كيفية حساب قوة السحب

كتابة نسمة امام آخر تحديث: 14 يوليو 2020 , 11:29

الجميع على دراية بمفهوم قوة السحب ، فعندما تخوض في الماء أو تركب دراجة ، تلاحظ أنه كلما زاد العمل الذي تقوم به ، وأسرع تحركك ، زادت المقاومة التي تحصل عليها من الماء ، أو الهواء المحيط ، وكلاهما يعتبران سوائل من قبل الفيزيائيين ، وفي غياب قوى السحب ، قد يتم التعامل مع العالم لمسافة 1000 قدم في المنزل ، في لعبة البيسبول ، وسجلات عالمية أسرع بكثير في المضمار والميدان ، والسيارات ذات المستويات الخارقة من الاقتصاد ، في استهلاك الوقود.

كما أن قوى السحب ، كونها تقييدية بدلاً من الدفع ، ليست درامية مثل القوى الطبيعية الأخرى ، ولكنها حاسمة في الهندسة الميكانيكية ، والتخصصات ذات الصلة ، وبفضل جهود العلماء ذوي التفكير الرياضي ، من الممكن ليس فقط تحديد قوى السحب في الطبيعة ، ولكن أيضًا لحساب قيمهم العددية في مجموعة متنوعة من المواقف اليومية.

معادلة قوة السحب

يتم تعريف الضغط في الفيزياء ، على أنه القوة لكل وحدة مساحة : P = F / A ، وباستخدام (D) لتمثيل قوة السحب على وجه التحديد ، يمكن إعادة ترتيب هذه المعادلة إلى D = CPA ، حيث C هو ثابت التناسب الذي يختلف من كائن إلى آخر ، كما يمكن التعبير عن الضغط على جسم يتحرك عبر سائل على أنه (1/2) ρv2 ، حيث ρ (الحرف اليوناني rho) ، هو كثافة السائل ، و v هي سرعة الجسم.

لذلك ، D = (1/2)(C)(ρ)(v2)(A)

لاحظ عدة نتائج لهذه المعادلة : ترتفع قوة السحب بالتناسب المباشر مع الكثافة ، ومساحة السطح ، وترتفع مع مربع السرعة ، وإذا كنت تسير بسرعة 10 أميال في الساعة ، فإنك تواجه أربعة أضعاف السحب الأيروديناميكي ، كما تفعل بسرعة 5 أميال في الساعة ، مع بقاء كل شيء آخر ثابتًا. [1]

قوة السحب على كائن ساقط

إحدى معادلات الحركة لجسم ما في السقوط الحر من الميكانيكا الكلاسيكية هي v = v0+  at. في ذلك ، v = السرعة في الوقت t ، v0 هي السرعة الأولية (عادة صفر) ، a هو التسارع بسبب الجاذبية (9.8 م / ثانية 2 على الأرض) ، و t تنقضي الوقت بالثواني.

ومن الواضح في لمحة أن جسمًا يسقط من ارتفاع كبير ، سيسقط بسرعة متزايدة دائمًا إذا كانت هذه المعادلة صحيحة تمامًا ، ولكن ليس لأنه يهمل قوة السحب ، وعندما يكون مجموع القوى المؤثرة على شيء صفرًا ، فإنه لا يتسارع بعد الآن ، على الرغم من أنه قد يتحرك بسرعة عالية ثابتة.

وهكذا ، فإن القفز بالمظلات يصل إلى سرعتها النهائية ، عندما تساوي قوة السحب قوة الجاذبية ، ويمكنها معالجة ذلك من خلال وضعية جسدها ، مما يؤثر على A في معادلة السحب ، والسرعة النهائية حوالي 120 ميلا في الساعة.

قوة السحب في السباحة

يواجه السباحون التنافسيون أربع قوى متميزة : الجاذبية والطفو ، اللذان يتعارضان مع بعضهما البعض في مستوى رأسي ، والسحب والدفع ، اللذان يعملان في اتجاهين معاكسين في المستوى الأفقي ، وفي الواقع القوة الدافعة ليست أكثر من قوة سحب ، تطبقها أقدام السباح ، ويديه للتغلب على قوة سحب الماء ، والتي كما توقعت على الأرجح ، أكبر بكثير من قوة الهواء.

وحتى عام 2010م ، كان يُسمح للسباحين الأوليمبيين باستخدام بدلات إيروديناميكية خاصة ، وكانت موجودة فقط لبضع سنوات ، ثم حظرت الهيئة الحاكمة للسباحة الدعاوى ، لأن تأثيرها كان واضحًا لدرجة أن الأرقام القياسية العالمية تم كسرها من قبل الرياضيين ، الذين كانوا خلافًا لذلك ، (لكن لا يزالون على مستوى عالمي) بدون الدعاوى.

