Suppose we are interested in the effects of wave action on a large shi การแปล - Suppose we are interested in the effects of wave action on a large shi ไทย วิธีการพูด

Suppose we are interested in the ef

Suppose we are interested in the effects of wave action on a large ship at sea, heat loss of a submarine and the drag force it experiences in its underwater environment, or the wind effects on an aircraft wing. Quite often, because it is physically impossible to duplicate the actual phenomenon in the laboratory, we study a scaled-down model in a simulated environment to predict accurately the performance of the physical system. The actual physical system for which the predictions are to be made is called the prototype. How do we scale experiments in the laboratory to ensure that the effects observed for the model will be the same effects experienced by the prototype? Although extreme care must be exercised in using simulations, the dimensional products resulting from dimensional analysis of the problem can provide insight into how the scaling for a model should be done. The idea comes from Buckingham's theorem. If the physical system can be described by a dimensionally homogeneous equation in the variables, then it can be put into the form
f(Π_1,Π_2,…,Π_n )=0
for a complete set of dimensionless products. Assume that the independent variable of the problem appears only in the product Π_nand that
Π_n=H(Π_1,Π_2,…,Π_(n-1))
For the solution to the model and the prototype to be the same, it is sufficient that the value of all independent dimensionless products Π_1,Π_2,…,Π_(n-1 )be the same for the model and the prototype.
For example, suppose the Reynolds number υrρ/μappears as one of the dimensionless products in a fluid mechanics problem, where υ represents fluid velocity, r a characteristic dimension (such as the diameter of a sphere or the length of a ship), ρ the fluid density, and μ the fluid viscosity. These values refer to the prototype. Next, let ρ_m,υ_m,r_m and μ_(m )denote the corresponding values for the scaled-down model. For the effects on the model and the prototype to be the same, we want the two Reynolds numbers to agree so that
(υ_m r_m ρ_m)/μ_m = υrρ/μ
The last equation is referred to as a design condition to be satisfied by the model. If the length of the prototype is too large for the laboratory experiments so that we have to scale down the length of the model, say r_m=r/10, then the same Reynolds number for the model and the prototype can be achieved by using the same fluid ( ρ_m=ρ and μ_m= μ ) and varying the velocity, υ_m=10υ. If it is impractical to scale the velocity by the factor of 10,we can instead scale it by a lesser amount 0 < k < 10 and use a different fluid so that the equation
(kρ_m)/〖10μ〗_m =ρ/μ
is satisfied. We do need to be careful in generalizing the results from the scaled-down model to the prototype. Certain factors (such as surface tension) that may be negligible for the prototype may become significant for the model. Such factors would have to be taken into account before making any predictions for the prototype.
EXAMPLE 1 Drag Force on a Submarine
We are interested in the drag forces experienced by a submarine to be used for deep-sea oceanographic explorations. We assume that the variables affecting the drag D are fluid velocity υ, characteristic dimension r (here, the length of the submarine), fluid density ρ,the fluid viscosity μ, and the velocity of sound in the fluid C. We wish to predict the drag force by studying a model of the prototype. How will we scale the experiments for the model?
A major stumbling block in our problem is in describing shape factors related to the physical object being model ,in this case, the submarine. Let's consider submarines that are ellipsoidal in shape. In two dimensions, if a is the length of the major axis and b is the length of the minor axis of an ellipse, we can define r_1=a/b and assign a characteristic dimension such as r, the length of the submarine. In three dimensions, define also r_2=a/b', where a is the original major axis and b' is the second minor axis. Then r,r_1 and r_2 describe the shape of the submarine. In a more irregularly shaped object, additional shape factors would be required. The basic idea is that the object can be described using a characteristic dimension and an appropriate collection of shape factors. In the case of our three-dimensional ellipsoidal submarine, the shape factors r_1 and〖 r〗_2 are needed. These shape factors are dimensionless constants.
Returning to our list of six fluid mechanics variables D,υ,t,ρ,μ,and c, notice that we are neglecting surface tension (because it is small) and that gravity is not being considered. Thus, it is expected that a dimensionless analysis will produce three (6- 3) independent dimensionless products. We can choose the following three products for convenience:
Reynolds number R=υrρ/μ
Mach number M=υ/c
Pressure coefficient P=p/(ρυ^2 )
The added shape factors are dimensionless so that Buckingham's theorem gives the equation
h(P,M,R,r_1,r_2 )=0
Assuming that we can solve for P yield
P=H(M,R,r_1,r_2 )
Substituting P=p/〖ρυ〗^2 and solving for p gives
p=pυ^2 H(R,M,r_1,r_2)
Remembering that the total drag force is the pressure (force per unit area) times the area (which is proportional to r^2 for geometrically similar objects) and gives D∝pr^2 the proportionality, or
D=kρυ^2 r^2 H(R,M,r_1,r_2) (1)
Now a similar equation must hold to give the proportionality for the model
D_m=kρ_m υ_m^2 r_m^2 H(R,M,r_1m,r_2m) (2)
Because the prototype and model equations refer to the same physical system, both equations are identical in form. Therefore, the design conditions for the model require that
Condition (a) R_m=R
Condition (b) M_m=M
Condition (c) r_1m= r_1
Condition (d) r_2m=r_2
Note that if conditions (a)-(d) are satisfied, then Equations (1) and (2) give
D_m/D=(ρ_m υ_m^2 r_m^2)/(〖ρυ〗^2 r^2 ) (3)
Thus, D can be computed once D_m is measured. Note that the design conditions (c) and (d) imply geometric similarity between the model and the prototype submarine
a_m/b_m =a/b and a_m/〖b'〗_m =a/b'
If the velocities are small compared to the speed of sound in a fluid, then υ/c can be considered constant in accordance with condition (b). If the same fluid is used for both the model and prototype, then condition (a) is satisfied if
υ_m r_m=υr
or
υ_m/υ=r/r_m
which states that the velocity of the model must increase inversely as the scaling factor r_m/r. Under these conditions, Equation (3) yields
D_m/D=(ρ_m υ_m^2 r_m^2)/(〖ρυ〗^2 r^2 )=1
If increasing the velocity of the scaled model proves unsatisfactory in the laboratory, then a different fluid may be considered for the scaled model (ρ_m≠ρ and μ_m≠μ).If the ratio υ/c is small enough to neglect, then both υ_m and r_m can be varied to ensure that
(υ_m r_m ρ_m)/μ_m =υrρ/μ

in accordance with condition (a). Having chosen values that satisfy design condition (a), and knowing the drag on the scaled model, we can use Equation (14.30) to compute the drag on the prototype. Consider the additional difficulties if the velocities are sufficiently great that we must satisfy condition (b) as well.
