Mèsi paske w te vizite Nature.com.Vèsyon navigatè w ap itilize a gen yon sipò limite pou CSS.Pou pi bon eksperyans, nou rekòmande pou w itilize yon navigatè ki ajou (oswa fèmen mòd konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinye, nou pral montre sit la san estil ak JavaScript.
Eksperyans yo te fèt nan yon kanal rektangilè bloke pa liy transvèsal nan kat baton silendrik enkline. Presyon an sou sifas baton sant la ak gout presyon an atravè kanal la te mezire pa varye ang enklinezon baton an. Yo te teste twa diferan dyamèt baton asanble. presyon an nan pozisyon kritik nan sistèm nan dimansyon yo karakteristik nan baton an.Pwensip endepandans yo jwenn yo kenbe pou pifò nimewo Euler karakterize presyon nan diferan kote, sa vle di si presyon an se dimansyon lè l sèvi avèk pwojeksyon nan vitès la inlet nòmal nan baton an, seri a se endepandan de ang lan plonje.Ka korelasyon semi-anpirik ki kapab lakòz yo ka itilize pou Design idwolik menm jan an.
Anpil aparèy transfè chalè ak mas konpoze de yon seri modil, chanèl oswa selil kote likid pase nan estrikti entèn plis oswa mwens konplèks tankou baton, tanpon, foure, elatriye.Plis dènyèman, te gen yon enterè renouvle nan jwenn yon pi bon konpreyansyon sou mekanis yo ki lye ak distribisyon presyon entèn yo ak fòs sou entèn konplèks gout presyon an jeneral nan modil la. simulation, ak ogmante miniaturization nan aparèy.Dènye etid eksperimantal nan distribisyon presyon entèn ak pèt gen ladan chanèl roughened pa divès kalite kòt ki gen fòm 1 , selil reyaktè elektwochimik 2 , konstriksyon kapilè 3 ak materyèl ankadreman lasi 4 .
Estrikti ki pi komen entèn yo se joui baton silendrik atravè modil inite, swa fourni oswa izole.Nan echanjeur chalè, konfigirasyon sa a se tipik sou bò koki. Gout presyon bò koki an gen rapò ak konsepsyon echanjeur chalè tankou dèlko vapè, kondansateur ak evaporateur.Nan yon etid resan, Wang et al.5 te jwenn eta reattachment ak ko-detachman koule nan yon konfigirasyon tandem nan branch bwa.Liu et al.6 mezire gout nan presyon nan kanal rektangilè ak bati-an doub U-ki gen fòm pakèt tib ak diferan ang enklinasyon ak kalibre yon modèl nimerik simulation pake baton ak medya pore.
Kòm espere, gen yon kantite faktè konfigirasyon ki afekte pèfòmans idwolik yon bank silenn: kalite aranjman (egzanp, dekole oswa nan liy), dimansyon relatif (egzanp, anplasman, dyamèt, longè), ak ang enklinezon, pami lòt moun.7 te pwopoze yon modèl porosite efikas lè l sèvi avèk longè selil inite a kòm yon paramèt kontwòl, lè l sèvi avèk ranje tandem ak repati ak nimewo Reynolds ant 103 ak 104.9 etidye distribisyon presyon miray la alantou yon baton silendrik nan koule airflow.Mityakov et al.10 trase jaden an vitès apre yon silenn yawed lè l sèvi avèk stereo PIV.Alam et al.11 te fè yon etid konplè sou silenn tandem, konsantre sou efè nimewo Reynolds ak rapò jeyometrik sou koule toubiyon.Yo te kapab idantifye senk eta, sètadi bloke, bloke tanzantan, pa gen bloke, bloke subharmonic ak taye kouch retachman eta.
An jeneral, pèfòmans idwolik yon selil inite espere depann de konfigirasyon ak jeyometri estrikti entèn la, anjeneral ki mezire pa korelasyon anpirik nan mezi eksperimantal espesifik. Nan anpil aparèy ki konpoze de konpozan peryodik, modèl koule yo repete nan chak selil, epi konsa, enfòmasyon ki gen rapò ak selil reprezantan yo ka itilize pou eksprime konpòtman an jeneral idwolik nan estrikti a atravè ka sa yo simetrik yo souvan. .Yon egzanp tipik se ekwasyon an egzeyat pou yon plak orifis 15.Nan ka a espesyal nan branch bwa enkline, si wi ou non nan koule fèmen oswa louvri, yon kritè enteresan souvan site nan literati a ak itilize pa konsèpteur se mayitid idwolik la dominan (egzanp, gout presyon, fòs, frekans koule toubiyon, elatriye) ) nan kontak.) nan eleman nan koule a se souvan refere yo kòm apendikilè nan prensip. s ke dinamik koule yo kondwi prensipalman pa eleman nòmal flo a ak ke efè a nan eleman nan axial ki aliyen ak aks silenn lan se neglijab.Malgre ke pa gen okenn konsansis nan literati a sou seri a validite nan kritè sa a, nan anpil ka li bay estimasyon itil nan ensètitid yo eksperimantal tipik nan syans anpirik yo ak korelasyon anpirik sèl ak vibrasyon resansman ki gen ladan yo vibwasyon-1-recent prensip. de-faz mwayèn trennen417.
