Vacuum-Turbulentie proefje

[DePurpereWolf]

Even een introductie, ikzelf ben student Technische Natuurkunde. Ik vondt het alttijd fijn om op Fok!forum wetenschap te posten, maar dat viel toch niet altijd goed, de diepgang was Soms ver te zoeken. Voor school(hoge) behoren we zelf een proefje in elkaar te zetten die iets met vacuumtechniek te maken heeft, nou was ikzelf op het volgende gekomen, echter heb ik daar wat hulp nodig, bij Fok! kreeg ik geen respons, mischien dat het hier wel lukt.

P.S. Het antwoord mag ook zijn: Nee het kan niet, maar dan wel met redenatie.

Een gedachtenexperiment.

Stel je neemt een plexiglas cilinder, hol, metertje lang, diameter van 10 centimeter, er zit lucht in de cilinder.

Je laat daar een vloeistof doorheen lopen door een slangetje met diameter = 1 cm aan te sluiten aan beide kanten van de cilinder.

Aan de ene kant is het slangetje aangesloten met een vat van dat vloeistof, dit vat staat wat hoger dan de cilinder zodat de vloeistof daaruit loopt.

De cilinder is een heel kleine beetje geheld zodat de vloeistof een kleine versnelling ondervindt.

aan de andere kant is het slangetje aangesloten op een vat, waar het zo in kan weg stromen. (en niet kan terugstromen)

Welnu,

De snelheid van de stroom is bepalend of de stroom laminair of turbulent is.

Omdat de cilinder hellend is wordt de snelheid van de vloeistof in de cilinder steeds groter.

Hierdoor is een plaats aan te wijzen waar de laminaire flow overgaat in turbulente flow. Laminair is waar je makkelijk door het water heen kan kijken, bij turbulentie verandert de brekingsindex steeds en is de stroom wazig en vol rimpels.

Als nu het vat wat hoger wordt gehouden, is de ingangssnelheid hoger en gaat de grens van laminair naar turbulent dus omhoog in de cilinder.

Dan komt nu mijn vraag.

Stel dat je de druk van de lucht in de cilinder nu verlaagt, treedt dan turbulentie eerder op?

Ofwel is de omgevingsdruk bepalend voor wanneer er turbulentie optreedt.

Ofwel, als ik de druk verlaag zie ik dan de overgangsgrens van laminair naar turbulent opschuiven in de tegengestelde richting als dat de vloeistof stroomt?

Ik zou het erg op prijs stellen als iemand hier een antwoord op wil geven.

Alvast bedankt.

[Bro]

Ik denk het volgende:

De vloeistof zal sneller gaan omdat de schuifspanning die de vloeistof ondervindt van de lucht minder wordt.

Lucht heeft namelijk een dynamische viscositeit (mu) (fluid viscosity in onderstande link) en deze hangt af van de druk (dus dichtheid). Met behulp van de viskositeitswet van Newton is snel in te zien dat als de dynamische viscositeit toeneemt de schuifspanning toeneemt:

http://www.oswego.edu/Acad_Dept/a_and_s/ea...dflo/sld019.htm

Deze schuifspanning zorgt er voor dat de vloeistof "geremd" wordt.

Als je wilt kan ik het hele vraagstuk een keer narekenen en wellicht simuleren maar dan kan dat pas in het weekend.

[DePurpereWolf]

De Proefopstelling is bedoeld als demonstratie bij de opening van een nieuwe vleugel van een bedrijf in vacuumtechniek. Voor het vak Vacuumtechniek. Het zal dus ondersteund worden met posters. Als mijn idee uitvoerbaar is en daadwerkelijk een leuk educatief effect zal geven dan kiezen wij als groep van 6 medestudenten TechNat er voor om dit idee uit te werken, daar hebben we nog een maand of 3,4 voor (nog geen heet hangijzer) Ik, en vast ook de rest van de groep, zijn bereid om deze proef geheel uit te werken en digitaal op internet te zetten.

Zodat u, er mischien ook iets aan heeft. (wie weet)

Ik zou dus zeggen, laat ons eerst voor deze proef kiezen, proef bouwen, als het dus werkt, dan maken wij een mooie proef beschrijving en u een kleine simulatie, eerlijk oversteken, lijkt me leuk.

Maar het moet dus wel uitvoerbaar zijn, ik zal er volgende week is aan gaan rekenen, nu heb ik geen tijd, ik heb een examen voor de boeg.

Bedankt voor je voorstel.