A few comments are in order. One distinction between the Reynolds number and the other four numbers in fluid mechanics is that the Reynolds number contains the viscosity of the fluid. Dimensionally, the Reynolds number is proportional to the ratio of the inertia forces of an element of fluid to the viscous force acting on the fluid. In certain problems the numerical value of the Reynolds number may be significant. For example, the flow of a fluid in a pipe is virtually always parallel to the edges of the pipe (giving laminar flow) if the Reynolds number is less than 2000. Reynolds numbers in excess of 3000 almost always indicate turbulent flow. Normally, there is a critical Reynolds number between 2000 and 3000 at which the flow becomes turbulent.
The design condition (a) mentioned earlier requires the Reynolds number of the model and the prototype to be the same. This requirement precludes the possibility of laminar flow in the prototype being represented by turbulent flow in the model, and vice versa. The equality of the Reynolds number for a model and prototype is important in all problems in which viscosity plays a significant role.
The Mach number is the ratio of fluid velocity to the speed of sound in the fluid. It is generally important for problems involving objects moving with high speed in fluids, such as projectiles, high-speed aircraft, rockets, and submarines. Physically, if the Mach number is the same in model and prototype, the effect of the compressibility force in the fluid relative to the inertia force will be the same for model and prototype. This is the situation that is required by condition (b) in our example on the submarine.
0/5000
จาก: -
เป็น: -
ผลลัพธ์ (ไทย) 1: [สำเนา]
คัดลอก!
สมมติว่า เรามีความสนใจในผลกระทบของคลื่นกระทำบนเรือขนาดใหญ่ในทะเล สูญเสียความร้อนของตัวเรือดำน้ำและแรงลากมันประสบการณ์ในสภาพแวดล้อมใต้น้ำ หรือผลลมบนปีกเครื่องบินเป็น ค่อนข้างบ่อย เนื่อง จากมันเป็นไปไม่ได้จริงซ้ำปรากฏการณ์จริงในห้องปฏิบัติการ เราเรียนแบบยาในสภาพแวดล้อมการจำลองการทำนายอย่างแม่นยำประสิทธิภาพของระบบทางกายภาพ ระบบทางกายภาพจริงซึ่งจะทำการคาดคะเนคือต้นแบบ เราปรับขนาดทดลองในห้องปฏิบัติการเพื่อให้แน่ใจว่า ผลจากสังเกตในแบบจะผลกระทบเดียวกันประสบการณ์จากต้นแบบได้อย่างไร แม้ว่าดูแลมากต้องใช้ในการจำลอง ผลิตภัณฑ์มิติที่เกิดจากการวิเคราะห์มิติของปัญหาสามารถให้ความเข้าใจถึงวิธีปรับขนาดรูปแบบควรจะทำ ความคิดมาจากทฤษฎีบทของบัคกิ้งแฮม ถ้าระบบทางกายภาพที่สามารถอธิบาย โดยสมการเหมือนมิติในตัวแปร แล้วจะสามารถใส่ลงในแบบฟอร์ม
f (Π_1, Π_2,...,Π_n) = 0
สำหรับชุดของผลิตภัณฑ์ dimensionless สมมติว่า ตัวแปรอิสระของปัญหาปรากฏเฉพาะใน that
Π_n=H(Π_1,Π_2,...,Π_(n-1) Π_nand ผลิตภัณฑ์)
สำหรับโซลูชันแบบและต้นแบบให้เหมือนกัน ก็เพียงพอที่ค่าของทั้งหมดอิสระผลิตภัณฑ์ dimensionless Π_1, Π_2,..., Π_(n-1) จะเหมือนกันสำหรับรูปแบบและต้นแบบ
ตัวอย่าง, สมมติเรย์โนลด์สหมายเลข υrρ/μappears เป็นหนึ่งในปัญหากลศาสตร์ของไหล ผลิตภัณฑ์ dimensionless ที่υแทนความเร็วของเหลว r มีลักษณะขนาดเช่น (เส้นผ่าศูนย์กลางของทรงกลม) หรือความยาวของเรือ ρความหนาแน่นของเหลว และμเป็นความหนืดของเหลว ค่าเหล่านี้หมายถึงแบบตัวอย่าง ให้ ρ_m, υ_mr_m และμ_ (m) แสดงค่าเกี่ยวข้องสำหรับรูปแบบยา ลักษณะรูปแบบและต้นแบบให้เหมือนกัน เราต้องหมายเลขเรย์โนลด์สสองต้องได้ที่
(υ_m r_m ρ_m)/μ_m υrρ/μ =
สมการสุดท้ายเรียกว่าเป็นเงื่อนไขออกไปพอใจตามแบบ ถ้าความยาวของต้นแบบมีขนาดใหญ่เกินไปสำหรับห้องปฏิบัติการทดลองเพื่อให้เรามีการปรับลงความยาวของแบบ ว่า r_m = r/10 แล้วหมายเลขเรย์โนลด์สเดียวสำหรับรูปแบบและต้นแบบสามารถทำได้ โดยใช้น้ำมันเดียวกัน (ρ_m =ρและ μ_m =μ) และแตกต่างกันความเร็ว υ_m = 10υ ถ้าเป็นมากขนาดนี้ความเร็ว โดยตัว 10เราแทนสามารถปรับตามจำนวนที่น้อยกว่า 0 < k < 10 และใช้น้ำมันแตกต่างกันเพื่อให้สมการ
(kρ_m) / 〖10μ〗_m =ρ/μ
จะพอใจได้ เราต้องระวังใน generalizing ผลลัพธ์จากรูปแบบยาการสร้างต้นแบบ ปัจจัยบางอย่าง (เช่นแรงตึงผิว) ซึ่งอาจเป็นระยะสำหรับต้นแบบที่อาจสำคัญสำหรับรูปแบบ ปัจจัยดังกล่าวจะต้องนำมาพิจารณาก่อนทำการคาดคะเนสำหรับต้นแบบ
แรงลาก 1 อย่างบนเรือดำน้ำแบบ
เรามีความสนใจในกองกำลังลากที่มีประสบการณ์ โดยเรือดำน้ำใช้ oceanographic อย่างลึก เราสมมติว่า ตัวแปรที่มีผลต่อการลาก D เป็นของเหลวความเร็วυ r ขนาดลักษณะ (ที่นี่ ความยาวของเรือดำน้ำ), ความหนาแน่นของเหลวρ μความหนืดของเหลว และความเร็วของเสียงในค.ของเหลว เราต้องการทำนายแรงลาก โดยศึกษารูปแบบของต้นแบบ วิธีจะเราขนาดทดลองสำหรับรุ่น?
