Hvilken form har den høyeste motstandskoeffisienten?
On desember 10, 2020 by adminDette bildet fra NASA illustrerer dragkoeffisienter for flere former:
Det er generelt akseptert at noen variasjoner av dråpe- / bunnform har den laveste motstandskoeffisienten. Jeg lurte på hvilken form som har den høyeste motstandskoeffisienten. Bildet antyder at det er en flat plate, og det ser ut til å være et intuitivt riktig svar, men er det riktig?
Er det en annen form (kanskje med en konkav front eller bak i forhold til bevegelse) som har en enda høyere motstandskoeffisient?
Kommentarer
- En konkav overflate vil ikke øke motstanden betydelig. Hvis du tenker på det, ville luften " have seg opp " i hulen, og den ville opptre generelt som en halvkule. Hvis du ser på bilder av fallskjerm, fungerer den tradisjonelle konkave formen fordi produsentene setter et hull i midten. Hullet tillater vanligvis akkurat nok luftstrøm for å fjerne bekymringer om luften " som hoper seg opp " og reduserer den totale dra.
- Avhenger av hva du inkluderer i " former ". Du kan ha en lang stang med mange vinger som stikker ut
Svar
Ifølge Sighard Hoerner «s Fluid Dynamic Drag , dette vil være halvkule med den åpne siden utsatt for vinden. Dens motstandskoeffisient er 1,42. En stang med et halvkuleformet tverrsnitt vil til og med ha en dragskoeffisient på 2.3 (høyre kolonne i grafen nedenfor).
Hvis du begrenser konkurransen til faste objekter, vinner fortsatt halvkule med en dragkoeffisient på 1,17. I alle tilfeller referanseområdet er tverrsnittet vinkelrett på strømningsretningen.
s Fluid Dynamic Drag, Chapter 3
Figur 33 fra Sighard Hoerners Fluid Dynamic Drag, Chapter 3.
Merk at forskjell i motstand på halve kuler på grunn av orientering, brukes i vindmåler s for å måle wi andre hastighet. Når det åpne ansiktet er vendt bort fra vinden, synker koeffisienten til 0,42.
Årsaken til forskjellen, og den høye luftmotstanden når den åpne siden er utsatt for vinden, er den massive separasjonen rundt og bak sfæren. Luft som strømmer ut fra innsiden og over kanten av sfæren vil trenge litt plass til å «snu», og effektivt øke det blokkerte tverrsnittet som den ytre strømmen opplever. Når den runde siden er utsatt for vinden, er separasjonen begrenset til selve sfærens tverrsnitt.
Svar
Ved å legge til Peter Kämpf svar, gjelder disse verdiene for dragkoeffisienten strømninger der det eksisterer et turbulent våkne i baksiden av kroppen, noe som betyr at dra hovedsakelig på grunn av trykk. For slike flyter varierer ikke dragkoeffisientverdien med Reynolds-tallet.
Dette er imidlertid ikke sant ved lave Reynolds-tall. For verdier under 1 blir treghetsbetegnelser ubetydelige og momentumligningene kan forenkles til en balanse mellom viskøse påkjenninger og trykkgradientkraften (Stokes flow eller creeping flow). verdi. For kule blir dragkoeffisienten $ C_D = 24 / \ text {Re} $, som betyr verdiene $ C_D = 24 $ for $ \ text {Re} = 1 $, $ C_D = 240 $ for $ \ text {Re} = 0.1 $ …
Svar
Dra koeffisientformel $$ C_d = \ frac {2F_d} {pu ^ 2A} $$ begrenser ikke lengden Når du øker lengden, vil hudfriksjonen føre til $ C_d $ til uendelig.
Det er ingen form med høyeste $ C_d $ , men du kan få hvilken som helst un rimelig verdi ved å øke kroppens lengde.
Selvfølgelig vil det være dr. ag koeffisient for uendelig høyt Reynolds-tall 😛
Kommentarer
- Dette får meg til å lure på, hva er skaleringen av dragkoeffisienten med lengden? Dette nettstedet ser ut til å antyde at koeffisienten vokser veldig sakte, hvis i det hele tatt. Men jeg antar at det ikke er overraskende med tanke på den relativt små hudfriksjonsmotstanden. aerospaceweb.org/question/aerodynamics/q0231.shtml
Legg igjen en kommentar