Оценка (или моделирование) открытия вертикально откидной двери из-за потока воздуха - физиков.нет
0 голосов
/

Problem statement

Я решаю простую, но на самом деле сложную проблему динамики жидкости.Как показано, откидная дверь расположена в нижней части коробчатого воздуховода.Здесь можно предположить любое трение на шарнире.Вход воздуховода - просто атмосфера, выход соединен с камерой с сильным вентилятором.

Когда система находится в состоянии покоя, дверь полностью закрыта ($\theta = 0$). Как только система активирована, воздухвыдувается на выходе с контролируемым расходом $Q'$.Затем воздух поступает в воздуховод на входе, открывая (вращая) дверь с некоторой степенью тета.Моя цель здесь - смоделировать отношения между $Q'$ и $\theta = 0$.Число Рейнольдса достаточно велико, поэтому поток турбулентный.Однако система находится в устойчивом состоянии для заданных $Q'$.

Сначала я перечислил силы (моменты), которые толкают дверь вверх и вниз.

1) Подтягивание двери: -Воздух, который попадает в дверь;обмен импульсами.- Вязкое сопротивление на кончике двери - возможно, незначительное, так как дверь очень тонкая - Разница давлений между двумя сторонами двери (экспериментально установлено, что существует разница давления между входом и выходом, которая не является незначительной. Однако яЯ не уверен, что тот же аргумент может иметь место между двумя сторонами двери).

2) Опускание двери: - Вес двери - Это только одна вещь, которую я могу вспомнить

* 1020Затем я попытался уравновесить эти силы так, чтобы момент в шарнире стал равен 0. Грубо говоря, у восходящих сил есть член $\cos(\theta)$, в то время как у момента, вызванного весом двери, есть член $\sin(\theta)$, таким образом, балансируя под некоторым углом тета.Получите отношения что-то вроде $\tan(\theta) \sim (V_{\mathrm{air}}^2)$.Тем не менее, это соотношение дает гораздо более жесткий наклон по сравнению с тем из эксперимента.Экспериментальный результат показал, что существует линейная зависимость ($R^2>0.99$) между $Q'(=V_{\mathrm{air}})$ и $\theta$, для $\theta$ между 15-30 градусами.

Я не ожидал, что у меня может быть очень точное аналитическое решение, но удивляюсь, есть ли какой-либо метод или модель, которую я могу использовать для решения этой проблемы.

...