Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com.Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan winates kanggo CSS.Kanggo pengalaman sing paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni mode kompatibilitas ing Internet Explorer).Sauntara kuwi, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita bakal nampilake situs kasebut tanpa gaya lan JavaScript.
Eksperimen ditindakake ing saluran persegi dowo sing diblokir dening garis transversal saka papat batang silinder miring. Tekanan ing permukaan rod tengah lan penurunan tekanan ing saluran diukur kanthi ngowahi sudut kemiringan rod kasebut. Telung rakitan rod diameter sing beda diuji. meksa ing lokasi kritis sistem kanggo dimensi karakteristik rod.Prinsip kamardikan ditemokaké ditahan kanggo paling nomer Euler ciri meksa ing lokasi beda, IE yen meksa punika dimensionless nggunakake proyeksi saka kecepatan inlet normal kanggo rod, pesawat iku sawijining saka amba dip.Korelasi semi-empiris sing diasilake bisa digunakake kanggo Desain hidrolika sing padha.
Akeh piranti transfer panas lan massa kalebu sakumpulan modul, saluran utawa sel sing dilewati cairan ing struktur internal sing luwih kompleks kayata rod, buffer, sisipan, lan liya-liyane. al simulasi, lan nambah miniaturization saka piranti.Studi eksperimen anyar saka meksa distribusi internal lan losses kalebu saluran roughened dening macem-macem shaped ribs 1, sel reaktor elektrokimia 2, constriction kapiler 3 lan bahan pigura kisi 4.
Struktur internal sing paling umum bisa dibantah rod silinder liwat modul unit, salah siji bundled utawa diisolasi.Ing exchangers panas, konfigurasi iki khas ing sisih cangkang.Shell gulung meksa sisih gegandhengan karo desain exchangers panas kayata generator uap, condensers lan evaporators.Ing panaliten anyar, Wang et al.5 ketemu reattachment lan aliran co-detachment negara ing konfigurasi tandem rods.Liu et al.6 diukur gulung meksa ing saluran persegi dowo karo dibangun ing pindho U-shaped mbendel tabung karo ngarepke inklinasi beda lan nyelarasake model numerik simulating bundles rod karo media keropos.
Minangka samesthine, ana sawetara faktor konfigurasi sing mengaruhi kinerja hydraulic saka bank silinder: jinis noto (contone, staggered utawa in-line), dimensi relatif (contone, Jarak, diameteripun, dawa), lan amba inclination, antarane liyane. Sawetara penulis fokus ing nemokake kritéria dimensionless kanggo nuntun desain kanggo njupuk efek gabungan saka paramèter geometris.7 ngajokaken model porositas efektif nggunakake dawa sel unit minangka parameter kontrol, nggunakake tandem lan susunan staggered lan nomer Reynolds antarane 103 lan 104.Snarski8 sinau carane spektrum daya, saka accelerometers lan hydrophones ditempelake ing silinder ing trowongan banyu, beda-beda gumantung karo karep saka arah aliran et al.Marino.9 sinau distribusi tekanan tembok watara rod silinder ing yaw airflow.Mityakov et al.10 ngrancang lapangan kecepatan sawise silinder yawed nggunakake stereo PIV.Alam et al.11 nganakake panaliten lengkap babagan silinder tandem, fokus ing efek saka nomer Reynolds lan rasio geometris ing vortex shedding.Dheweke bisa ngenali limang negara, yaiku ngunci, ngunci intermiten, ora ngunci, ngunci subharmonic lan negara reattachment lapisan geser.Studi numerik anyar wis nuding ing tatanan saka struktur vortex yawli restricted ing aliran.