قوة السحب في الهندسة النووية

يعد تحليل قوة الرفع الهيدروليكي ، أحد أهم التحليلات في تصميم مجموعة الوقود ، وتحليل التوافق الهيدروليكي للنوى المختلطة ، ويتم تحفيز القوى الرأسية عن طريق تدفق عالي السرعة ، لأعلى من خلال النواة المفاعل ، وسيكون مسار التدفق لمبرد المفاعل ، من خلال وعاء المفاعل هو :

  • يدخل المبرد وعاء المفاعل عند فوهة المدخل ، ويضرب على البرميل الأساسي.
  • يجبر البرميل الأساسي الماء على التدفق لأسفل في الفراغ ، بين جدار وعاء المفاعل ، والبرميل الأساسي ، وتُعرف هذه المساحة عادةً باسم العامل السفلي.
  • مجموعات الوقود ، حيث تزداد درجة حرارة سائل التبريد ، أثناء مروره عبر قضبان الوقود.
  • وأخيرًا ، يدخل سائل تبريد المفاعل الأكثر سخونة ، إلى المنطقة الداخلية العلوية ، حيث يتم توجيه فوهة المخرج إلى الأرجل الساخنة للدائرة الأولية ، وينتقل إلى مولدات البخار.

يتم الاحتفاظ بتجميعات الوقود عن طريق مجموعة هيكل التوجيه العلوي ، والتي تحدد الجزء العلوي من النواة ، وهذه التجمعية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، ولها العديد من الأغراض ، وتمارس مجموعة هيكل الدليل العلوي قوة محورية على تجميعات الوقود ، (من خلال الينابيع في الفوهة العلوية) ، وبالتالي تحدد الموقع الدقيق ، لمجموعة الوقود في النواة.[2]

ويتم تثبيت شفة تجميع هيكل الدليل العلوي في مكانها ، ويتم تحميلها مسبقًا بواسطة شفة رأس الإغلاق RPV ، وتقوم مجموعة هيكل الدليل العلوي أيضًا ، بتوجيه وحماية مجموعات قضبان التحكم ، والأجهزة الأساسية ، كما يجب حساب القوة السفلية المطلوبة ، لتركيب هيكل التوجيه العلوي في مجموعات الوقود بعناية فائقة.

كما يمكن أن يؤدي عدم كفاية القوة السفلية ، إلى رفع مجموعة الوقود ، من ناحية أخرى ، يمكن أن تؤدي القوة السفلية المفرطة ، إلى انحناء تجميع الوقود ، وهو أمر غير مقبول أيضًا.

حساب قوة السحب

لحساب قوة السحب ، يجب أن نعرف :

  • معامل احتكاك الجلد ، وهو: CD ، احتكاك = 0.00425
  • مساحة سطح الدبوس ، وهي: A = π.d.h = 1169 متر مربع.
  • كثافة السوائل وهي: ρ = 714 كجم / م 3.
  • سرعة التدفق الأساسية ، والتي تكون ثابتة وتساوي Vcore = 5 م / ث.[3]

من معامل احتكاك الجلد ، الذي يساوي عامل احتكاك Fanning ، ويمكننا حساب عنصر الاحتكاك لقوة السحب ، ويتم إعطاء قوة السحب من خلال :

مثال على كيفية حساب قوة السحب

بافتراض أنه يمكن أن تحتوي مجموعة الوقود ، على سبيل المثال ، على 289 دبابيس وقود (17 × 17 مجموعة وقود) ، فإن عنصر الاحتكاك لقوة السحب ، يكون بترتيب كيلونيوتونات ، وعلاوة على ذلك ، فإن قوة السحب هذه تنشأ فقط ، من احتكاك الجلد في حزمة الوقود ، لكن تجميع وقود PWR النموذجي ، يحتوي على مكونات أخرى ، والتي تؤثر على المكونات الهيدروليكية لتجميع الوقود كالتالي :

  • قضبان الوقود : تحتوي قضبان الوقود على السموم القابلة للحرق والوقود.
  • فوهة علوية : يوفر الدعم الميكانيكي لهيكل تجميع الوقود.
  • فوهة القاع : يوفر الدعم الميكانيكي لهيكل تجميع الوقود.
  • تباعد الشبكة : يضمن توجيه دقيق لقضبان الوقود.
  • توجيه أنبوب كشتبان : أنبوب فارغ لقضبان التحكم ، أو الأجهزة الأساسية.

كما هو مكتوب ، فإن المكون الثاني لقوة السحب هو سحب النموذج ، وسحب النموذج المعروف أيضًا باسم سحب الضغط ينشأ بسبب شكل الكائن وحجمه ، ويتناسب سحب الضغط مع الفرق بين الضغوط التي تعمل على الجزء الأمامي والخلفي من الجسم المغمور ، والمنطقة الأمامية.[4]

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق