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水流对一系列叶片施加的力

我们已经看到了喷流撞击的基本原理, 喷流对垂直平板施加的力 射流对静止的倾斜平板施加的力 射流对固定的弯曲板施加的力 射流对铰接板施加的力 射流对弯曲板施加的力 当板块朝着喷射的方向移动时。

现在我们来推导一下水流对一系列叶片所施加的力的表达式。让我们首先在这里简要介绍射流冲击的基本概念,然后我们将推导出水流对一系列叶片施加的力的表达式。

飞机的影响

假设我们有一根管道,液体在压力下流动。我们假定在管子的出口处装有一个喷嘴。从喷嘴出口流出的液体将以射流的形式出现。

如果将一块可能移动或固定的板放置在射流路径中,射流将在板表面施加一个力。射流将在可能移动或固定的板表面施加的力称为射流冲击。

水射流对一系列叶片施加的力

如果我们实际观察,一束水对一个移动的板块施加的力是不可行的。因此,我们将看到如下图所示的实际情况,大量的板将安装在车轮的圆周上,并保持固定的距离。

射流将撞击板,由于射流对板施加的力,车轮将开始移动,因此安装在车轮圆周上的第二块板将出现在射流之前,射流将再次向第二块板施加力。

因此,在射流出现之前,每一个板块都会相继出现,射流会撞击每一个板块或者射流会对每一个板块施加作用力。因此,车轮将以恒定的速度旋转。

让我们考虑一下这里提到的下列条款
V=射流速度
d=射流直径
a =射流截面积= (π/4) × d2
u =叶片速度

每秒撞击板材系列的水质量=ρaV

射流以V-u的速度撞击板

射流撞击后,将向板的切线方向移动,因此在板运动方向上的速度分量为零。

射流在板块运动方向上施加的力
FX=每秒撞击平板系列的质量x[初速度-末速度]
FXρaV [(V-u)-0] = ρaV (V-u)

射流每秒对平板系列所做的功=力x力方向上每秒的距离

射流每秒对平板做的功= F X u = ρaV (V-u) u

每秒喷射动能= (1/2)xmv 2
每秒喷射动能= (1/2)x ρaV V2
每秒射流动能=(1/2)xρaV3.

效率=每秒做的功/每秒动能
效率=ρaV(V-u)xu/(1/2)xρaV3.
效率=2U(V-u)/V2

最大效率为50%,当u=V/2时为50%

你有什么建议吗?请在评论框中留言。

我们将会在流体力学的主题中看到另一个主题,即施加在一系列径向弯曲叶片上的力。

参考:
流体力学,作者:R.K.Bansal
图片提供:谷歌

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6的评论:

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