Welke vorm heeft de hoogste luchtweerstandscoëfficiënt?
Geplaatst op december 10, 2020 door adminDeze afbeelding van NASA illustreert luchtweerstandscoëfficiënten voor verschillende vormen:
Het is algemeen aanvaard dat een variatie op de traan / aërodynamische vorm heeft de laagste luchtweerstandscoëfficiënt. Ik vroeg me af welke vorm de hoogste weerstandscoëfficiënt heeft. De afbeelding suggereert dat het een vlakke plaat is, en dat lijkt een intuïtief correct antwoord te zijn, maar is dat juist?
Is er een andere vorm (misschien met een concave voorkant of achterkant ten opzichte van beweging) dat een nog hogere luchtweerstandscoëfficiënt heeft?
Opmerkingen
- Een concaaf oppervlak zou de luchtweerstand niet significant verhogen. Als je erover nadenkt, zou de lucht " " opstapelen in de holte, en het zou in het algemeen als een halve bol werken. Als je afbeeldingen van parachutes bekijkt, werkt de traditionele concave vorm omdat de fabrikanten een gat in het midden hebben gemaakt. Het gat laat meestal net genoeg luchtstroom toe om zorgen over de lucht " " weg te nemen en de algehele luchtweerstand te verminderen.
- Hangt af van wat u opneemt in " vormen ". Je zou een lange hengel kunnen hebben met veel uitstekende schoepen
Answer
Volgens Sighard Hoerner “s Fluid Dynamic Drag , dit is de halve bol met de open zijde blootgesteld aan de wind. De weerstandscoëfficiënt is 1,42. Een staaf met een halfronde doorsnede zal gelijkmatig hebben een weerstandscoëfficiënt van 2,3 (rechterkolom in de onderstaande grafiek).
Als je de concurrentie beperkt tot vaste objecten, wint toch de halve bol met een weerstandscoëfficiënt van 1,17. In alle gevallen is het referentiegebied is de dwarsdoorsnede orthogonaal op de stroomrichting.
s Fluid Dynamic Drag, hoofdstuk 3
Figuur 33 uit Sighard Hoerners Fluid Dynamic Drag, hoofdstuk 3.
Merk op dat de verschil in weerstand van halve bollen vanwege hun oriëntatie wordt gebruikt in anemometer s voor het meten van de wi nd snelheid. Wanneer het open vlak van de wind wordt weggedraaid, daalt de luchtweerstandscoëfficiënt tot 0,42.
De reden voor het verschil en de hoge weerstand wanneer de open zijde wordt blootgesteld aan de wind, is de enorme scheiding rondom en achter de bol. Lucht die van binnenuit en over de rand van de bol naar buiten stroomt, heeft wat ruimte nodig om “om te draaien”, waardoor de geblokkeerde doorsnede die de buitenstroom ervaart effectief wordt vergroot. Wanneer de ronde zijde aan de wind wordt blootgesteld, is de scheiding beperkt tot de doorsnede van de bol zelf.
Antwoord
Toevoegen aan Peter Kämpf antwoord, deze waarden voor de weerstandscoëfficiënt hebben betrekking op stromen waar een turbulent zog bestaat in de lijzijde van het lichaam, wat betekent dat de weerstand voornamelijk bestaat door druk. Voor dergelijke stromen varieert de waarde van de weerstandscoëfficiënt niet met het Reynoldsgetal.
Dit is echter niet het geval bij lage Reynoldsgetallen. Voor waarden onder 1 worden de traagheidstermen verwaarloosbaar en kunnen de impulsvergelijkingen worden vereenvoudigd tot een evenwicht tussen stroperige spanningen en de drukgradiëntkracht (Stokes stroom of kruipende stroom). De weerstandscoëfficiënt is niet langer onafhankelijk van het Reynoldsgetal, stijgend in waarde. In het geval van een bol wordt de weerstandscoëfficiënt $ C_D = 24 / \ text {Re} $, wat betekent dat waarden $ C_D = 24 $ voor $ \ text {Re} = 1 $, $ C_D = 240 $ voor $ \ text {Re} = 0.1 $ …
Antwoord
Formule voor sleepcoëfficiënt $$ C_d = \ frac {2F_d} {pu ^ 2A} $$ beperkt de lengte niet van het lichaam. Naarmate u langer wordt, zal huidwrijving uw $ C_d $ tot in het oneindige drijven.
Er is geen vorm met de hoogste $ C_d $ , maar je kunt elke un redelijke waarde krijgen door de lengte van de body te vergroten.
Natuurlijk zal het dr ag coëfficiënt voor oneindig hoog Reynoldsgetal 😛
Opmerkingen
- Dit doet me afvragen, wat is de schaal van de weerstandscoëfficiënt met de lengte? Deze site lijkt te suggereren dat de coëfficiënt erg langzaam groeit, of helemaal niet. Maar ik veronderstel dat dat niet verrassend is, gezien de relatieve geringe weerstand van de huidwrijving. aerospaceweb.org/question/aerodynamics/q0231.shtml
Geef een reactie