektórych problemów możemy podzielić liczbę Reynoldsa przez skalę długości, aby uzyskać liczbę Reynoldsa na stopę. Jest to podane przez:
Ref = V / nu
Reynolds liczba na stopę (lub metr) nie jest oczywiście liczbą bezwymiarową, taką jak liczba Reynoldsa.Liczbę Reynoldsa na stopę można określić za pomocą kalkulatora, określając skalę długości na 1 stopę.
Zajęcia:
Wycieczki z przewodnikiem
Nawigacja ..
Przewodnik dla początkujących – strona główna Strona