บล็อกสะดุดสำคัญในปัญหาของเราคือในการอธิบายรูปร่างเป็นปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับทางกายภาพวัตถุถูกจำลอง ในกรณีนี้ เรือดำน้ำ ลองพิจารณาเรือดำน้ำที่อยู่ในรูป ellipsoidal ในสองมิติ ถ้าเป็นความยาวของแกนหลักและ b คือ ความยาวของแกนรองของวงรี เราสามารถกำหนด r_1 =การ / b และกำหนดลักษณะขนาดเช่น r ความยาวของเรือดำน้ำ สามมิติ กำหนดยัง r_2 =การ / b', ที่เป็นแกนหลักและ b เดิม ' เป็นแกนรองสอง แล้ว rr_1 และ r_2 อธิบายรูปร่างของเรือดำน้ำ ในวัตถุรูปร่างไม่สม่ำเสมอมากขึ้น รูปร่างเพิ่มเติมปัจจัยจะต้อง แนวคิดพื้นฐานคือ ว่า วัตถุสามารถอธิบายใช้ขนาดลักษณะต่าง ๆ รูปร่างปัจจัยที่เหมาะสม รูปร่างเป็นปัจจัย r_1 and〖 r〗_2 จำเป็นในกรณีของเราสามมิติ ellipsoidal เรือดำน้ำ ปัจจัยเหล่านี้รูปร่างได้ dimensionless คง
ความรายการของเรา 6 ตัวแปรกลศาสตร์ D υ t ρ μ และ c สังเกตว่า เรามี neglecting แรงตึงผิว (เพราะขนาดเล็ก) และที่ แรงโน้มถ่วงไม่ได้ถือ ดังนั้น จึง คาดว่า วิเคราะห์ dimensionless จะผลิตสาม (6 - 3) ผลิตภัณฑ์ dimensionless อิสระ เราสามารถเลือกผลิตภัณฑ์ที่สามต่อไปนี้เพื่อความสะดวก:
เรย์โนลด์สหมายเลข R = υrρ/μ
เลขมัค M = υ/c
สัมประสิทธิ์ความดัน P = p /(ρυ
2)
ปัจจัยรูปเพิ่มเป็น dimensionless ดังนั้นทฤษฎีบทของบัคกิ้งแฮมให้สมการ
h (P, M, R, r_1, r_2) = 0
สมมติว่าเราสามารถหาผลตอบแทน P
P = H (r_1 M, R, r_2)
แทน P = p/〖ρυ〗
2 และแก้ปัญหาสำหรับ p ให้
p = pυ
2 H(R,M,r_1,r_2)
จดจำว่า ลากรวมแรงดัน (แรงต่อหน่วยพื้นที่) เวลาพื้นที่ (ซึ่งเป็นสัดส่วนกับ r
2 วัตถุคล้าย geometrically) และให้ D∝pr
2 สัดส่วน หรือ
D = kρυ
2 r
2 H(R,M,r_1,r_2) (1)
ตอนนี้สมการคล้ายต้องกดค้างไว้เพื่อให้สัดส่วนนี้สำหรับรุ่น
D_m = kρ_m υ_m
2 r_m
2 H (R, M, r_1m, r_2m) (2)
เนื่องจากต้นแบบและแบบจำลองสมการหมายถึงระบบทางกายภาพเดียวกัน ทั้งสองสมการจะเหมือนในแบบฟอร์ม ดังนั้น ต้องมีเงื่อนไขออกแบบสำหรับรูปแบบที่
เงื่อนไข (ก) R_m = R
M_m (ข) เงื่อนไข = M
เงื่อนไข (c) r_1m = r_1
เงื่อนไข (d) r_2m = r_2
หมายเหตุว่า ถ้าเงื่อนไข (a)-(d) พอใจ แล้วสมการ (1) และ (2) ให้
D_m/D = (ρ_m υ_m
2 r_m
2) / (〖ρυ〗
2 r
2) (3)
ดังนั้น D สามารถถูกคำนวณเมื่อวัด D_m หมายเหตุว่า การออกแบบเงื่อนไข (c) และ (d) เป็นสิทธิ์แบบคล้ายทรงเรขาคณิตระหว่างรูปแบบและต้นแบบเรือดำน้ำ
a_m/b_m =การ / b และ a_m/〖b ' 〗_m =การ / b'
ตะกอนมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความเร็วของเสียงในไหล ถ้า υ/c จะถือว่าคงที่ตามเงื่อนไข (b) ถ้าใช้น้ำมันเดียวกันสำหรับทั้งรูปแบบและต้นแบบ แล้วพอใจเงื่อนไข (ก) ถ้า
υ_m r_m = υr
หรือ
υ_m/υ = r/r_m
ที่อเมริกาที่ต้องการเพิ่มขึ้นความเร็วของแบบจำลอง inversely เป็นการปรับ ปัจจัย r_m/r ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ อัตราผลตอบแทนในสมการ (3)
D_m/D = (ρ_m υ_m
2 r_m
2) / (〖ρυ〗
2 r
2) = 1
ถ้าเพิ่มความเร็วของแบบจำลองปรับสัดส่วนได้พิสูจน์ใช้ในห้องปฏิบัติการ แล้วไหลต่าง ๆ อาจถูกพิจารณาว่าสำหรับรูปแบบปรับสัดส่วนได้ (ρ_m≠ρ และ μ_m≠μ)ถ้าอัตราส่วน υ/c คือเล็กพอที่จะละเลย แล้ว υ_m และ r_m สามารถจะแตกต่างกันเพื่อให้แน่ใจว่า
(υ_m r_m ρ_m) / μ_m υrρ/μ =

