Galleggiabilità e trascinamento su corpi immersi
Fonte: Alexander S Rattner e Sanjay Adhikari; Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Nucleare, The Pennsylvania State University, University Park, PA
Oggetti, veicoli e organismi immersi in mezzi fluidi sperimentano forze dal fluido circostante sotto forma di galleggiabilità - una forza verticale verso l'alto dovuta al peso del fluido, alla resistenza- una forza resistiva oppostaalla direzione del movimento e al sollevamento- una forza perpendicolare alla direzione del movimento. La previsione e la caratterizzazione di queste forze è fondamentale per l'ingegneria dei veicoli e la comprensione del movimento del nuoto e degli organismi volanti.
In questo esperimento, l'equilibrio tra galleggiabilità, peso e forze di resistenza sui corpi sommersi sarà studiato monitorando la velocità di aumento delle bolle d'aria e delle goccioline di olio in un mezzo glicerina. I coefficienti di resistenza risultanti alle velocità di aumento terminali saranno confrontati con i valori teorici.
1. Fabbricazione della sezione di prova di iniezione di gas (vedi schema e fotografia, Fig. 2)
- Praticare un foro sul fondo di un contenitore di plastica alto e piatto. Installare un raccordo per paratia a parete passante attraverso questo foro. Installare un raccordo riducente a una connessione di compressione del tubo di ~ 3,2 mm nell'uscita del raccordo della paratia. Questa sarà la porta di iniezione della bolla / goccia.
- Inserire un cavo in gomma morbida di lunghezza corta (~ 1 cm) di 3,2 mm di d.
Una serie di bolle d'aria in aumento e goccioline d'olio di vari diametri sono presentate in Fig. 3. Le piccole bolle e goccioline aumentano a velocità inferiori a causa di forze di resistenza relativamente più forti. A queste scale di bassa velocità e lunghezza, forti forze di tensione superficiale provocano bolle e goccioline quasi sferiche. Le bolle più grandi si avvicinano a Re ~ 2, con conseguente coda un po 'appiattita nella regione di scia. Le gocci...
Questo esperimento ha dimostrato la misurazione del coefficiente di resistenza per bolle e goccioline in aumento in un mezzo fluido. I coefficienti di resistenza sono stati determinati tenendo conto del peso, della galleggiabilità e delle forze di resistenza. I risultati sono stati confrontati con un modello teorico per bolle / goccioline CD a bassi numeri di Reynolds. Questi risultati potrebbero essere direttamente applicabili alla progettazione di scambiatori di calore e di massa industriali, come .
- J.S. Hadamard, Motion of liquid drops (viscous), Comp. Rend. Acad. Sci. Paris. 154 (1911) 1735-1755.
- W. Rybczynski, On the translatory motion of a fluid sphere in a viscous medium, Bull. Acad. Sci., Cracow, Ser. A. (1911) 40.
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