Umumé, kinerja hidraulik saka sel unit samesthine gumantung ing konfigurasi lan geometri struktur internal, biasane diukur kanthi korélasi empiris saka pangukuran eksperimen tartamtu. Ing pirang-pirang piranti sing kasusun saka komponen périodik, pola aliran diulang ing saben sel, lan kanthi mangkono, informasi sing ana hubungane karo sel perwakilan bisa digunakake kanggo nyebut prilaku hidraulik sakabèhé saka struktur kasebut liwat model multiscale, sing bisa diterapake kanthi prinsip umum. contone khas punika persamaan discharge kanggo piring orifice 15. Ing kasus khusus saka rod kepekso, apa ing aliran Dibuwang utawa mbukak, kritéria menarik asring dikutip ing sastra lan digunakake dening perancang punika magnitudo hydraulic dominan (contone, gulung meksa, pasukan, frekuensi shedding vortex, etc.) ) kanggo kontak.) kanggo komponen aliran punika perpendikular minangka perpendikular sing kerep diarani silinder lan sumbu. dinamika aliran didorong utamane dening komponen normal inflow lan efek komponen aksial sing didadekake siji karo sumbu silinder bisa diabaikan.Sanajan ora ana konsensus ing literatur babagan validitas kritéria iki, ing pirang-pirang kasus menehi prakiraan sing migunani sajrone ketidakpastian eksperimen sing khas saka korélasi empiris lan korélasi empiris. lan seret rata-rata rong fase417.
Ing karya saiki, asil saka sinau saka meksa internal lan gulung meksa ing saluran karo garis transversal saka papat rod silinder condhong sing presented.Ngukur telung rod rakitan karo diameteripun beda, ngganti amba saka inclination.The goal sakabèhé kanggo neliti mekanisme kang distribusi meksa ing lumahing rod gegandhengan karo gulung sakabèhé meksa saka Berquad momentum aplikasi analisa Berquad. kanggo ngevaluasi validitas prinsip kamardikan. Pungkasan, korelasi semi-empiris tanpa dimensi digawe sing bisa digunakake kanggo ngrancang piranti hidrolik sing padha.
Persiyapan eksperimen kasusun saka bagean test persegi dowo sing ditampa aliran udara diwenehake dening penggemar aksial.Bagian test ngemot unit dumadi saka loro rod tengah podo lan loro setengah rod ditempelake ing tembok saluran, minangka ditampilake ing Fig. 1e, kabeh diameteripun padha. Tokoh 1a-e nuduhake geometri rinci lan dimensi saka saben bagean saka persiyapan eksperimen.
a bagean Inlet (dawa ing mm).Gawe b nggunakake Openscad 2021.01, openscad.org.Bagian tes utama (dawa ing mm).Digawe karo Openscad 2021.01, openscad.org c Cross-sectional tampilan bagean test utama (dawa ing mm) .Digawe nggunakake Openscad 2021.01 ing mbukak mbukak bagean Openscad (.01.01). 021.01, tampilan mbledhos saka bagean tes openscad.org e.Digawe karo Openscad 2021.01, openscad.org.
Telung set rod saka diameteripun beda padha dites. Tabel 1 nampilake ciri geometris saben cilik. Rod dipasang ing protractor supaya amba sing relatif kanggo arah aliran bisa beda-beda antarane 90 ° lan 30 ° (Figures 1b lan 3) .Kabeh rod digawe saka stainless steel lan padha dipusatake kanggo njaga jarak longkangan relatif ing antarane rong papan.
Tingkat aliran inlet saka bagean test diukur nganggo venturi sing dikalibrasi, kaya sing ditampilake ing Gambar 2, lan dipantau nggunakake DP Cell Honeywell SCX. Suhu cairan ing stopkontak bagean uji diukur nganggo termometer PT100 lan dikontrol ing 45±1 ° C. kira-kira 4 diameteripun hydraulic digunakake antarane layar pungkasan lan rod, lan dawa stopkontak ana 11 diameteripun hydraulic.
Diagram skematis tabung Venturi digunakake kanggo ngukur kecepatan aliran inlet (dawa ing millimeters).Digawe karo Openscad 2021.01, openscad.org.
Ngawasi tekanan ing salah siji saka pasuryan rod tengah kanthi tap tekanan 0,5 mm ing bidang tengah bagean test.Diameter tunyuk cocog karo span sudut 5 °;mulane akurasi sudut kira-kira 2 °. Rod sing dipantau bisa diputer babagan sumbu, kaya sing ditampilake ing Gambar 3. Bentenipun antarane tekanan lumahing rod lan tekanan ing lawang menyang bagean test diukur karo seri DP Cell Honeywell SCX diferensial. Bedane tekanan iki diukur kanggo saben susunan bar, kecepatan aliran sing beda-beda, sudut inclination \(azimuth) \(azimuth sudut) \(azimuth sudut) \(azimuth sudut).
setelan aliran.Tembok saluran ditampilake ing werna abu-abu. Aliran mili saka kiwa menyang tengen lan diblokir dening rod. Elinga yen tampilan "A" jejeg sumbu rod. Rod njaba semi-ditempelake ing tembok saluran lateral. Protractor digunakake kanggo ngukur sudut inclination \(\ alpha \).Digawe karo Openscad.org 1,02 mbukak.
Tujuan saka eksperimen yaiku kanggo ngukur lan napsirake penurunan tekanan antarane saluran inlet lan tekanan ing permukaan rod tengah, \(\theta\) lan \(\alpha\) kanggo azimuth lan dips sing beda. Kanggo ngringkes asil, tekanan diferensial bakal ditulis ing wangun tanpa dimensi minangka nomer Euler:
ngendi \(\rho \) punika Kapadhetan fluida, \({u}_{i}\) iku rata-rata kecepatan mlebu, \({p}_{i}\) iku tekanan inlet, lan \ ({p }_{ w} \) iku tekanan ing titik tartamtu ing tembok rod. Kecepatan mlebu tetep ing telung kisaran beda sing ditemtokake dening kisaran saka m1 veloc ing asil saka katup inlet. Angka Reynolds, \(Re\equiv {u}_{i}H/\nu \) (endi \(H\) minangka dhuwur saluran, lan \(\nu \) minangka viskositas kinematik) antarane 40.000 lan 67.000. Rod Reynolds number (\(Re\equiv {u}_{i}d/\nu) kisaran saka 6 0 nganti 6. standar deviasi relatif saka sinyal sing direkam ing venturi punika 5% ing rata-rata.
Figure 4 nuduhake korélasi \({Eu}_{w}\) karo sudut azimuth \(\theta \), parameterized dening telung amba dip, \(\ alpha \) = 30 °, 50 ° lan 70 ° . Pangukuran dipérang dadi telung grafik miturut diameteripun rod. θ ngetutake tren tekanan tembok ing saubengé keliling saka alangan bunder. Ing sudut sing madhep aliran, yaiku, θ saka 0 nganti 90 °, tekanan tembok rod mudhun, tekan minimal ing 90 °, sing cocog karo celah antarane rod ing ngendi kecepatan paling gedhe amarga watesan area aliran. seragam amarga pamisahan saka lapisan wates mburi tembok rod.Elinga yen ora ana owah-owahan ing amba saka meksa minimal, kang tabet sing bisa gangguan saka lapisan nyukur jejer, kayata efek Coanda, punika secondary.
Variasi saka nomer Euler saka tembok watara rod kanggo sudhut inclination beda lan rod diameters.Digawe karo Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Ing ngisor iki, kita nganalisa asil adhedhasar asumsi sing nomer Euler bisa kira-kira mung dening paramèter geometris, IE rasio dawa fitur \ (d / g \) lan \ (d / H \) (ing endi \ (H \) dhuwur saluran) lan inclination \ (\ alpha \). sumbu rod, \({u}_{n}={u}_{i}\mathrm {sin} \alpha \) .Iki kadhangkala disebut prinsip kamardikan.Salah sawijining tujuan analisis ing ngisor iki yaiku kanggo nliti apa prinsip iki ditrapake kanggo kasus kita, ing ngendi aliran lan alangan diwatesi ing saluran sing ditutup.
