Toolyard

محاكي تدفق الموائع ومبدأ برنولي

المعادلات في هذه المحاكاة

Q = A v, A = π D² ÷ 4
Qمعدل التدفق Q (لتر في الثانية)الحجم المار بأي مقطع كل ثانية؛ في مائع غير قابل للانضغاط يكون نفسه في كل مقطع
Aمقطع الأنبوبمن قطر الأنبوب D₁ (cm) وقطر الاختناق D₂ (cm)
vمتوسط سرعة المائع في مقطعإذا نصّفت القطر انخفضت المساحة إلى الربع، فتزداد السرعة أربع مرات

بالقيم الحالية:

P₁ + ½ ρ v₁² + ρ g z₁ = P₂ + ½ ρ v₂² + ρ g z₂ + ΔP_loss
Pالضغط في مقطعما يظهره العمود فوقه، بالـ kPa فوق الضغط الجوي
ρكثافة المائعتحددها قائمة المائع
gتسارع الجاذبية9.81 m/s²
zارتفاع المقطعمن ارتفاع المخرج فوق المدخل h (m)
ΔP_lossالضغط المفقود بالاحتكاكصفر ما لم يُفعَّل «احسب الاحتكاك (اللزوجة)»

بالقيم الحالية:

Q = A₂ √(2 ΔP ÷ (ρ (1 − (A₂ ÷ A₁)²)))
ΔPانخفاض الضغط من الأنبوب إلى الاختناقمقياس فنتوري يحوّل هذا الانخفاض إلى معدل تدفق؛ والاحتكاك يجعل القراءة أعلى قليلًا

بالقيم الحالية:

Re = ρ v D ÷ μ
Reعدد رينولدزتحت نحو 2,300 يكون التدفق في الأنبوب صفائحيًا، وفوق نحو 4,000 مضطربًا
μلزوجة المائعتحددها قائمة المائع

بالقيم الحالية:

ΔP_loss = f (L ÷ D) ½ ρ v²، f = 64 ÷ Re (صفائحي)، f = 0.316 Re^(−1/4) (مضطرب)
fمعامل احتكاك دارسيf = 64 ÷ Re هو قانون هاغن–بوازوي، ΔP = 8 μ L Q ÷ (π R⁴)؛ والمضطرب هو صيغة بلازيوس لأنبوب أملس

بالقيم الحالية:

كيف تستخدم محاكي مبدأ برنولي

  1. اختر مائعًا واضبط معدل التدفق، وقطري الأنبوب والتضيّق، وارتفاع المخرج، والضغط عند المدخل. تجري النقاط في الأنبوب وتتسارع في التضيّق، لأن الحجم نفسه يجب أن يمر عبر كل مقطع في كل ثانية.
  2. اقرأ أعمدة الضغط الثلاثة فوق المقاطع A وB وC، كأنابيب مقياس فنتوري. ينخفض الضغط حيث يتسارع المائع وحيث يرتفع الأنبوب، كما تقول معادلة برنولي؛ والأعمدة تمطّ الفروق بين نقاط القياس لتُرى حتى الانخفاضات الصغيرة، ويحمل كل منها قيمته بـ kPa. ويبين الرسم الضغط على طول الأنبوب كله، والخط المتقطع، الضغط زائد ½ρv² زائد ρgz، يبقى أفقيًا ما دام لا احتكاك.
  3. فعّل «احسب الاحتكاك» لتعطي المائع لزوجة: يأخذ التدفق شكلًا قطعيًا مكافئًا حين يكون طبقيًا وأكثر استواءً حين يكون مضطربًا، والخط المتقطع ينخفض الآن. جرّب العسل لترى تدفقًا طبقيًا بفقد كبير في الضغط، أو ضيّق الممر حتى ينخفض الضغط تحت ضغط البخار فينبّه النموذج إلى التكهف. حاسبة التدفق في الأنابيب وحاسبة عدد رينولدز تجريان الحسابات نفسها لأنابيب حقيقية.

