كيفية حساب قوة السحب

يفهم الجميع مفهوم قوة السحب، فعندما تقوم بالتحرك في الماء أو تركب الدراجة، فإن زيادة العمل والحركة تزيد من المقاومة التي تتلقاها من الماء أو الهواء، وكلاهما يعتبر سائلا من قبل الفيزيائيين، وبدون قوة السحب، يمكن التعامل مع العالم على بعد 1000 قدم في المنزل أو في لعبة البيسبول، وتحطيم الأرقام القياسية في المضمار والحقول، ولا يستهلك السيارات الاقتصادية الوقود بمعدلات عالية.

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

تعريف الضغط في الفيزياء هو القوة المؤثرة على وحدة المساحة: P = F / A. باستخدام (D) لتمثيل قوة السحب على وجه محدد، يمكن إعادة صياغة هذه المعادلة إلى D = CPA، حيث C هو ثابت التناسب الذي يختلف من جسم إلى آخر. يمكن تعبير الضغط على جسم يتحرك في سائل بأنه (1/2) ρv2، حيث ρ (الحرف اليوناني رو) هو كثافة السائل وv هي سرعة الجسم.

لذلك ، D = (1/2)(C)(ρ)(v2)(A)

لاحظ عدة نتائج لهذه المعادلة : يزداد قوة السحب بالتناسب المباشر مع الكثافة ومساحة السطح، ويزداد بمربع السرعة، وعلى سبيل المثال، إذا كنت تسير بسرعة 10 أميال في الساعة، فستواجه أربعة أضعاف السحب الأيرو ديناميكية مقارنة بسرعة 5 أميال في الساعة، وسيبقى كل شيء آخر ثابتًا.

قوة السحب على كائن ساقط

يمكن تلخيص هذه الجملة بالشكل التالي: إحدى معادلات الحركة لجسم ما في السقوط الحر هي v = v0 + at، حيث v هي السرعة في الزمن t، وv0 هي السرعة الأولية (عادة ما تكون صفر)، وa هو التسارع بسبب الجاذبية(9.8 م/ثانية² على الأرض)، وt هو الزمن بالثواني.

يتضح في لحظة أن الجسم الذي يسقط من ارتفاع كبير سيتسارع دائمًا بسرعة متزايدة، إذا كانت هذه المعادلة صحيحة تمامًا، وليس لأنه يتجاهل قوة السحب، وعندما يكون مجموع القوى المؤثرة على شيء يساوي الصفر، فإنه لا يتسارع بعد ذلك، على الرغم من أنه قد يتحرك بسرعة عالية ثابتة.

وبهذه الطريقة، تصل القفز بالمظلات إلى سرعتها النهائية عندما تصبح قوة السحب متساوية مع قوة الجاذبية، ويمكن التحكم في ذلك من خلال وضعية الجسم، مما يؤثر على A في معادلة السحب، وتصل السرعة النهائية إلى حوالي 120 ميل 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

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

• يتم إدخال المبرد إلى وعاء المفاعل من الفوهة الداخلية ويتم ضربه على البرميل الرئيسي.
• يجبر البرميل الأساسي الماء على الانسياب لأسفل في الفراغ بين جدار عاء المفاعل والبرميل الأساسي، وتُعرف هذه المساحة عادة باسم العامل السفلي.
• في مجموعات الوقود، ترتفع درجة حرارة سائل التبريد أثناء مروره عبر قضبان الوقود.
• وأخيراً، يتم إدخال سائل تبريد المفاعل الأكثر سخونة إلى المنطقة الداخلية العلوية، حيث يتم توجيه فوهة المخرج إلى الأرجل الساخنة للدائرة الأولية، ويتم نقله 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.

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.

يمكن أن يتسبب عدم كفاية القوة السفلية في رفع مجموعة الوقود، بينما 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.
• التدفق الأساسي السريع ثابت ويساوي Vcore = 5 م / ث.

يمكن حساب عنصر الاحتكاك لقوة السحب باستخدام معامل احتكاك الجلد الذي يساوي معامل احتكاك Fanning

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 المواد السامة التي يمكن أن تحترق وتصدر منها الوقود.
• 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 : يمكن استخدام أنبوب فارغ لقضبان التحكم أو الأجهزة الأساسية.

وفقا لما هو مذكور، يعد الجزء الثاني من قوة الجذب هو سحب النموذج، الذي يعرف أيضًا باسم سحب الضغط، وينشأ بسبب شكل وحجم الكائن، ويتناسب مع الفرق في الضغوط بين الجزء الأمامي والخلفي من الكائن المغمور والمنطقة الأمامية.