ตามเงื่อนไข (ก) มีเลือกค่าที่ตอบสนอง (a), เงื่อนไขการออกแบบ และรู้ว่าลากการปรับสัดส่วนได้ เราสามารถใช้สมการ (14.30) เพื่อคำนวณการลากบนต้นแบบ พิจารณาปัญหาเพิ่มเติมถ้าตะกอนอยู่พอดีว่า เราต้องตอบสนองเงื่อนไข (b) เช่น
บางความเห็นในใบสั่งได้ ความแตกต่างเดียวระหว่างหมายเลขเรย์โนลด์สและอื่น ๆ สี่เลขในกลศาสตร์ของไหลเป็นหมายเลขเรย์โนลด์สประกอบด้วยความหนืดของน้ำที่ มิติ หมายเลขเรย์โนลด์สเป็นสัดส่วนกับอัตราส่วนของกำลังแรงเฉื่อยขององค์ประกอบของน้ำมันจะทำหน้าที่บนน้ำแรงข้น ในปัญหาบาง ค่าตัวเลขของเลขเรย์โนลด์สอาจสำคัญ ตัวอย่าง การไหลเวียนของเหลวในท่อได้แทบเสมอขนานขอบท่อ (ให้กระแส laminar) ถ้า น้อยกว่า 2000 หมายเลขเรย์โนลด์ส เรย์โนลด์สเลขเกินกว่า 3000 มักระบุไหลเชี่ยว โดยปกติ มีเลขเรย์โนลด์สสำคัญระหว่าง 2000 และ 3000 ซึ่งการไหลจะปั่นป่วน
ออกแบบเงื่อนไข (ก) กล่าวถึงก่อนหน้านี้ต้องเรย์โนลด์สจำนวนรูปแบบและต้นแบบให้เหมือนกัน ความต้องการนี้ไม่สามารถของ laminar กระแสในต้นแบบที่ถูกแสดง โดยไหลเชี่ยวในแบบจำลอง และในทางกลับกัน ความเสมอภาคของเลขเรย์โนลด์สสำหรับรูปแบบและต้นแบบที่มีความสำคัญในปัญหาทั้งหมดในความหนืดซึ่งมีบทบาทสำคัญ
เลขมัคคือ อัตราส่วนของความเร็วของเหลวกับความเร็วของเสียงในน้ำ มันเป็นสิ่งสำคัญโดยทั่วไปสำหรับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับวัตถุที่เคลื่อนย้าย ด้วยความเร็วสูงในของเหลว เลี่ยง เครื่องบินความเร็วสูง จรวด และเรือดำน้ำ จริง ถ้าเลขเครื่องจักรเดียวกันในรูปแบบและต้นแบบ ผลของแรง compressibility ในน้ำสัมพันธ์กับแรงความเฉื่อยจะเหมือนกันสำหรับรูปแบบและต้นแบบ เป็นสถานการณ์ที่จำเป็นตามเงื่อนไข (b) ตัวอย่างของเราบนเรือดำน้ำ
การแปล กรุณารอสักครู่..
ผลลัพธ์ (ไทย) 2:[สำเนา]
คัดลอก!
Suppose we are interested in the effects of wave action on a large ship at sea, heat loss of a submarine and the drag force it experiences in its underwater environment, or the wind effects on an aircraft wing. Quite often, because it is physically impossible to duplicate the actual phenomenon in the laboratory, we study a scaled-down model in a simulated environment to predict accurately the performance of the physical system. The actual physical system for which the predictions are to be made is called the prototype. How do we scale experiments in the laboratory to ensure that the effects observed for the model will be the same effects experienced by the prototype? Although extreme care must be exercised in using simulations, the dimensional products resulting from dimensional analysis of the problem can provide insight into how the scaling for a model should be done. The idea comes from Buckingham's theorem. If the physical system can be described by a dimensionally homogeneous equation in the variables, then it can be put into the form
f(Π_1,Π_2,…,Π_n )=0
for a complete set of dimensionless products. Assume that the independent variable of the problem appears only in the product Π_nand that
Π_n=H(Π_1,Π_2,…,Π_(n-1))
For the solution to the model and the prototype to be the same, it is sufficient that the value of all independent dimensionless products Π_1,Π_2,…,Π_(n-1 )be the same for the model and the prototype.
For example, suppose the Reynolds number υrρ/μappears as one of the dimensionless products in a fluid mechanics problem, where υ represents fluid velocity, r a characteristic dimension (such as the diameter of a sphere or the length of a ship), ρ the fluid density, and μ the fluid viscosity. These values refer to the prototype. Next, let ρ_m,υ_m,r_m and μ_(m )denote the corresponding values for the scaled-down model. For the effects on the model and the prototype to be the same, we want the two Reynolds numbers to agree so that
(υ_m r_m ρ_m)/μ_m = υrρ/μ
The last equation is referred to as a design condition to be satisfied by the model. If the length of the prototype is too large for the laboratory experiments so that we have to scale down the length of the model, say r_m=r/10, then the same Reynolds number for the model and the prototype can be achieved by using the same fluid ( ρ_m=ρ and μ_m= μ ) and varying the velocity, υ_m=10υ. If it is impractical to scale the velocity by the factor of 10,we can instead scale it by a lesser amount 0 < k < 10 and use a different fluid so that the equation
(kρ_m)/〖10μ〗_m =ρ/μ
is satisfied. We do need to be careful in generalizing the results from the scaled-down model to the prototype. Certain factors (such as surface tension) that may be negligible for the prototype may become significant for the model. Such factors would have to be taken into account before making any predictions for the prototype.
EXAMPLE 1 Drag Force on a Submarine
We are interested in the drag forces experienced by a submarine to be used for deep-sea oceanographic explorations. We assume that the variables affecting the drag D are fluid velocity υ, characteristic dimension r (here, the length of the submarine), fluid density ρ,the fluid viscosity μ, and the velocity of sound in the fluid C. We wish to predict the drag force by studying a model of the prototype. How will we scale the experiments for the model?
A major stumbling block in our problem is in describing shape factors related to the physical object being model ,in this case, the submarine. Let's consider submarines that are ellipsoidal in shape. In two dimensions, if a is the length of the major axis and b is the length of the minor axis of an ellipse, we can define r_1=a/b and assign a characteristic dimension such as r, the length of the submarine. In three dimensions, define also r_2=a/b', where a is the original major axis and b' is the second minor axis. Then r,r_1 and r_2 describe the shape of the submarine. In a more irregularly shaped object, additional shape factors would be required. The basic idea is that the object can be described using a characteristic dimension and an appropriate collection of shape factors. In the case of our three-dimensional ellipsoidal submarine, the shape factors r_1 and〖 r〗_2 are needed. These shape factors are dimensionless constants.
Returning to our list of six fluid mechanics variables D,υ,t,ρ,μ,and c, notice that we are neglecting surface tension (because it is small) and that gravity is not being considered. Thus, it is expected that a dimensionless analysis will produce three (6- 3) independent dimensionless products. We can choose the following three products for convenience:
Reynolds number R=υrρ/μ
Mach number M=υ/c
Pressure coefficient P=p/(ρυ^2 )
The added shape factors are dimensionless so that Buckingham's theorem gives the equation
h(P,M,R,r_1,r_2 )=0
Assuming that we can solve for P yield
P=H(M,R,r_1,r_2 )
Substituting P=p/〖ρυ〗^2 and solving for p gives
p=pυ^2 H(R,M,r_1,r_2)
Remembering that the total drag force is the pressure (force per unit area) times the area (which is proportional to r^2 for geometrically similar objects) and gives D∝pr^2 the proportionality, or
D=kρυ^2 r^2 H(R,M,r_1,r_2) (1)
Now a similar equation must hold to give the proportionality for the model
D_m=kρ_m υ_m^2 r_m^2 H(R,M,r_1m,r_2m) (2)
Because the prototype and model equations refer to the same physical system, both equations are identical in form. Therefore, the design conditions for the model require that
Condition (a) R_m=R
Condition (b) M_m=M
Condition (c) r_1m= r_1
Condition (d) r_2m=r_2
Note that if conditions (a)-(d) are satisfied, then Equations (1) and (2) give
D_m/D=(ρ_m υ_m^2 r_m^2)/(〖ρυ〗^2 r^2 ) (3)
Thus, D can be computed once D_m is measured. Note that the design conditions (c) and (d) imply geometric similarity between the model and the prototype submarine
a_m/b_m =a/b and a_m/〖b'〗_m =a/b'
If the velocities are small compared to the speed of sound in a fluid, then υ/c can be considered constant in accordance with condition (b). If the same fluid is used for both the model and prototype, then condition (a) is satisfied if
υ_m r_m=υr
or
υ_m/υ=r/r_m
which states that the velocity of the model must increase inversely as the scaling factor r_m/r. Under these conditions, Equation (3) yields
D_m/D=(ρ_m υ_m^2 r_m^2)/(〖ρυ〗^2 r^2 )=1
If increasing the velocity of the scaled model proves unsatisfactory in the laboratory, then a different fluid may be considered for the scaled model (ρ_m≠ρ and μ_m≠μ).If the ratio υ/c is small enough to neglect, then both υ_m and r_m can be varied to ensure that
(υ_m r_m ρ_m)/μ_m =υrρ/μ

in accordance with condition (a). Having chosen values that satisfy design condition (a), and knowing the drag on the scaled model, we can use Equation (14.30) to compute the drag on the prototype. Consider the additional difficulties if the velocities are sufficiently great that we must satisfy condition (b) as well.
A few comments are in order. One distinction between the Reynolds number and the other four numbers in fluid mechanics is that the Reynolds number contains the viscosity of the fluid. Dimensionally, the Reynolds number is proportional to the ratio of the inertia forces of an element of fluid to the viscous force acting on the fluid. In certain problems the numerical value of the Reynolds number may be significant. For example, the flow of a fluid in a pipe is virtually always parallel to the edges of the pipe (giving laminar flow) if the Reynolds number is less than 2000. Reynolds numbers in excess of 3000 almost always indicate turbulent flow. Normally, there is a critical Reynolds number between 2000 and 3000 at which the flow becomes turbulent.