Als u zich nu toch niet kan bedwingen, en u gaat simuleren, dan zou het een leuk effect geven om 2 vloeistoffen te gebruiken, met de zelfde eigenschappen, bijvoorbeeld rood en blauw. Waar turbulentie begint is waar rood en blauw gemixt worden tot paars.

Ik zie het al helemaal voor me.

[Bro]

In theorie kan je de proef wel uitwerken. Maar in praktijk denk ik dat je toch tegen aan aantal problemen aanloopt. Als je de lucht bv wegzuigt, zuig je meteen het water mee.

Wat je dus moet doen is meteen de druk in je aanvoerbak en afvoerbak verlagen. Alles netjes op dezelfde druk houden.

Suc6

[Bro]

Heb je al groen licht voor je proefje?

[DePurpereWolf]

De proef heeft nog niet echt groen licht gekregen, maar er is wel ineens veel haast bij. Maar voordat ik de opstelling wil gaan maken wil ik het doorrekenen. En daar zit het me op dit moment mee.

Als eerst wil ik uitgaan van een stroom met constante snelheid en onder atmosferische druk op een plaat.

Ik heb dus de dikte van de stroom D

De breedte maakt niet uit, dus stel maar oneindig klein.

Mijn vloeistof is water,

Het gas is lucht,

De plaat is van plexiglas

Welnu,

De snelheid waarbij turbulentie optreedt is gevraagd.

Ik heb dus twee vlakken waar iets gebeurt, als eerste het water op het plexiglas, op het plexiglas is de snelheid nul, en het plexiglas heeft ook een beetje oppervlaktewrijving. Het tweede vlak is lucht op water, alhoewel de snelheid van het wateroppervlak niet nul is zoals bij plexiglas wordt de snelheid van het water daar wel afgeremt.

Ik denk dat ik deze Opgave op moet lossen met de Navier-stokes-vergelijkingen voor laminaire flow. En dat is zeker geen peuleschil. Ik vraag me echter nog steeds af wat de ruwheid-factor van plexiglas en lucht is en hoe ik het kan impliceren, en hoe de visosciteit van water afhankelijk is van de druk.

Als iemand me kan helpen met deze opgave, bedankt.

[DePurpereWolf]

Ik denk dat het toch niet met Navier-stokes moet, maar echt zeker ben ik er ook niet van. Er is namelijk in veel literatuur spraken van Open-channel flow, en daar weet ik maar weinig van. Ik denk dat als er macroscopische aspecten bijkomen dat mén dan open-channel flow moet gebruiken. De theorie van open-channel flow wordt namelijk vaak gebruikt voor berekeningen van stromen als rivieren.

Kan mij iemand helpen? Heeft iemand een goede referentie naar een boek of naar een website?

[Bro]

Ik zou Strokes laten varen en de richting in gaan naar de External incompressible viscous flow.

Een boek waar veel in staat is Introduction to fluid mechanics van Robert W. Fox en Alan T. McDonald.

Zelf heb ik ook wat gerekend en het probleem is dat het omslagpunt van laminair naar turbulent een nogal grijs gebied is.

Daarbij komt dat berekeningen van transportfysica zeer onnauwkeurig zijn (10% of meer) omdat je veel aannamens moet doen om de berekeningen met de hand uit wil kunnen voeren.

Het beschijven van een fluidem over een plaat is goed te doen. Snelheden en schuifspanningen, krachten op de plaat zijn goed uit te rekenen. Maar waar ik tegen aan loop is de overgang van laminair naar turbulent. Daar kom ik in de literatuur niets tegen. Er staan berekeningen voor laminair of turbulent.

Het makkelijkste is te kijken wat he Reynoldsgetal doet als functie van de x component. Het reynoldsgetal voor open channel flow over een vlakkeplaat:

Rex = rho*U*x/mu

Als dit getal groter is dan 500000 dan komt met in het turbulente gebied.

Waar je ook naar kan kijken is het zogenaamde seperation point. Dit is het punt daarbij er backflow optreed. Het is zo dat de druk afneemt als x groter wordt in formule vorm dp/dx>o op een gegeven moment is de druk zo klein dat er een tegenstroming optreed. Dit is de backflow. Als er backflow optreed zal de vloeistof (denk ik) ook overgaan in een turbulente vorm.

M.a.w. mischien is het niet het Reynoldsgetal (snelheid) die er voor zorgt dat er turbulentie optreed maar het backflow principe.

En dan is het de vraag hoe kombineer je het met de schuifspanning van het luchtlaagje.