Közegellenállási együttható meghatározása turbulens áramlás esetén.

Szakdolgozatom témájául a „Közegellenállási együttható meghatározása turbulens áramlás esetén” címet választottam. A közegellenállás jelensége már középiskolás koromban felkeltette az érdeklődésemet. A közegellenállás egy olyan jelenség, amely az élet számos területén jelen van, ugyanakkor az elméleti háttere - a tudomány jelenállása szerint - még nem teljes mértékben tisztázott. A közegellenállás illetőleg a közegellenállási együttható kiemelt jelentőséggel bír a technikai sportokban, a műszaki fejlesztésekben - például a Forma1-es és az utcai autók tervezése - ugyanakkor a közegellenállás és az áramlástan nemcsak a fent említett tervezési folyamatoknál, hanem minden olyan rendszernél fontos, ahol a közeg és benne mozgó objektum között relatív sebesség különbség van, azaz így például a hő és áramlástani rendszerek tervezésekor, a folyó vizek árterének szimulációjakor is kiemelten szükségszerű a vizsgálata. Az áramlás kiválasztásnál esetemben szerepet játszott az elrendezés könnyebb megépíthetősége – tisztán lamináris áramlás biztosításához magas viszkozitású folyadék szükséges, amely nem állt a rendelkezésemre – illetőleg a későbbi tovább lépési lehetőségek (erről kissé részletesebben a 8. fejezetben írok). Témámnak egy ismeretlen tárgy közegellenási együtthatójának meghatározását választottam, erre egy viszonylag egyszerűen kivitelezhető, sok egyéni ötletet tartalmazó, otthon is könnyen elvégezhető mérési módszert, eljárást szeretnék a szakdolgozatom során bemutatni. A módszerem röviden összefoglalva a következő volt: Adott hosszúságú és adott sűrűségű folyadékkal megtöltött ejtési csőben való süllyedési időket mértem, a testet jellemző fizikai paraméterek lemérése után egy általam levezetett elméleti formulával illetve egy Euler-féle szimulációs eljáráson alapuló számítógépes programmal határoztam meg a közegellenási együtthatót. A mérési módszerem ellenőrzésére egy ismert közegellenállási együtthatójú testtel is végeztem kontroll kísérleteket. A kontroll kísérletek alapján kiderült, hogy az általam használt modell jó közelítést ad a közegellenállási együtthatóra, az általam lemért és kiszámolt érték, jó egyezést mutat a szakirodalomban felelhetővel. A folyadékokban való közegellenási együttható vizsgálat gyakorlatilag az utóbbi időben teljesen kikerült a gyakorlatból, jelenlegi mérnöki gyakorlatban többnyire ezeket a vizsgálatokat a speciálisan erre a célra tervezett szélcsatornákban végzik. Az 1960-as években A. Werner Preukschat végzett hasonló kísérleteket a „Measurements of drag coefficients for falling and rising spheres in free motion” című munkájában a vízben süllyedő illetve a vízben emelkedő gömb mozgását, közegellenállási együtthatóját hasonlította össze. A 2000-es években szintén megjelent egy publikáció, amely az állandósult sebesség alapján vízben vizsgálja a közegellenállási együtthatót a Reynolds szám függvényében. A szakdolgozatom során a közegellenállás „következményeivel” foglalkoztam, azaz fő célom egy turbulens áramlásban mozgó test közegellenállási együtthatójának meghatározása volt a megtett távolság és a hozzátartozó időintervallum, illetve a testet jellemző egyéb paraméterek függvényében. A munkám során nem volt célom a turbulens áramlás részletes áramlástani elemzése, egyrészről mivel komolyabb az áramlástani ismeretek nem képzik a Fizika Bsc képzés alapját, másrészről ezek vizsgálata nem álltak a megfelelő eszközök a rendelkezésemre, azonban - mint a zárófejezetből kiderül - a későbbiek során tervezem ilyen irányú vizsgálatok elvégzését is.Bscfizikag