Simulator Aliran Fluida dan Prinsip Bernoulli
Persamaan dalam simulasi ini
| Q | Debit Q (liter per detik) | volume yang melewati setiap penampang tiap detik; untuk fluida tak termampatkan nilainya sama di semua penampang | |
|---|---|---|---|
| A | luas penampang pipa | dari Diameter pipa D₁ (cm) dan Diameter penyempitan D₂ (cm) | |
| v | kecepatan rata-rata fluida di suatu penampang | jadikan diameternya setengah, luasnya turun jadi seperempat, sehingga kecepatannya naik empat kali |
Dengan nilai saat ini:
| P | tekanan di suatu penampang | yang ditunjukkan kolom di atasnya, dalam kPa di atas tekanan atmosfer | |
|---|---|---|---|
| ρ | massa jenis fluida | diatur di menu Fluida | |
| g | percepatan gravitasi | 9.81 m/s² | |
| z | tinggi penampang | dari Tinggi saluran keluar di atas saluran masuk h (m) | |
| ΔP_loss | tekanan yang hilang karena gesekan | nol kecuali Sertakan gesekan (viskositas) dicentang |
Dengan nilai saat ini:
| ΔP | penurunan tekanan dari pipa ke penyempitan | venturimeter mengubah penurunan ini kembali menjadi debit; gesekan membuat bacaannya sedikit terlalu tinggi |
|---|
Dengan nilai saat ini:
| Re | bilangan Reynolds | di bawah sekitar 2.300 aliran dalam pipa laminar, di atas sekitar 4.000 turbulen | |
|---|---|---|---|
| μ | viskositas fluida | diatur di menu Fluida |
Dengan nilai saat ini:
| f | faktor gesekan Darcy | f = 64 ÷ Re adalah hukum Hagen-Poiseuille, ΔP = 8 μ L Q ÷ (π R⁴); yang turbulen adalah rumus Blasius untuk pipa licin |
|---|
Dengan nilai saat ini:
Cara memakai simulator prinsip Bernoulli
- Pilih fluida dan atur debit, diameter pipa dan penyempitannya, ketinggian ujung keluar, serta tekanan di ujung masuk. Titik-titik mengalir di sepanjang pipa dan bertambah cepat di penyempitan, karena volume yang sama harus melewati setiap penampang tiap detik.
- Baca tiga kolom tekanan di atas penampang A, B, dan C, seperti tabung pada venturimeter. Tekanan turun di tempat fluida bertambah cepat dan di tempat pipa naik, sesuai persamaan Bernoulli; kolom-kolom itu meregangkan selisih antartitik ukur agar penurunan kecil pun terlihat, dan masing-masing diberi nilainya dalam kPa. Grafik menunjukkan tekanan di sepanjang pipa, dan garis putus-putus, tekanan ditambah ½ρv² ditambah ρgz, tetap datar selama tidak ada gesekan.
- Centang Sertakan gesekan untuk memberi fluida viskositas: aliran membentuk profil parabola saat laminar dan profil lebih datar saat turbulen, dan garis putus-putus kini menurun. Coba madu untuk melihat aliran laminar dengan kehilangan tekanan besar, atau persempit saluran sampai tekanan turun di bawah tekanan uap dan model memperingatkan kavitasi. Kalkulator Aliran Pipa dan Kalkulator Bilangan Reynolds mengerjakan hitungan yang sama untuk pipa sungguhan.
Pertanyaan umum
Apa isi prinsip Bernoulli?
Di sepanjang garis arus, dalam aliran tunak fluida tak termampatkan tanpa gesekan, P + ½ρv² + ρgz bernilai tetap: tekanan, energi kinetik per volume, dan energi potensial per volume selalu berjumlah sama. Jadi di tempat fluida bergerak lebih cepat, atau lebih tinggi, tekanannya lebih rendah. Ini adalah kekekalan energi untuk fluida yang bergerak.
Mengapa fluida bertambah cepat di bagian sempit?
Karena kontinuitas. Fluida tak termampatkan tidak bisa menumpuk di mana pun, jadi debit Q = A v sama di setiap penampang. Jika diameter dibagi dua, luasnya menjadi seperempat dan kecepatannya menjadi empat kali.
Bagaimana venturimeter mengukur debit?
Venturimeter mengukur penurunan tekanan antara pipa dan penyempitan. Dengan kontinuitas dan persamaan Bernoulli, Q = A₂ √(2ΔP ÷ (ρ(1 − (A₂/A₁)²))). Alat ukur sungguhan mengalikannya dengan koefisien buang sekitar 0,98 untuk memperhitungkan gesekan.
Apa itu bilangan Reynolds?
Re = ρvD ÷ μ, perbandingan gaya inersia dengan gaya viskos dalam aliran. Di dalam pipa, aliran biasanya laminar (lapisan halus) di bawah sekitar 2.300 dan turbulen (pusaran acak) di atas sekitar 4.000. Air di pipa rumah hampir selalu turbulen; madu dan darah di kapiler bersifat laminar.
Katanya WebGL dimatikan.
Tampilan 3D memerlukan WebGL, yang dimiliki semua browser terkini. WebGL bisa nonaktif jika akselerasi perangkat keras dimatikan di pengaturan browser, atau karena driver grafis yang sangat lama. Nyalakan akselerasi perangkat keras, atau coba browser lain.
Apakah ada yang diunggah?
Tidak. Simulasi digambar oleh browser Anda sendiri dengan WebGL; tidak ada yang dikirim ke mana pun, dan simulasi tetap berjalan offline setelah halaman dimuat.