The design condition (a) mentioned earlier requires the Reynolds number of the model and the prototype to be the same. This requirement precludes the possibility of laminar flow in the prototype being represented by turbulent flow in the model, and vice versa. The equality of the Reynolds number for a model and prototype is important in all problems in which viscosity plays a significant role.
The Mach number is the ratio of fluid velocity to the speed of sound in the fluid. It is generally important for problems involving objects moving with high speed in fluids, such as projectiles, high-speed aircraft, rockets, and submarines. Physically, if the Mach number is the same in model and prototype, the effect of the compressibility force in the fluid relative to the inertia force will be the same for model and prototype. This is the situation that is required by condition (b) in our example on the submarine.
การแปล กรุณารอสักครู่..
ผลลัพธ์ (ไทย) 3:[สำเนา]
คัดลอก!
สมมติว่าเราสนใจในผลของการกระทําของคลื่นบนเรือใหญ่ในทะเล , การสูญเสียความร้อนของเรือดำน้ำและลากบังคับมันให้ประสบการณ์ในสภาพแวดล้อมใต้น้ำของ หรือลมจะมีผลต่อเครื่องบินปีก ค่อนข้างบ่อย เพราะมันเป็นไปไม่ได้ที่จะเลียนแบบปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจริงในห้องปฏิบัติการศึกษารูปแบบจำลองขนาดลงในสภาพแวดล้อมที่จะทำนายได้อย่างถูกต้อง ประสิทธิภาพของระบบทางกายภาพ ระบบทางกายภาพที่แท้จริงซึ่งคาดคะเนจะทำให้เรียกว่าต้นแบบ วิธีทำเราขนาดทดลองในห้องปฏิบัติการ เพื่อให้มั่นใจว่าผลว่ารูปแบบจะเป็นลักษณะเดียวกันที่มีต้นแบบ ?แม้ว่าจะต้องใช้ความระมัดระวังในการใช้จำลอง , มิติผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการวิเคราะห์มิติของปัญหาสามารถให้ลึกลงไปว่า ปรับเป็นแบบที่ควรกระทำ ความคิดที่มาจากทฤษฎีบทของบัคกิงแฮม . ถ้าระบบทางกายภาพสามารถอธิบายโดยสมการมิติเนื้อเดียวกันในตัวแปร แล้วมันสามารถใส่ลงในแบบฟอร์ม
F ( Π _1 Π , _2 , . . .Π _n ) = 0 =
สำหรับชุดสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์ไร้ . สมมติว่าตัวแปรอิสระของปัญหาที่ปรากฏเฉพาะในผลิตภัณฑ์ที่Π _nand
Π _n = H ( Π _1 Π , _2 , . . . , Π _ ( N - 1 )
สำหรับโซลูชันของแบบจำลองและต้นแบบที่จะเป็นเหมือนกัน มันไม่เพียงพอที่มูลค่าของผลิตภัณฑ์Π _1 ไร้อิสระทั้งหมด Π , _2 , . . . , Π _ ( N - 1 ) เป็นแบบเดียวกันกับรุ่นและต้นแบบ .
ตัวอย่างเช่นคิดว่าเลขเรย์โนลด์υ R ρ / μปรากฏเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่ไร้มิติในปัญหากลศาสตร์ของของไหลที่υหมายถึงความเร็วของไหล R มิติลักษณะ ( เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางของทรงกลม หรือความยาวของเรือ ) , ρของเหลวความหนาแน่น และμความหนืดของของไหล ค่าเหล่านี้ดูต้นแบบ ต่อไป ให้ρ _m υ _m , ,และ r_m μ _ ( M ) แสดงถึงคุณค่าที่สอดคล้องกันเพื่อลดขนาดลงแบบ สำหรับผลกระทบต่อรูปแบบและต้นแบบที่จะเป็นเหมือนกัน เราต้องการสองหมายเลขเห็นด้วยดังนั้น
( υ _m r_m ρ _m ) / μ _m = υ R ρ / μ
สมการสุดท้ายเรียกว่าภาวะออกแบบจะพอใจโดยแบบจำลองถ้าความยาวของเครื่องมีขนาดใหญ่เกินไปสำหรับการทดลอง ดังนั้นเราต้องปรับลงความยาวของแบบพูด r_m = r / 10 แล้วเหมือนกัน Reynolds number สำหรับแบบจำลองและต้นแบบที่สามารถทำได้โดยการใช้เดียวกันของเหลว ( ρ _m = ρμและ _m = μ ) และ ปรับความเร็วυ _m = 10 υ . ถ้ามันไม่ได้ขนาด ความเร็ว โดยปัจจัยที่ 10เราสามารถแทน ขนาดมัน โดยมียอดเงินน้อยกว่า 0 < K < 10 และใช้ของเหลวที่แตกต่างกันเพื่อให้สมการ
( K ρ _m ) / 〖 10 μ〗 _m = ρ / μ
พอใจ เราจำเป็นต้องระมัดระวังใน Generalizing ผลลัพธ์จากการลดขนาดลงรุ่นต้นแบบ ปัจจัยบางอย่าง ( เช่นแรงตึงผิว ) ที่อาจจะเล็กน้อยสำหรับต้นแบบอาจจะสำคัญสำหรับรูปแบบปัจจัยที่จะต้องพิจารณาก่อนที่จะตัดสินใจใด ๆทำนายต้นแบบ .