Ayo kita nimbang tekanan sing diukur ing ngarep permukaan rod penengah, yaiku θ = 0. Miturut persamaan Bernoulli, tekanan ing posisi iki \({p}_{o}\) nyukupi:
ing ngendi \({u}_{o}\) minangka kecepatan fluida ing cedhak tembok rod ing θ = 0, lan kita nganggep kerugian sing ora bisa dibalèkaké relatif cilik. Elinga yen tekanan dinamis ora gumantung ing istilah energi kinetik. {Eu}_{w}\) cedhak nanging ora persis padha karo nilai iki, utamane kanggo sudut celup sing luwih gedhe. Iki nuduhake yen kecepatan ing permukaan rod ora ilang ing \ (\ theta = 0 \), sing bisa ditindhes dening defleksi munggah garis saiki sing digawe dening miring rod. Amarga aliran kasebut diwatesi ing sisih ndhuwur lan ngisor bagean tes, defleksi sekunder iki kudu nggawe defleksi sekunder. sing kecepatan ing ndhuwur. Kanthi asumsi sing gedhene defleksi ndhuwur iku proyeksi saka kacepetan inlet ing poros (ie \({u}_{i}\mathrm{cos}\alpha \)), asil nomer Euler cocog:
Figure 5 mbandhingake pepadhan.(3) Iku nuduhake persetujuan apik karo data eksperimen sing cocog. Rata-rata panyimpangan ana 25%, lan tingkat kapercayan 95%. Elinga yen persamaan kasebut.(3) Selaras karo prinsip kamardikan. Mangkono uga, Figure 6 nuduhake yen nomer Euler cocog karo tekanan ing bagian mburi tes, \({0} p}, lan {1,0} p. {p}_{e}\), Uga nderek gaya proporsional kanggo \({\ mathrm{sin}}^{2}\alpha \) .Ing loro kasus, Nanging, koefisien gumantung ing diameteripun rod, kang cukup amarga terakhir nemtokake wilayah sing ngalangi. .Ing kasus iki, meksa irungnya mesti ing throttling lan sebagian mbalekake minangka ngembang mundur.Ngelingi watesan minangka blockage jejeg sumbu rod, gulung meksa antarane ngarep lan mburi rod bisa ditulis minangka 18:
ing ngendi \({c}_{d}\) minangka koefisien seret sing njlentrehake pemulihan tekanan parsial antarane θ = 90 ° lan θ = 180 °, lan \ ({A}_{m}\) lan \ ({A}_{f}\) minangka bagean bebas minimal saben unit dawa tegak lurus sumbu rod, lan hubungane karo diameter rod (\/A} lan hubungane karo diameter rod (\/A} yaiku {\} )/g\).Angka Euler sing cocog yaiku:
Wall Euler nomer ing \ (\ theta = 0 \) minangka fungsi dip. Kurva iki cocog karo persamaan. (3). Digawe karo Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Tembok Euler nomer owah-owahan, ing \(\theta =18{0}^{o}\) (tandha lengkap) lan metu (tandha kosong) karo dip.Kurva iki cocog karo prinsip kamardikan, yaiku \(Eu\propto {\mathrm{sin}}^{2}\alpha \).Digawe nganggo Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.gnup.
Figure 7 nuduhake katergantungan \({Eu}_{0-180}/{\ mathrm{sin}}^{2}\alpha \) ing \(d/g\), nuduhake konsistensi apik banget.(5).Koefisien seret sing dipikolehi yaiku \({c}_{d}=1,28\pm 0,02 \) kanthi tingkat kapercayan sing padha karo tingkat kapercayan sing padha karo 7%. lan stopkontak saka bagean test nderek gaya padha, nanging karo koefisien beda sing njupuk menyang akun Recovery meksa ing papan mburi antarane bar lan stopkontak saluran.Koefisien seret cocog iku \ ({c}_{d}=1.00 \ pm 0.05 \) karo tingkat kapercayan 67%.
Koefisien seret gegandhengan karo \ (d / g \) mudhun tekanan ing ngarep lan mburi rod \ (\ kiwa ({Eu}_{0-180} \ tengen) \) lan total tekanan mudhun antarane saluran inlet lan stopkontak. Wewengkon abu-abu yaiku pita kapercayan 67% kanggo korélasi. Digawe karo Gnuplot 5.4, www.gnuplot.
Tekanan minimal \({p}_{90}\) ing lumahing rod ing θ = 90 ° mbutuhake penanganan khusus.Miturut persamaan Bernoulli, ing sadawane garis saiki liwat longkangan antarane bar, tekanan ing tengah \({p}_{g} \) lan kecepatan \({u}_{g}\) ing longkangan saka faktor ing ngisor iki:
Tekanan \({p}_{g}\) bisa digandhengake karo tekanan permukaan rod ing θ = 90 ° kanthi nggabungake distribusi tekanan ing celah sing misahake rod tengah antarane titik tengah lan tembok (pirsani Gambar 8).Imbangan daya menehi 19:
ngendi \(y\) iku koordinat normal kanggo lumahing rod saka titik tengah longkangan antarane rod tengah, lan \ (K \) punika kelengkungan saka garis saiki ing posisi \ (y \). Kanggo evaluasi analitis saka meksa ing lumahing rod, kita nganggep sing \({u}_{g}\) wis seragam lan \(K\left(y\rights)\) wis seragam lan \(K\left(y\right)\. t tembok rod, kelengkungan ditemtokake dening bagean elips rod ing amba \(\ alpha \), yaiku \ (K \ kiwa (g / 2 \ tengen) = \ kiwa (2 / d \ tengen) {\ mathrm {sin} } ^ {2} \ alpha \) (pirsani Gambar 8). e \(y\) diwenehi dening:
Fitur tampilan cross-sectional, ngarep (kiwa) lan ndhuwur (ngisor). Digawe nganggo Microsoft Word 2019,
Ing sisih liya, kanthi konservasi massa, kecepatan rata-rata ing bidang tegak lurus karo aliran ing lokasi pangukuran \(\langle {u}_{g}\rangle \) ana hubungane karo kecepatan mlebu:
ngendi \({A}_{i}\) minangka area aliran cross-sectional ing saluran inlet lan \({A}_{g}\) minangka area aliran cross-sectional ing lokasi pangukuran (pirsani Fig. 8) kanthi:
Elinga yen \({u}_{g}\) ora padha karo \(\langle {u}_{g}\rangle \).Nyatane, Gambar 9 nggambarake rasio kacepetan \({u}_{g}/\langle {u}_{g}\rangle \), diwilang nganggo persamaan.(10)–(14), diplot miturut rasio \(d/g) sing digambarake miturut rasio \(d/g). polinomial urutan kapindho:
Rasio kecepatan maksimum\({u}_{g}\) lan rata-rata\(\langle {u}_{g}\rangle \) saka bagean tengah saluran\(.\) Kurva padhet lan putus-putus cocog karo persamaan.(5) lan rentang variasi saka koefisien sing cocog\(\pm 25\%\).Digawe karo G.n.lot.g.n.up.g.n.4.
Gambar 10 mbandhingake \({Eu}_{90}\) karo asil eksperimen saka persamaan.(16).Rerata simpangan relatif 25%, lan tingkat kapercayan 95%.
Nomer Wall Euler ing \(\theta ={90}^{o}\).Kurva iki cocog karo persamaan.(16).Digawe nganggo Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Gaya net \({f}_{n}\) sing tumindak ing rod tengah tegak karo sumbu bisa diitung kanthi nggabungake tekanan ing permukaan rod kaya ing ngisor iki:
ing ngendi koefisien pisanan yaiku dawa rod ing saluran, lan integrasi ditindakake antarane 0 lan 2π.
Proyeksi \({f}_{n}\) ing arah aliran banyu kudu cocog karo tekanan ing antarane inlet lan outlet saluran, kajaba gesekan sejajar karo rod lan luwih cilik amarga pangembangan bagean sing ora lengkap. Fluks momentum ora seimbang.Mulane,
Gambar 11 nuduhake grafik persamaan. (20) nuduhake persetujuan sing apik kanggo kabeh kondisi eksperimen. Nanging, ana panyimpangan tipis 8% ing sisih tengen, sing bisa dianggep lan digunakake minangka perkiraan ketidakseimbangan momentum antarane saluran inlet lan outlet.
Imbangan daya saluran.Garis kasebut cocog karo persamaan.(20).Koefisien korélasi Pearson yaiku 0.97.Digawe nganggo Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info.
Macem-macem amba inclination saka rod, meksa ing tembok lumahing rod lan gulung meksa ing saluran karo garis transversal saka papat rod silinder kepekso padha diukur. Telung rakitan rod diameter beda padha dites. ngarep lan minimal ing longkangan tambahan antarane rod, mbalekake ing sisih mburi amarga pamisahan lapisan wates.
Data eksperimen dianalisis kanthi nggunakake pertimbangan konservasi momentum lan evaluasi semi-empiris kanggo nemokake angka tanpa dimensi invarian sing ngubungake nomer Euler karo dimensi karakteristik saluran lan rod.Kabeh fitur geometris pamblokiran diwakili kanthi rasio antarane diameter rod lan longkangan antarane rod (laterally) lan dhuwur saluran (vertikal).
Ing asas kamardikan ditemokaké ditahan kanggo paling nomer Euler ciri meksa ing lokasi beda, IE yen meksa punika dimensionless nggunakake proyeksi saka kecepatan inlet normal kanggo rod, pesawat punika sawijining saka amba dip.Kajaba iku, fitur kasebut ana hubungane karo massa lan momentum aliran Persamaan konservasi konsisten lan ndhukung prinsip empiris ing ndhuwur. Mung tekanan permukaan rod ing celah antarane rod rada nyimpang saka prinsip iki. Korelasi semi-empiris tanpa dimensi digawe sing bisa digunakake kanggo ngrancang piranti hidraulik sing padha. Pendekatan klasik iki konsisten karo aplikasi sing padha, hemo2 dinamis2, Bernoulli2, Berno202019. 24.
A asil utamané menarik Asal-Usul saka analisis gulung meksa antarane inlet lan outlet saka bagean test.Ing kahanan sing durung mesthi eksperimen, asil koefisien seret padha karo kesatuan, kang nuduhake orane paramèter invariant ing ngisor iki:
Wigati ukuran \(\ left(d/g+2\right)d/g\) ing denominator persamaan.(23) yaiku gedhene ing tanda kurung ing persamaan.(4), yen ora, bisa diwilang nganggo potongan salib minimal lan bebas sing jejeg rod, \({A}_{m}}\) lan \f}\(. sinau saiki (40.000-67.000 kanggo saluran lan 2500-6500 kanggo rod). Penting kanggo Wigati yen ana prabédan suhu nang saluran, bisa mengaruhi Kapadhetan adi. Ing kasus iki, owah-owahan relatif ing nomer Euler bisa kira-kira dening nikelaken koefisien expansion termal dening prabédan suhu maksimum samesthine.
Ruck, S., Köhler, S., Schlindwein, G., lan Arbeiter, F. Perpindahan panas lan pangukuran drop tekanan ing saluran kasar kanthi iga sing beda-beda ing tembok.expert.Heat Transfer 31, 334-354 (2017).
Wu, L., Arenas, L., Graves, J., lan Walsh, F. Karakterisasi sel aliran: visualisasi aliran, penurunan tekanan, lan transportasi massa ing elektroda rong dimensi ing saluran persegi panjang.J.Elektrokimia.Partai Sosialis.167, 043505 (2020).
Liu, S., Dou, X., Zeng, Q. & Liu, J. Paramèter tombol efek Jamin ing kapiler karo bagean salib constricted.J.Gasoline.science.Britain.196, 107635 (2021).