Jaki kształt ma najwyższy współczynnik oporu powietrza?
On 10 grudnia, 2020 by adminTen obraz z NASA ilustruje współczynniki oporu dla kilku kształtów:
Ogólnie przyjmuje się, że pewne odmiany Kształt łzy / płata ma najniższy współczynnik oporu powietrza. Zastanawiałem się, jaki kształt ma największy współczynnik oporu powietrza. Obraz sugeruje, że jest to płaska płyta i to wydaje się intuicyjnie poprawną odpowiedzią, ale czy to prawda?
Czy istnieje jakiś inny kształt (być może z wklęsłym przodem lub tyłem względem ruchu) który ma jeszcze wyższy współczynnik oporu?
Komentarze
- Powierzchnia wklęsła nie zwiększyłaby znacząco oporu. Jeśli się nad tym zastanowić, powietrze " nagromadziło się " w zagłębieniu i ogólnie zachowywałoby się jak półkula. Jeśli spojrzysz na zdjęcia spadochronów, tradycyjny wklęsły kształt działa, ponieważ producenci umieszczają dziurę w środku. Otwór zazwyczaj zapewnia wystarczający przepływ powietrza, aby usunąć obawy o " gromadzące się " i zmniejszające ogólny opór.
- Zależy od tego, co umieścisz w " kształtach ". Możesz mieć długi pręt z wieloma wystającymi łopatkami
Odpowiedź
Według Sigharda Hoernera „s Fluid Dynamic Drag , będzie to półkula z otwartą stroną wystawioną na działanie wiatru. Jej współczynnik oporu wynosi 1,42. Pręt o półkulistym przekroju będzie równy mają współczynnik oporu wynoszący 2,3 (prawa kolumna na poniższym wykresie).
Jeśli ograniczysz konkurencję do ciał stałych, nadal wygrywa półkula ze współczynnikiem oporu 1,17. We wszystkich przypadkach obszar odniesienia to przekrój poprzeczny prostopadły do kierunku przepływu.
s Fluid Dynamic Drag, rozdział 3
Rysunek 33 z Fluid Dynamic Drag Sigharda Hoernera, rozdział 3.
Zwróć uwagę, że różnica w oporze półkul ze względu na ich orientację jest używana w anemometrze s do pomiaru wi i prędkość. Kiedy otwarta ściana jest odwrócona od wiatru, jej współczynnik oporu spada do 0,42.
Przyczyną różnicy i dużego oporu, gdy otwarta strona jest wystawiona na wiatr, jest masywna separacja wokół i za kulą. Powietrze wypływające od wewnątrz i ponad krawędzią kuli będzie potrzebowało trochę przestrzeni, aby „zawrócić”, skutecznie zwiększając zablokowany przekrój poprzeczny, którego doświadcza przepływ zewnętrzny. Gdy okrągły bok jest wystawiony na działanie wiatru, separacja jest ograniczona do przekroju samej kuli.
Odpowiedź
Dodając do odpowiedzi Petera Kämpfa , te wartości współczynnika oporu powietrza odnoszą się do przepływów, w których burzliwy ślad występuje po zawietrznej stronie ciała, co oznacza, że opór jest głównie z powodu ciśnienia. Dla takich przepływów wartość współczynnika oporu nie zmienia się wraz z liczbą Reynoldsa.
Jednak nie jest to prawdą przy niskich liczbach Reynoldsa. Dla wartości poniżej 1 wyrażenia bezwładności stają się nieistotne, a równania pędu można uprościć do równowagi między naprężeniami lepkimi a siłą gradientu ciśnienia (przepływ Stokea lub przepływ pełzający). Współczynnik oporu nie jest już niezależny od liczby Reynoldsa, zwiększając się w wartość. W przypadku kuli współczynnik oporu wynosi $ C_D = 24 / \ text {Re} $, co oznacza wartości $ C_D = 24 $ dla $ \ text {Re} = 1 $, $ C_D = 240 $ dla $ \ text {Re} = 0,1 $ …
Odpowiedź
Przeciągnij wzór na współczynnik $$ C_d = \ frac {2F_d} {pu ^ 2A} $$ nie ogranicza długości ciała. Wraz ze wzrostem długości tarcie skóry doprowadzi do nieskończoności $ C_d $ .
Nie ma kształtu z najwyższą klasą $ C_d $ , ale możesz uzyskać dowolną un rozsądną wartość, zwiększając długość ciała.
Oczywiście będzie to dr współczynnik ag dla nieskończenie wysokiej liczby Reynoldsa 😛
Komentarze
- To sprawia, że zastanawiam się, jakie jest skalowanie współczynnika oporu wraz z długością? Ta strona wydaje się sugerować, że współczynnik rośnie bardzo powoli, jeśli w ogóle. Ale przypuszczam, że nie jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę stosunkowo niewielki opór tarcia skóry. aerospaceweb.org/question/aerodynamics/q0231.shtml
Dodaj komentarz