1 ตัวอย่างลากบังคับเรือดำน้ำ
เราสนใจลากกองทัพที่มีประสบการณ์ โดยเรือดำน้ำเพื่อใช้ในการสำรวจทางสมุทรศาสตร์ . เราสันนิษฐานว่า ตัวแปรที่มีผลต่อการลาก D υความเร็วของไหลลักษณะมิติ R ( ที่นี่ ความยาวของเรือดำน้ำ )ρความหนาแน่นของของไหล μความหนืดของของไหล และความเร็วของเสียงในของเหลว C . เราต้องการทำนายแรงต้าน โดยศึกษารูปแบบของต้นแบบ แล้วเราจะปรับขนาดทดลอง สำหรับรุ่นนี้
a หลักบล็อกสะดุดในปัญหาของเรา ในการอธิบายรูปร่างของปัจจัยทางกายภาพเป็นรูปแบบวัตถุ ในกรณีนี้ เรือดำน้ำลองพิจารณาเรือดำน้ำที่ทรงรีในรูปร่าง ในลักษณะสองมิติ ถ้า คือ ความยาวของแกนหลักและ B คือ ความยาวของแกนรองของวงรี เราสามารถกำหนด r_1 = A / B และกำหนดมิติลักษณะเช่น R , ความยาวของเรือดำน้ำ ในสามมิติ กำหนดยัง r_2 = A / B ' ที่เป็นต้นฉบับและ B ' เป็นแกนใหญ่แกนเล็ก 2 แล้ว R ,และ r_1 r_2 อธิบายรูปร่างของเรือดำน้ำ ในรูปวัตถุมากขึ้น ศึกษาปัจจัยรูปร่างเพิ่มเติมจะต้อง แนวคิดพื้นฐานคือการที่วัตถุสามารถอธิบายโดยใช้มิติลักษณะและคอลเลกชันที่เหมาะสมของปัจจัยรูปร่าง ในกรณีของเรือดำน้ำทรงรีของเราสามมิติ , รูปร่างและปัจจัย r_1 〖 R 〗 _2 ที่จําเป็นปัจจัยรูปร่างเหล่านี้เป็นค่าคงที่ไร้มิติ .
กลับไปรายการของเราหกกลศาสตร์ของไหลυตัวแปร D , T , ρμ , และ C , แจ้งให้ทราบว่าเราเป็น แต่ความตึงผิว ( เพราะมันมีขนาดเล็ก ) และแรงโน้มถ่วงที่ไม่ได้รับการพิจารณา ดังนั้น จึงคาดว่าการวิเคราะห์ไร้จะผลิตสาม ( 6 - 3 ) ผลิตภัณฑ์ไร้อิสระเราสามารถเลือกสามผลิตภัณฑ์เพื่อความสะดวกต่อไปนี้ :
Reynolds number = υ R ρ / μ
เลขมัค M = υ / C
ค่าสัมประสิทธิ์แรงดัน P = P / ( ρυ
2 )
เพิ่มปัจจัยเพื่อรูปร่างไร้ทฤษฎีบทของบัคกิงแฮมให้สมการ
h ( P , M , R , r_1 r_2 ) , = 0 =
สมมติว่าเราสามารถแก้ปัญหาผลผลิตสำหรับ P
p = H ( M , R , r_1 r_2 แทน , p = P )
/ 〖ρυ〗
2 และแก้ไขสำหรับ P ให้
p = P υ
2 h ( r , M , r_1 r_2
, )จำ ได้ว่า แรงลากรวมแรงดัน ( แรงต่อหน่วยพื้นที่ ) ครั้งพื้นที่ ( ซึ่งเป็นสัดส่วนกับ R
2 สำหรับวัตถุที่คล้ายกัน จังหวัดลำปาง ) และให้ D ∝ PR
2 สัดส่วนหรือ
D = k ρυ
2 R
2 h ( r , M , r_1 r_2 , ) ( 1 )
ตอนนี้สมการคล้ายคลึงกันต้องจับให้ได้สัดส่วนกับรุ่น
d_m = k ρ _m υ _m
2 r_m
2 h ( r , M , r_1m r_2m
, ) ( 2 )เพราะต้นแบบและสมการที่อ้างถึงระบบทางกายภาพเดียวกัน ทั้งสองสมการจะเหมือนกันในรูปแบบ ดังนั้น การออกแบบเงื่อนไขแบบต้องใช้เงื่อนไขที่
( ) r_m = r
เงื่อนไข ( B ) m_m = M
เงื่อนไข ( C ) r_1m = r_1
( D ) สภาพ r_2m = r_2
หมายเหตุว่า ถ้าเงื่อนไข ( ) - ( D ) พอใจ แล้วสมการ ( 1 ) และ 2 ) ให้ d_m
/ D = ( ρ _m υ _m
2 r_m
2 ) / ( 〖ρυ〗
2 r
2 )
( 3 )ดังนั้น D สามารถคำนวณเมื่อ d_m วัด . หมายเหตุ เงื่อนไขการออกแบบ ( c ) และ ( d ) บ่งบอกถึงความคล้ายเรขาคณิตระหว่างแบบจำลองและต้นแบบเรือดำน้ำ
a_m / b_m = A / B และ a_m / 〖 B ' 〗 _m = A / B '
ถ้าความเร็วมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความเร็วของเสียงในของเหลว แล้วυ / C สามารถ ถือว่าคงที่ ตามสภาพ ( B )ถ้าของเหลวเดียวกันคือใช้ทั้งแบบจำลองและต้นแบบเงื่อนไขแล้ว ( ) คือพอใจถ้า
υ _m r_m = r

υหรือυ _m / υ = r / r_m
ซึ่งระบุว่า ความเร็วของรูปแบบจะต้องเพิ่มน้ำหนักเป็นตำแหน่ง r_m / อาร์ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ สมการ 3 ) ผลผลิต d_m
/ D = ( ρ _m υ _m
