NUMERO NG FROUDE: KUNG PAANO ITO KINAKALKULA AT MGA HALIMBAWA - PISIKAL - 2025

Ang numero ng Froude sa haydrolika ay nagpapahiwatig ng ugnayan sa pagitan ng mga walang lakas na puwersa at puwersa ng gravitational para sa isang likido. Samakatuwid, ito ay isang paraan ng pagdidisenyo ng sumusunod na taguri:

Kung saan ang N _F ay ang notasyon para sa numero ng Froude, isang sukat na walang sukat na ibinigay ang pangalang ito upang parangalan ang kilalang British naval arkitekto at hydraulic engineer na si William Froude (1810-1879). Nag-eksperimento si Froude at ang kanyang anak na lalaki sa pag-drag ng mga flat sheet sa pamamagitan ng tubig upang matantya kung gaano kalakas ang mga bangka sa mga alon.

Larawan 1. Ang numero ng Froude ay kinakailangan upang makilala ang daloy ng tubig sa pamamagitan ng isang bukas na channel, tulad ng isang kanal. Pinagmulan: Pixabay.

Sa pagkilos ng mga alon na dulot ng isang barko kapag naglayag o kasalukuyang nasa haligi ng isang tulay, ang mga puwersa ng pagkawalang-galaw at grabidad ay naroroon.

Ang numero ng Froude ay partikular na mahalaga sa pagkilala sa daloy ng likido sa isang bukas na channel. Ang isang bukas na pipe o channel ay isang tubo na ang itaas na ibabaw ay bukas sa kapaligiran. Ang mga halimbawa ay sagana sa kalikasan, sa anyo ng mga ilog at ilog.

At sa mga gawa na gawa ng tao ay mayroon tayo:

-Ang mga gatters at drains sa mga kalye at gusali upang magsagawa ng tubig-ulan.

-Acequias para sa patubig.

-Mga bukol at pag-agos.

-Pagpapalo ng mga channel para sa pang-industriya na makinarya.

Ito ang lahat ng mga halimbawa ng mga tubo na bukas sa kapaligiran, kung saan ang numero ng Froude ay dapat palaging isaalang-alang kapag nagpapakilala sa daloy.

Pagkalkula ng numero ng Froude

Ang quotient na ipinahiwatig sa simula, sa pagitan ng mga puwersa ng pagkawalang-galaw at mga gravity, ay kumukuha ng sumusunod na form, depende sa mga parameter ng likido:

Ang nakaraang equation o square square nito ay ang numero ng Froude:

Numero ng Froude para sa isang bukas na pipe

Tulad ng ipinaliwanag sa simula, ang daloy ng tubig sa pamamagitan ng mga channel na bukas sa kalangitan ay napakadalas. Para sa mga kasong ito, ang pagkalkula ng numero ng Froude ay isinasagawa sa pamamagitan ng paglalapat ng sumusunod na pormula:

Saan y _h ay ang hydraulic depth, v ay ang average na bilis ng daloy at g ay ang halaga ng acceleration ng grabidad. Kaugnay nito, ang kalaliman ng haydroliko ay kinakalkula tulad ng sumusunod:

Sa pormula na ito, Ang A ay kumakatawan sa net cross-sectional area at ang T ay ang lapad ng libreng ibabaw ng likido, ang isa na nakalantad sa kapaligiran, sa tuktok ng channel o pipe. Ito ay may bisa para sa isang hugis-parihaba na channel o isa na sapat na malawak at may palaging lalim.

Mahalagang tandaan ang katotohanan na dahil ang NF ay walang sukat, kung gayon ang produkto g at _{h ay} dapat na parisukat ng isang tulin. Sa katunayan, maipakita na:

Sa c _o bilang ang bilis ng pagpapalaganap ng isang alon ng ibabaw, pagkakatulad sa bilis ng tunog sa isang likido. Samakatuwid ang numero ng Froude ay magkatulad din sa numero ng Mach, na malawak na ginagamit upang ihambing ang bilis ng mga eroplano sa tunog ng tunog.