الأسئلة الشائعة

ماذا يقول مبدأ برنولي؟

على امتداد خط انسياب، في التدفق المستقر لمائع غير قابل للانضغاط ودون احتكاك، يكون P + ½ρv² + ρgz ثابتًا: الضغط والطاقة الحركية لكل حجم وطاقة الوضع لكل حجم مجموعها هو نفسه دائمًا. فحيث يسير المائع أسرع، أو أعلى، يكون ضغطه أقل. إنه حفظ الطاقة لمائع متحرك.

لماذا يتسارع المائع في الجزء الضيق؟

بسبب الاستمرارية. المائع غير القابل للانضغاط لا يمكن أن يتراكم في أي مكان، فيكون معدل التدفق Q = A v هو نفسه في كل المقاطع. إن خفّضت القطر إلى النصف، تنخفض المساحة إلى الربع وتتضاعف السرعة أربع مرات.

كيف يقيس مقياس فنتوري معدل التدفق؟

يقيس انخفاض الضغط بين الأنبوب وتضيّق. ومع الاستمرارية ومعادلة برنولي، Q = A₂ √(2ΔP ÷ (ρ(1 − (A₂/A₁)²))). والمقاييس الحقيقية تضربه في معامل تصريف بنحو 0.98 لمراعاة الاحتكاك.

ما عدد رينولدز؟

Re = ρvD ÷ μ، النسبة بين قوى القصور الذاتي والقوى اللزجة في التدفق. في الأنبوب يكون التدفق عادةً طبقيًا (طبقات ناعمة) تحت نحو 2,300 ومضطربًا (دوامات فوضوية) فوق نحو 4,000. الماء في أنابيب المنزل مضطرب دائمًا تقريبًا؛ والعسل والدم في الشعيرات طبقيان.

تقول إن WebGL معطّل.

يحتاج العرض ثلاثي الأبعاد إلى WebGL، وهو موجود في كل المتصفحات الحالية. قد يكون معطّلًا إن كان تسريع العتاد مطفأً في إعدادات المتصفح، أو بسبب برنامج تشغيل رسومي قديم جدًا. فعّل تسريع العتاد أو جرّب متصفحًا آخر.

هل يُرفع أي شيء؟

لا. يرسم متصفحك نفسه المحاكاة بـ WebGL؛ لا يُرسل شيء إلى أي مكان، وتستمر في العمل دون اتصال بعد تحميل الصفحة.

مزيد من محاكاة الفيزياء

مزيد من المحاكاة العلمية

محاكي المداراتمحاكي تشتت رذرفوردعارض تصادمات الجسيماتمحاكي الاضمحلال الإشعاعيمحاكي ذرة بورعارض الجزيئات ثلاثي الأبعادمحاكي الغاز المثاليمحاكي الانتشار والتناضحعارض طي DNA وRNAمحاكي النمو البكتيريمحاكي جهاز الطرد المركزيمحاكي منحنيات المعايرةمحاكي سرعة التفاعل ونظرية التصادممحاكي الاتزان الكيميائي (لوشاتلييه)محاكي الخلايا الجلفانية والتحليل الكهربائيمحاكي منحنيات التسخين وتغيرات الطورالمدارات الذرية ثلاثية الأبعادمحاكي المحاليل المنظِّمةمحاكي الكروماتوغرافيامحاكي المطياف الضوئي وقانون بير-لامبرتالشبكات البلورية ثلاثية الأبعادمحاكي حركية الإنزيماتمحاكي جهد الفعلمحاكي PCRمحاكي الانتقاء الطبيعي وعلم وراثة العشائرمحاكي القلب والدورة القلبيةمحاكي الرحلان الكهربائي في الهلاممحاكي الانقسام المتساوي والاختزاليمحاكي تخليق البروتين: النسخ والترجمةمحاكي البناء الضوئي والعوامل المحددةمحاكي عشائر المفترسات والفرائسمحاكي انتشار الأوبئة: SIR وSEIRمحاكي الفصول وطول النهارمحاكي الصفائح التكتونية والزلازلمحاكي أطوار القمر والمد والجزر والكسوفمحاكي الاحتباس الحراريمحاكي تطور النجوم ومخطط هرتزشبرونغ-راسلمحاكي لوح غالتونمحاكي متسلسلات فورييه

حاسبات وأدوات ذات صلة

الأدلة