L e d = 0.058 Re d {displaystyle {frac {{L}_{e}}{d}}=0.058{{operatorname {Re} }_{d}}}
جریان ویسکوز در لوله ها:
با فرض جریان توسعه یافته المانی از سیال را انتخاب کرده و بقای تکانه خطی در راستای x را بررسی میکنیم در نهایت بعد از انتگرال گیری با اعمال شرایط مرزی مطابق با فرض جریان توسعه یافته ثابت های انتگرال گیری را بدست میاوریم.
طبق رابطه تکانه خطی در راستای x:
( m ˙ V x ) i n − ( m ˙ V x ) o u t + ∑ f x = 0 {displaystyle {{({dot {m}}{{V}_{x}})}_{in}-{({dot {m}}{{V}_{x}})}_{out}+sum {f_{x}}=0}}
m ˙ = ρ b ∫ u ( y ) d y {displaystyle {{dot {m}}=rho bint {u(y)dy}}}
( m ˙ V x ) i n = ( m ˙ V x ) o u t = ρ b ∫ u 2 ( y ) d y → ∑ F x = 0 {displaystyle {{({dot {m}}{{V}_{x}})}_{in}={({dot {m}}{{V}_{x}})}_{out}=rho bint {u^{2}(y)dy}rightarrow sum {F_{x}}=0}}
∑ f x = ( P x − P x + d x ) b d y + ( τ y + d y − τ y ) b d x = 0 {displaystyle {sum {f_{x}}=(P_{x}-P_{x+dx})bdy+(tau _{y+dy}-tau _{y})bdx=0}}
− d P d x + d τ d y = 0 {displaystyle {-{frac {dP}{dx}}+{frac {dtau }{dy}}=0}}
طبق رابطه تنش برشی و لزجت سیال:
τ = μ d u d y {displaystyle {tau =mu {frac {du}{dy}}}}
d 2 u d y 2 = 1 μ d P d x = − G {displaystyle {{frac {{d}^{2}u}{{dy}^{2}}}={frac {1}{mu }}{frac {dP}{dx}}=-G}}
با دو بار انتگرال گیری پی در پی داریم:
u ( y ) = − G 2 y 2 + c 1 y + c 2 {displaystyle u(y)=-{frac {G}{2}}{{y}^{2}}+{{c}_{1}}y+{{c}_{2}}}
با جایگذاری شرایط مرزی در رابطه فوق:
y = 0 → u = 0 → c 2 = 0 y = h → u = 0 → c 1 = G 2 h u ( y ) = G 2 y ( h − y ) y = h 2 → u = u max → u max = u ( h 2 ) = G h 2 8 {displaystyle {begin{aligned}&y=0to u=0to {{c}_{2}}=0\&y=hto u=0to {{c}_{1}}={frac {G}{2}}h&u(y)={frac {G}{2}}y(h-y)\&y={frac {h}{2}}to u={{u}_{max }}to {{u}_{max }}=u({frac {h}{2}})=G{frac {{h}^{2}}{8}}\end{aligned}}}
→ G = 8 u max h 2 {displaystyle to G={frac {8{{u}_{max }}}{{h}^{2}}}}
→ u ( y ) = 4 u max ( y h ) ( 1 − y h ) {displaystyle to u(y)=4{{u}_{max }}({frac {y}{h}})(1-{frac {y}{h}})}
→ u max = − 1 8 μ d p d x h 2 = p 1 − p 2 8 μ L h 2 {displaystyle to {{u}_{max }}={frac {-1}{8mu }}{frac {dp}{dx}}{{h}^{2}}={frac {{{p}_{1}}-{{p}_{2}}}{8mu L}}{{h}^{2}}}
با جایگذاری سرعت ماکزیمم از رابطه قبلی سرعت متوسط در کانال بدست خواهد آمد:
u _ = 1 h ∫ 0 h u ( y ) d y = 2 3 u max = p 1 − p 2 12 μ L h 2 {displaystyle {overset {_}{mathop {u}}},={frac {1}{h}}int _{0}^{h}{u(y)}dy={frac {2}{3}}{{u}_{max }}={frac {{{p}_{1}}-{{p}_{2}}}{12mu L}}{{h}^{2}}}
چون که از ابتدا عمق را واحد فرض کرده بودیم در اینجا B را برای همگنی ابعادی در روابط قرار می دهیم:
Q = u _ A = − G H 3 b 12 μ {displaystyle Q={overset {_}{mathop {u}}},A={frac {-G{{H}^{3}}b}{12mu }}}
d p d x = − 12 μ H 2 u _ {displaystyle {frac {dp}{dx}}={frac {-12mu }{{H}^{2}}}{overset {_}{mathop {u}}},}
Δ p = − Δ x d p d x {displaystyle {Delta p}={-Delta x}{frac {dp}{dx}}}
→ Δ p = 12 μ u _ L H 2 = f L D H × 1 2 ρ u 2 {displaystyle to {Delta p}={frac {12mu {{overset {_}{mathop {u}}},}L}{{H}^{2}}}=f{frac {L}{{D}_{H}}}times {frac {1}{2}}rho {{u}^{2}}}
D h = 4 A p {displaystyle {D}_{h}={frac {4A}{p}}}
برای سطح مقطع مستطیلی داریم :
D H = 4 b H 2 ( b + H ) = 2 H {displaystyle {D}_{H}={frac {4bH}{2(b+H)}}=2H}
f = 12 L μ u _ H 2 L 2 A 1 2 ρ u _ − 2 = 48 μ × 2 ρ u × 2 H = 96 μ ρ u D H = 96 R e ( D H ) {displaystyle f={frac {12Lmu {{overset {_}{mathop {u}}},}}{{{H}^{2}}{frac {L}{2A}}{frac {1}{2}}rho {{{overset {_}{mathop {u}}},}^{-2}}}}={frac {48mu times 2}{rho utimes 2H}}={frac {96mu }{rho u{{D}_{H}}}}={frac {96}{{Re}_{({D}_{H})}}}}
برچسب:
نویسنده: اشکان افشاری