Mga uri ng daloy ayon sa bilang ng Froude

Ang daloy ng likido sa isang bukas na channel ay naiuri sa tatlong rehimen, ayon sa halaga ng N _F :

-Kapag N _F <1, mayroong isang mabagal o subritikang kilusan.

-Kung N _F = 1 ang daloy ay tinatawag na kritikal na daloy.

-Panguna, kung mayroon kang N _F > 1, ang kilusan ay isinasagawa sa isang mabilis o supercritikal na rehimen.

Froude number at numero ng Reynolds

Ang Reynolds number N _R ay isa pang napakahalagang sukat na walang sukat sa pagsusuri ng daloy ng likido, kung saan kilala ito kapag ang likido ay may nakagawing pag-uugali at kapag ito ay magulong. Ang mga konsepto na ito ay naaangkop kapwa dumadaloy sa mga saradong mga tubo at sa bukas na mga channel.

Ang isang daloy ay laminar kapag ang likido ay gumagalaw nang maayos at maayos sa mga layer na hindi naghahalo. Sa kabilang banda, ang magulong daloy ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging magulong at may kaguluhan.

Ang isang paraan upang malaman kung ang isang daloy ng tubig ay nakalamina o magulong ay sa pamamagitan ng pag-iniksyon ng isang stream ng tinta. Kung ang daloy ay laminar, ang stream ng tinta ay dumadaloy nang hiwalay mula sa agos ng tubig, ngunit kung ito ay isang gulong na daloy ang mga halo ng tinta at mabilis na kumalat sa tubig.

Larawan 2. Laminar flow at magulong daloy. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Seralepova

Sa kahulugan na ito, kapag pinagsama ang mga epekto ng numero ng Froude sa mga numero ng Reynolds, mayroon kami:

-Gawin ang subcritical: N _R <500 at N _F <1

-Subliko na walang gulo: N _R > 2000 at N _F <1

-Supercritical rolling: N _R <500 at N _F > 1

-Superperyal na magulong: N _R > 2000 at N _F > 1

Kapag nangyari ang mga daloy sa mga rehiyon ng paglipat, mas mahirap makilala ang mga ito, dahil sa kanilang kawalang katatagan.

Nagawa na halimbawa

Ang isang ilog na 4 m ang lapad at 1 m ang lalim ay may daloy ng 3 m ³ / s. Alamin kung ang daloy ay subcritical o supercritical.

Solusyon

Ang paghahanap ng halaga ng N _{F ay} nangangailangan ng pag-alam ng bilis ng kasalukuyang ilog. Ang pahayag ay nagbibigay sa amin ng rate ng daloy, na kilala rin bilang ang daloy ng dami ng daloy, na nakasalalay sa cross-sectional area at ang bilis ng v. Ito ay kinakalkula tulad nito:

Kung saan ang Q ay ang rate ng daloy, A ay ang cross-sectional area at v ang bilis. Sa pagpapalagay ng isang hugis-parihaba na cross-sectional area:

Kung gayon ang bilis v ay:

Ang lalim ng haydroliko sa kaso ng hugis-parihaba na seksyon na pipe ay nagkakasabay sa lalim, samakatuwid, ang pagpapalit ng mga halaga sa equation para sa N _F , na may y _h = 1 m at g = 9.8 m / s ² mayroon kami:

Dahil ang N _F ay mas mababa sa 1, ang daloy ay may isang subcritical na pag-uugali, iyon ay, mabagal.

Mga Sanggunian

1. Cimbala, C. 2006. Mga Fluid Mechanics, Mga Batayan at Aplikasyon. Si Mc. Graw Hill.
2. Franzini, J. 1999. Ang Fluid Mechanics na may Application ay nasa Engineering. Si Mc. Graw Hill.
3. Mott, R. 2006. Mga Fluid Mechanics. Ika-4. Edisyon. Edukasyon sa Pearson.
4. Puti, F. 2004. Mga Fluid Mechanics. 5th Edition. Mc Graw Hill.
5. Wikipedia. Bilang ng Froude. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org.