2 r_m
2 ) / ( 〖ρυ〗
2 r
2 )
= 1ถ้าเพิ่มความเร็วของการปรับรุ่นไม่พิสูจน์ในห้องปฏิบัติการ จากนั้นของเหลวที่แตกต่างกันอาจจะพิจารณาเพื่อปรับรูปแบบและρ _m ≠ρμ _m ≠μ ) ถ้าอัตราส่วนυ / C มีขนาดเล็กพอที่จะละเลย ทั้งυ _m และ r_m สามารถที่แตกต่างกันเพื่อให้แน่ใจว่า
( υ _m r_m ρ _m ) / μ _m = υ R ρ / μ

ตามภาพ ( ) มีการเลือกที่ตรงกับเงื่อนไขค่าออกแบบ ( ) ,และทราบว่าลากบนปรับรูปแบบ เราสามารถใช้สมการ ( 14.30 ) ค่าลากบนต้นแบบ พิจารณาปัญหาเพิ่มเติมถ้าความเร็วเพียงพอที่ดีที่เราต้องตอบสนองเงื่อนไข ( B ) ได้เป็นอย่างดี
ไม่กี่ความคิดเห็นอยู่ในคำสั่งหนึ่งความแตกต่างระหว่าง Reynolds number และอีกสี่ตัวเลขในกลศาสตร์ของไหลคือหมายเลขเรย์โนลด์ที่มีความหนืดของของไหล มิติ , เลขเรย์โนลด์เป็นสัดส่วนกับอัตราส่วนของความเฉื่อยกําลังขององค์ประกอบของของไหลกับแรงหนืดรักษาการในของเหลว ในปัญหาบางอย่าง ค่าตัวเลขของเลขเรย์โนลด์อาจจะสำคัญตัวอย่างเช่น การไหลของของเหลวในท่อเป็นเกือบเสมอขนานกับขอบของท่อ ( ให้ laminar flow ) ถ้าตัวเลขเรย์โนลด์มีค่าน้อยกว่า 2000 หมายเลขเกิน 3000 มักจะแสดงการไหลปั่นป่วน . โดยปกติมีการ Reynolds number ระหว่าง 2000 และ 3000 ที่ไหลกลายเป็น
ป่วนเงื่อนไขการออกแบบ ( ) กล่าวถึงก่อนหน้านี้ต้อง Reynolds number ของแบบจำลองและต้นแบบให้เหมือนกัน เพื่อเป็นการขจัดความเป็นไปได้ของการไหลแบบราบเรียบในต้นแบบถูกแทนด้วยการไหลแบบปั่นป่วน และในทางกลับกัน ความเสมอภาคของเลขเรย์โนลด์สำหรับแบบจำลองและต้นแบบที่สำคัญในปัญหาทั้งหมดที่ความหนืดมีบทบาทสำคัญ .
ที่เลขมัคคืออัตราส่วนความเร็วของของไหลกับความเร็วของเสียงในของเหลว มันเป็นโดยทั่วไปที่สำคัญสำหรับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงในของเหลว เช่น ความเร็วของเครื่องบิน จรวด ขีปนาวุธ และเรือดำน้ำ ในทางกายภาพ ถ้ามัคเป็นแบบเดียวกันในรุ่นและต้นแบบผลของการบังคับในน้ำสัมพันธ์กับแรงเฉื่อยบังคับจะเหมือนกับรุ่นต้นแบบ นี่เป็นสถานการณ์ที่ต้องการ โดยภาพ ( b ) ในตัวอย่างของเรา
บนเรือดำน้ำ
การแปล กรุณารอสักครู่..
 
ภาษาอื่น ๆ
การสนับสนุนเครื่องมือแปลภาษา: กรีก, กันนาดา, กาลิเชียน, คลิงออน, คอร์สิกา, คาซัค, คาตาลัน, คินยารวันดา, คีร์กิซ, คุชราต, จอร์เจีย, จีน, จีนดั้งเดิม, ชวา, ชิเชวา, ซามัว, ซีบัวโน, ซุนดา, ซูลู, ญี่ปุ่น, ดัตช์, ตรวจหาภาษา, ตุรกี, ทมิฬ, ทาจิก, ทาทาร์, นอร์เวย์, บอสเนีย, บัลแกเรีย, บาสก์, ปัญจาป, ฝรั่งเศส, พาชตู, ฟริเชียน, ฟินแลนด์, ฟิลิปปินส์, ภาษาอินโดนีเซี, มองโกเลีย, มัลทีส, มาซีโดเนีย, มาราฐี, มาลากาซี, มาลายาลัม, มาเลย์, ม้ง, ยิดดิช, ยูเครน, รัสเซีย, ละติน, ลักเซมเบิร์ก, ลัตเวีย, ลาว, ลิทัวเนีย, สวาฮิลี, สวีเดน, สิงหล, สินธี, สเปน, สโลวัก, สโลวีเนีย, อังกฤษ, อัมฮาริก, อาร์เซอร์ไบจัน, อาร์เมเนีย, อาหรับ, อิกโบ, อิตาลี, อุยกูร์, อุสเบกิสถาน, อูรดู, ฮังการี, ฮัวซา, ฮาวาย, ฮินดี, ฮีบรู, เกลิกสกอต, เกาหลี, เขมร, เคิร์ด, เช็ก, เซอร์เบียน, เซโซโท, เดนมาร์ก, เตลูกู, เติร์กเมน, เนปาล, เบงกอล, เบลารุส, เปอร์เซีย, เมารี, เมียนมา (พม่า), เยอรมัน, เวลส์, เวียดนาม, เอสเปอแรนโต, เอสโทเนีย, เฮติครีโอล, แอฟริกา, แอลเบเนีย, โคซา, โครเอเชีย, โชนา, โซมาลี, โปรตุเกส, โปแลนด์, โยรูบา, โรมาเนีย, โอเดีย (โอริยา), ไทย, ไอซ์แลนด์, ไอร์แลนด์, การแปลภาษา.

Copyright ©2024 I Love Translation. All reserved.

E-mail: