La mechanika tekutin Pro svět motorů je zásadní, protože díky těmto principům funguje mnoho systémů či subsystémů automobilů, od řízení, přes brzdy až po další přítomné mechanismy.
Proto se chystáme dozvědět se o tom více tohoto oboru tak zajímavého a pro mnohé neznámého.
Co je to mechanika tekutin?
La Mechanika tekutin je obor fyziky a inženýrství která se věnuje studiu chování tekutin, a to jak v klidu, tak v pohybu. Na rozdíl od mechaniky pevných látek, která studuje tuhá tělesa, se mechanika tekutin zaměřuje na látky, které se neustále deformují působením smykových napětí, jako jsou kapaliny a plyny.
Tato větev obzvlášť dynamika tekutin, je mimořádně komplexní a aktivní pole výzkumu. To je způsobeno nelineární povahou rovnic řídících chování tekutin, což ztěžuje získání přesných analytických řešení pro mnoho praktických problémů.
V rámci tohoto odvětví najdeme dvě hlavní disciplíny:
- Hydrostatický: je zodpovědný za studium tekutin v klidu. Analyzuje, jak síly působí na tekutinu, která je v rovnováze, tedy bez pohybu. V tomto případě zasahují síly jako tlak, Pascalův princip a tah kvantifikovaný Archimédovým principem (například princip, podle kterého plavou lodě).
- hydrodynamika: zaměřuje se na studium tekutin v pohybu. Analyzujte, jak proudí kapaliny a plyny, působící síly a faktory, které ovlivňují jejich pohyb. V tomto případě zasahuje i rychlost proudění, rovnice kontinuity, Bernoulliho věta, kterou uvidíme později, viskozita nebo turbulence tekutiny.
Vzorce, věty a principy mechaniky tekutin
V rámci mechaniky tekutin jich máme několik důležité vzorce, principy a teorémy které se používají ve světě motorů v mnoha případech, od hydraulických systémů až po studium chování kapalin, jako je palivo, chladicí kapalina nebo olej, včetně některých aerodynamických problémů.
Pascalův princip
Tento princip říká, že Změna tlaku aplikovaného na uzavřenou tekutinu se zcela a bez poklesu přenese do všech bodů tekutiny. Grafičtější případ můžete vidět na obrázku výše.
Rovnice spojitosti
Tato rovnice vyjadřuje zachování hmoty v pohybující se tekutině. To znamená, že množství tekutiny vstupující do potrubí se musí rovnat množství, které vystupuje. Vzorec je v tomto případě:
A1 V1 = A2 V2
V tomto případě A jsou plochy sekcí bodů potrubí a V je rychlost tekutiny v těchto bodech. V tomto případě, pokud se potrubí zúží, rychlost tekutiny se zvýší, aby byl průtok konstantní. Možná vám to zní povědomě aerodynamika, když studujeme křídla.
Bernoulliho princip
Bernoulliho princip vztahuje se k tlaku, rychlosti a výšce tekutiny v pohybu podél proudnice. Jednoduše řečeno, když se rychlost kapaliny zvyšuje, její tlak klesá.
P₁ + 1/2ρv₁² + ρgh₁ = P₂ + 1/2ρv₂² + ρgh₂
V tomto případě máme tlaky ve dvou bodech reprezentovaných P, zatímco hustota tekutiny je ρ a rychlosti tekutiny ve dvou bodech v, gravitační zrychlení je g a h jsou výšky dva body. Toho se mimo jiné využívá pro princip používaný v karburátorech spalovacích motorů prostřednictvím tzv. Venturiho jevu, což je aplikace tohoto principu, stejně jako v aerodynamice... Používá se také např. například v motorsportu prostřednictvím slavné Pitot Tube.
Torricelliho princip
Je vztah mezi rychlostí výstupu kapaliny otvorem v nádobě a výškou kapaliny nad otvorem.
v = √ (2 gh)
V tomto případě máme také v jako výstupní rychlost kapaliny, g gravitační zrychlení a h výšku kapaliny nad otvorem. To lze použít například u nádrží, abychom věděli, jak by tekutina vycházela otvorem.
Archimédův princip
Archimédův princip Uvádí, že každé těleso ponořené do tekutiny zažívá svislou vzhůru směřující sílu nazývanou tah, rovnající se váze vytlačené tekutiny.. V podstatě princip, na kterém lodě plují, přestože jsou vyrobeny z kovu a váží tuny. Není to magie, je to věda.
E = ρVg
V tomto případě máme E jako tah, ρ je hustota tekutiny, V objem vytlačené tekutiny a g tíhové zrychlení. Jednoduchým experimentem je například vzít z kuchyně dva listy hliníkové fólie stejné velikosti a hmotnosti. Pokud jeden z plátů stlačíte a uděláte z něj kouli a vložíte do sklenice s vodou, uvidíte, že se potopí. Na druhou stranu, když uděláte typickou papírovou loď s druhým listem, uvidíte, že plave. Pokud dokážete zvážit vodu, kterou každý vytlačí, uvidíte, že ve druhém případě je větší, přesahuje hmotnost samotného hliníkového plechu, a proto plave. V prvním případě je objem vytlačené vody menší než hmotnost samotné koule, a proto se potápí. Otázka hustoty, objemu…
aplikace
Abyste mohli ocenit důležitost mechaniky tekutin ve světě motorů, Zde je několik příkladů aplikací, i když je toho ještě víc:
- Aerodynamika: Konstrukce karoserie vozu je založena na aerodynamických principech, aby se minimalizoval odpor vzduchu a zlepšila se spotřeba paliva. Zásadní roli v tomto ohledu hraje Bernoulliho princip. V závodních vozech se spoilery a difuzory používají ke generování přítlaku, zlepšují adhezi vozovky při vysokých rychlostech a také fungují na stejném principu.
- Chladicí systém- Pascalův princip se používá ve vodních čerpadlech k cirkulaci chladicí kapaliny motorem. Konstrukce chladičů a vzduchových kanálů je založena na principech přenosu tepla a proudění kapaliny, aby byl zajištěn účinný odvod tepla motoru.
- Brzdový systém- Další aplikace Pascalova principu se používá v hydraulických brzdových systémech pro znásobení síly působící na brzdový pedál, čímž se generuje větší síla na brzdové destičky.
- Systém odpružení: Tlumiče využívají kapaliny k rozptýlení energie a řízení pohybů odpružení.
- Palivový systém- Palivová čerpadla využívají k dopravě paliva z nádrže do motoru hydraulické principy. Na druhé straně je konstrukce vstřikovačů a rozprašování paliva založena na principech proudění kapaliny.
- Pneumatiky: Tvar a materiál pneumatik ovlivňují přilnavost k zemi a valivý odpor, odvádějí vodu a zabraňují aquaplaningu. Pascalův princip navíc vysvětluje, jak je tlak uvnitř pneumatiky rozložen rovnoměrně.
- Směrový systém: Čerpadlo posilovače řízení také využívá hydraulické principy, které pomáhají řidiči při řízení vozidla.
Obrázky | plátno