Nan travay la prezan, rezilta etid presyon entèn la ak gout presyon nan yon kanal ak yon liy transverse nan kat baton silendrik enkline yo prezante.Mezi twa asanble baton ak diferan dyamèt, chanje ang lan nan enklinasyon. Objektif jeneral la se mennen ankèt sou mekanis nan ki distribisyon an presyon sou sifas baton an gen rapò ak gout presyon an jeneral nan kanal la. te validite prensip endepandans la.Finalman, yo pwodui korelasyon semi-anpirik ki gen dimansyon ki ka itilize pou konsepsyon aparèy idwolik ki sanble.
Konfigirasyon eksperimantal la konsiste de yon seksyon tès rektangilè ki te resevwa koule lè a bay yon fanatik axial.
a Seksyon Inlet (longè an mm).Kreye b lè l sèvi avèk Openscad 2021.01, openscad.org.Seksyon tès prensipal la (longè an mm).Kreye ak Openscad 2021.01, openscad.org c View-seksyon transvèsal nan seksyon tès prensipal la (longè an mm).Kreye lè l sèvi avèk Openscad 2021, ekspòte seksyon Openscad. d 2021.01, vi eksploze nan seksyon tès yo nan openscad.org e.Created with Openscad 2021.01, openscad.org.
Twa seri branch bwa dyamèt diferan yo te teste.Table 1 bay lis karakteristik jeyometrik chak ka.Baton yo monte sou yon rapporteur pou ang yo parapò ak direksyon koule a ka varye ant 90 ° ak 30 ° (Figi 1b ak 3).
Pousantaj koule nan seksyon tès la te mezire pa yon venturi kalibre, jan yo montre nan Figi 2, epi kontwole lè l sèvi avèk yon DP Cell Honeywell SCX. Tanperati likid la nan priz la nan seksyon tès la te mezire ak yon tèmomèt PT100 ak kontwole nan 45±1 °C. dyamèt idwolik yo te itilize ant dènye ekran an ak baton, ak longè priz la te 11 dyamèt idwolik.
Dyagram chematik tib Venturi yo itilize pou mezire vitès koule inlet la (longè an milimèt).Kreye ak Openscad 2021.01, openscad.org.
Siveye presyon an sou youn nan fas yo nan baton sant la pa vle di nan yon tiyo presyon 0.5 mm nan mitan-avyon an nan seksyon tès la. Dyamèt tiyo a koresponn ak yon span angilè 5 °;Se poutèt sa, presizyon angilè a se apeprè 2 °. Ka baton ki kontwole a ap vire toutotou sou aks li yo, jan yo montre nan Figi 3. Diferans ki genyen ant presyon sifas baton an ak presyon an nan papòt la nan seksyon tès la mezire ak yon seri diferans DP Cell Honeywell SCX. Diferans presyon sa a mezire pou chak aranjman ba, varye vitès koule, ang enklinasyon \(\alpha \muth) .
Anviwònman koule yo.Mi chanèl yo montre an gri.Koulman an ap koule de goch a dwat epi li bloke pa baton an.Remake byen ke vi "A" se pèpandikilè ak aks baton an.Baton ekstèn yo semi-ankòde nan mi kanal lateral yo.Yo itilize yon rapporteur pou mezire ang enklinezon \(\alpha \).Created with Openscad 01,202.
Objektif eksperyans la se mezire ak entèprete gout presyon ant antre kanal yo ak presyon sou sifas baton sant la, \(\theta\) ak \(\alpha\) pou diferan azimit ak plonje. Pou rezime rezilta yo, presyon diferans lan pral eksprime nan fòm san dimansyon kòm nimewo Euler:
kote \(\rho\) se dansite likid la, \({u}_{i}\) se vitès mwayèn antre, \({p}_{i}\) se presyon antre a, ak \({p }_{ w}\) se presyon an nan yon pwen bay sou miray ranpa a. Nan nimewo Reynolds chanèl la, \(Re\equiv {u}_{i}H/\nu \) (kote \(H\) se wotè kanal la, ak \(\nu \) se viskozite sinematik) ant 40,000 ak 67,000. entansite bulence estime pa devyasyon estanda relatif nan siyal yo anrejistre nan venturi a se 5% an mwayèn.
Figi 4 montre korelasyon \({Eu}_{w}\) ak ang azimit \(\theta \), paramètrize pa twa ang plonje, \(\alpha \) = 30°, 50° ak 70°. Mezi yo divize an twa graf dapre dyamèt baton an. θ swiv tandans abityèl presyon miray alantou perimèt yon obstak sikilè. Nan ang koule-fè fas a, sa vle di, θ soti nan 0 a 90 °, presyon miray ranpa a diminye, rive nan yon minimòm nan 90 °, ki koresponn ak diferans ki genyen ant branch bwa yo kote vitès la pi gwo akòz limit zòn koule. akòz separasyon kouch fwontyè dèyè miray ranpa a. Remake byen ke pa gen okenn chanjman nan ang presyon minimòm, ki sijere ke twoub posib nan kouch taye adjasan, tankou efè Coanda, se segondè.
Varyasyon nan nimewo Euler nan miray la alantou baton an pou diferan ang enklinezon ak dyamèt baton. Kreye ak Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Nan sa ki anba la a, nou analize rezilta yo ki baze sou sipozisyon ke nimewo Euler yo ka estime sèlman pa paramèt jewometrik, sa vle di rapò longè karakteristik \(d/g\) ak \(d/H\) (kote \(H\) se wotè kanal la) ak enklinezon \(\alpha \). \({u}_{n}={u}_{i}\mathrm {sin} \alpha \) .Sa a pafwa yo rele prensip endepandans la. Youn nan objektif analiz sa a se egzamine si prensip sa a aplike nan ka nou an, kote koule ak obstak yo fèmen nan kanal fèmen.
Ann konsidere presyon ki mezire devan sifas baton entèmedyè a, sa vle di θ = 0.Dapre ekwasyon Bernoulli a, presyon nan pozisyon sa a\({p}_{o}\) satisfè:
kote \({u}_{o}\) se vitès likid tou pre miray baton an nan θ = 0, epi nou sipoze relativman ti pèt irevokabl.Remake ke presyon dinamik la endepandan nan tèm enèji sinetik la.Si \({u}_{o}\) vid (sa vle di kondisyon kowonpi), nimewo Euler yo ta dwe inifye. {Eu}_{w}\) se tou pre, men pa egzakteman egal a valè sa a, espesyalman pou pi gwo ang plonje. Sa sijere ke vitès la sou sifas baton an pa disparèt nan \(\theta = 0\), ki ka siprime pa defleksyon an anwo nan liy aktyèl yo ki te kreye pa enklinezon an baton. ty nan pati anba a ak diminye vitès la nan tèt la. Sipoze grandè defleksyon ki anwo a se pwojeksyon vitès inlet la sou arbr a (sa vle di \({u}_{i}\mathrm{cos}\alpha \)), rezilta nimewo Euler ki koresponn lan se:
Figi 5 konpare ekwasyon yo.(3) Li montre bon akò ak done eksperimantal korespondan yo.Devyasyon an mwayèn te 25%, ak nivo konfyans nan te 95%.Remake byen ke ekwasyon an.(3) Nan liy ak prensip endepandans la. Menm jan an tou, Figi 6 montre ke nimewo Euler la koresponn ak presyon ki sou sifas dèyè baton an, ak \{0} segman an \}, {1} {p}_{e}\), Tou swiv yon tandans pwopòsyonèl ak \({\mathrm{sin}}^{2}\alpha \). Nan tou de ka yo, sepandan, koyefisyan an depann sou dyamèt baton an, ki rezonab depi dènye a detèmine zòn ki antrave a. Karakteristik sa a sanble ak gout presyon nan yon plak orifis, kote kanal la koule seksyon an seksyon espesifik nan seksyon an redwi nan seksyon an seksyon an nan orifis la se yon kote ki pi piti nan orifis. branch bwa yo.Nan ka sa a, presyon an desann anpil nan throttling la ak pasyèlman refè pandan li elaji bak.Lè ou konsidere restriksyon an kòm yon blokaj pèpandikilè ak aks baton an, gout presyon ant devan ak dèyè baton an ka ekri kòm 18:
kote \({c}_{d}\) se yon koyefisyan trennen ki eksplike rekiperasyon an pasyèl presyon ant θ = 90° ak θ = 180°, ak \({A}_{m}\) ak \ ({A}_{f}\) se minimòm koup transvèsal gratis pou chak inite longè pèpandikilè ak aks baton an, ak relasyon li se ak \_{}/{A} diamèt \_{}} ft (g+d\dwat)/g\).Nimewo Euler ki koresponn yo se:
Mi nimewo Euler nan \(\theta =0\) kòm yon fonksyon de plonje. Koub sa a koresponn ak ekwasyon an.(3).Kreye ak Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Mi nimewo Euler chanje, nan \(\theta =18{0}^{o}\) (siy konplè) ak sòti (siy vid) ak plonje. Koub sa yo koresponn ak prensip endepandans la, sa vle di \(Eu\propto {\mathrm{sin}}^{2}\alpha \).Kreye ak Gnuplot 5.4, www.gnuplot.
Figi 7 montre depandans \({Eu}_{0-180}/{\mathrm{sin}}^{2}\alpha \) sou \(d/g\), ki montre ekstrèm Bon konsistans la.(5). Koefisyan trennen yo jwenn se \({c}_{d}=1.28\pm 0.02\) ak yon nivo konfyans nan menm nivo presyon an nan menm graf la montre 6,7%. kite ak priz nan seksyon tès la swiv yon tandans menm jan an, men ak koyefisyan diferan ki pran an kont rekiperasyon an presyon nan espas ki la tounen ant ba a ak priz la nan kanal la.Koefisyan trennen ki koresponn lan se \({c}_{d}=1.00\pm 0.05\) ak yon nivo konfyans nan 67%.
Koefisyan trennen an gen rapò ak gout presyon \(d/g\) devan ak dèyè baton an\(\left({Eu}_{0-180}\right)\) ak gout presyon total ant inlet ak priz kanal la. Zòn gri a se gwoup konfyans 67% pou korelasyon an.Kreye ak Gnuplot 5.4.info.
Presyon minimòm \({p}_{90}\) sou sifas baton an nan θ = 90° mande pou manyen espesyal.Dapre ekwasyon Bernoulli a, sou liy aktyèl la atravè espas ki genyen ant ba yo, presyon an nan sant la \({p}_{g}\) ak vitès la\({u}_{g}\) nan espas sa a ki kowenside ak mitan kanal la kowenside ak pwen sa yo:
Presyon \({p}_{g}\) ka gen rapò ak presyon sifas baton an nan θ = 90° lè w entegre distribisyon presyon an sou espas ki separe baton santral la ant pwen mitan an ak miray la (gade Figi 8).Balans pouvwa a bay 19:
kote (y) se kowòdone nòmal nan sifas la baton soti nan pwen nan sant nan diferans ki genyen ant branch yo santral, ak (k) se deviation nan liy aktyèl la nan pozisyon (y). Sa yo sipozisyon yo te verifye pa kalkil nimerik.Nan miray ranpa a nan baton, se deviation a detèmine pa seksyon an elips nan baton an nan ang lan (alfa), sa vle di (k kite (g/2 nan senplifye a disparèt nan (y = 0) akòz simetri, deviation a nan kowòdone inivèsèl la (y) bay pa:
Karakteristik gade kwa-seksyonèl, devan (gòch) ak pi wo a (anba). Kreye ak Microsoft Word 2019,
Nan lòt men an, pa konsèvasyon mas, vitès mwayèn nan yon plan pèpandikilè ak koule nan kote mezi \(\langle {u}_{g}\rangle \) gen rapò ak vitès inlet la:
kote \({A}_{i}\) se zòn koule transvèsal nan antre kanal la epi \({A}_{g}\) se zòn koule transvèsal nan kote mezi a (gade Fig. 8) respektivman pa:
Remake byen ke \({u}_{g}\) pa egal a \(\langle {u}_{g}\rangle \).An reyalite, Figi 9 montre rapò vitès \({u}_{g}/\langle {u}_{g}\rangle \), kalkile pa ekwasyon an.(10)–(14), trase dapre yon tandans disrè, ki ka idantifye yon pwopòsyon an. yon polinòm dezyèm lòd:
Rapò maksimòm\({u}_{g}\) ak vitès mwayèn\(\langle {u}_{g}\rangle \) nan koup transvèsal sant kanal la\(.\) Koub solid ak tirè yo koresponn ak ekwasyon yo.(5) ak ranje varyasyon koyefisyan korespondan yo\(\pm 25\%\).Kreye ak G.4.info, www.plotgnu5.
Figi 10 konpare \({Eu}_{90}\) ak rezilta eksperimantal ekwasyon an.(16).Mwayèn devyasyon relatif la te 25%, ak nivo konfyans te 95%.
Nimewo Wall Euler nan \(\theta ={90}^{o}\).Kob sa a koresponn ak ekwasyon an.(16).Kreye ak Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Fòs nèt \({f}_{n}\) ki aji sou baton santral la pèpandikilè ak aks li yo ka kalkile lè w entegre presyon an sou sifas baton an jan sa a:
kote premye koyefisyan an se longè baton nan kanal la, epi entegrasyon an fèt ant 0 ak 2π.
Pwojeksyon \({f}_{n}\) nan direksyon koule dlo a ta dwe matche ak presyon ki genyen ant inlet la ak priz kanal la, sof si friksyon paralèl ak baton an ak pi piti akòz devlopman enkonplè nan seksyon an pita Flux momantòm lan dezekilib.Se poutèt sa,
Figi 11 montre yon graf nan ekwasyon yo.(20) te montre bon akò pou tout kondisyon eksperimantal.Sepandan, gen yon ti tay 8% devyasyon sou bò dwat la, ki ka atribiye ak itilize kòm yon estimasyon nan move balans nan momantòm ant inlet la kanal ak priz.
Balans pouvwa chanèl.Liy la koresponn ak ekwasyon an.(20).Koyefisyan korelasyon Pearson te 0.97.Kreye ak Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Varye ang enklinezon baton an, presyon nan miray sifas baton an ak gout presyon an nan kanal la ak liy transverse kat baton silendrik enkline yo te mezire.Twa asanble baton dyamèt diferan yo te teste.Nan seri nimewo Reynolds yo teste, ant 2500 ak 6500, nimewo Euler la se endepandan de presyon santral la nan to abityèl yo obsève. devan an ak minimòm nan espas sa a lateral ant branch bwa yo, rekipere nan pati dèyè akòz separasyon kouch fwontyè.
Done eksperimantal yo analize lè l sèvi avèk konsiderasyon konsèvasyon momantòm ak evalyasyon semi-anpirik pou jwenn nimewo envariante ki gen rapò ak nimewo Euler ak dimansyon karakteristik chanèl yo ak branch bwa.
Prensip endepandans la jwenn kenbe pou pifò nimewo Euler karakterize presyon nan diferan kote, sa vle di si presyon an se sans dimansyon lè l sèvi avèk pwojeksyon nan vitès inlet nòmal nan baton an, seri a se endepandan de ang lan plonje.Anplis de sa, karakteristik nan gen rapò ak mas la ak momantòm koule a Ekwasyon konsèvasyon yo konsistan epi sipòte prensip anpirik ki anwo a.Sèlman presyon sifas baton an nan diferans ki genyen ant branch bwa yo devye yon ti kras nan prensip sa a. Yo pwodui korelasyon semi-anpirik san dimansyon ki ka itilize pou konsepsyon aparèy idwolik menm jan an. 21,22,23,24.
Yon rezilta patikilyèman enteresan soti nan analiz gout presyon ant inlet la ak priz seksyon tès la.Nan ensètitid eksperimantal la, koyefisyan trennen ki kapab lakòz egal inite, ki endike egzistans paramèt sa yo invariant:
Remake gwosè \(\left(d/g+2\right)d/g\) nan denominatè ekwasyon an.(23) se grandè a nan parantèz nan ekwasyon an.(4), otreman li ka kalkile ak seksyon transvèsal minimòm ak gratis pèpandikilè ak baton an, \({A}_{m}\) ak \} yo sipoze nan nimewo Reynèl la. ranje etid aktyèl la (40,000-67,000 pou chanèl ak 2500-6500 pou branch bwa).Li enpòtan sonje ke si gen yon diferans tanperati andedan kanal la, li ka afekte dansite likid la.Nan ka sa a, chanjman relatif nan nimewo Euler ka estime pa miltipliye koyefisyan ekspansyon tèmik la pa maksimòm diferans tanperati espere.
Ruck, S., Köhler, S., Schlindwein, G., ak Arbeiter, F. Transfè chalè ak mezi gout presyon nan yon kanal ki grajye pa zo kòt ki gen fòm diferan sou miray la.expert.Heat Transfer 31, 334-354 (2017).
Wu, L., Arenas, L., Graves, J., ak Walsh, F. Flow selil karakterizasyon: vizyalizasyon koule, gout presyon, ak transpò mas nan elektwòd ki genyen de dimansyon nan kanal rektangilè.J.Electrochemistry.Socialist Party.167, 043505 (2020).
Liu, S., Dou, X., Zeng, Q. & Liu, J. Paramèt kle nan efè Jamin nan kapilè ak koup transvèsal konstri.J.Gasoline.science.Britain.196, 107635 (2021).