ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें: कई संस्थाएं और तथ्य

ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

ड्रैग गुणांक एक आवश्यक पैरामीटर है जिसका उपयोग किसी वस्तु द्वारा हवा या पानी जैसे तरल माध्यम से गुजरते समय अनुभव किए जाने वाले प्रतिरोध को मापने के लिए किया जाता है। यह विभिन्न वस्तुओं और परिदृश्यों के वायुगतिकीय व्यवहार को समझने और भविष्यवाणी करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इस ब्लॉग पोस्ट में, हम ड्रैग गुणांक की परिभाषा, महत्व, प्रभावित करने वाले कारकों और इसकी गणना के विभिन्न तरीकों का पता लगाएंगे। तो, आइए गोता लगाएँ!

ड्रैग गुणांक की परिभाषा और महत्व

ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें — छवि द्वारा SchnellGewehr - विकिमीडिया कॉमन्स, विकिमीडिया कॉमन्स, CC BY-SA 4.0 के तहत लाइसेंस प्राप्त।

ड्रैग गुणांक एक आयामहीन मात्रा है जो किसी तरल पदार्थ के माध्यम से चलने वाली वस्तु द्वारा अनुभव किए गए ड्रैग बल को संदर्भ क्षेत्र, प्रवाह वेग और द्रव घनत्व से संबंधित करता है। इसे प्रतीक सीडी द्वारा दर्शाया जाता है और इसका व्यापक रूप से द्रव गतिशीलता, एयरोस्पेस इंजीनियरिंग और ऑटोमोटिव डिजाइन के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है।

कर्षण बल द्रव द्वारा वस्तु पर उसकी गति के विपरीत दिशा में लगाया गया प्रतिरोध बल है। यह वस्तु के आकार, आकार और सतह की विशेषताओं पर निर्भर करता है। ड्रैग गुणांक के माध्यम से ड्रैग बल की मात्रा निर्धारित करके, इंजीनियर और शोधकर्ता वाहनों, संरचनाओं या तरल माध्यम से चलने वाली किसी भी वस्तु के वायुगतिकीय प्रदर्शन का आकलन कर सकते हैं।

लिफ्ट-टू-ड्रैग अनुपात जैसे अन्य वायुगतिकीय गुणों को निर्धारित करने में ड्रैग गुणांक महत्वपूर्ण है, जो ड्रैग का अनुभव करने की तुलना में लिफ्ट उत्पन्न करने में किसी वस्तु की दक्षता को मापता है। कम ड्रैग गुणांक वांछनीय है क्योंकि यह कम वायु प्रतिरोध और बेहतर ईंधन दक्षता, गति और गतिशीलता को इंगित करता है।

कर्षण गुणांक को प्रभावित करने वाले कारक

कई कारक किसी वस्तु के ड्रैग गुणांक को प्रभावित करते हैं। आइए कुछ प्रमुख कारकों पर एक नजर डालें:

आकार और सतह की विशेषताएं: किसी वस्तु का आकार उसके ड्रैग गुणांक को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। सुव्यवस्थित या वायुगतिकीय आकृतियाँ, जैसे अश्रु बूँदें, द्रव प्रवाह के पृथक्करण को कम करके खिंचाव को कम करती हैं। सतह का खुरदरापन, कोटिंग्स और उभार भी ड्रैग गुणांक को प्रभावित करते हैं।
रेनॉल्ड्स संख्या: रेनॉल्ड्स संख्या एक आयामहीन पैरामीटर है जो किसी वस्तु के चारों ओर प्रवाह शासन की विशेषता बताती है। यह प्रवाह वेग, वस्तु के आकार और द्रव गुणों पर निर्भर करता है। ड्रैग गुणांक रेनॉल्ड्स संख्या के साथ भिन्न हो सकता है, जो लैमिनर और अशांत प्रवाह के बीच परिवर्तित होता है।
प्रवाह वेग: उच्च प्रवाह वेग के परिणामस्वरूप आम तौर पर उच्च ड्रैग गुणांक होते हैं। जैसे-जैसे द्रव प्रवाह की गति बढ़ती है, वस्तु के चारों ओर संवेग स्थानांतरण और दबाव वितरण में परिवर्तन होता है, जिससे खिंचाव बढ़ जाता है।
सीमा परत: सीमा परत वस्तु की सतह से सटी तरल पदार्थ की पतली परत होती है। सीमा परत का व्यवहार, चाहे लैमिनर हो या अशांत, ड्रैग गुणांक को प्रभावित करता है। अशांत सीमा परतों में उच्च ड्रैग गुणांक होते हैं।

अब जब हम ड्रैग गुणांक की मूल बातें समझ गए हैं तो आइए जानें कि विभिन्न सॉफ़्टवेयर और सिमुलेशन का उपयोग करके इसकी गणना कैसे करें।

विभिन्न सॉफ्टवेयर और सिमुलेशन में ड्रैग गुणांक की गणना

पैराव्यू में ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

पैराव्यू एक लोकप्रिय ओपन-सोर्स डेटा विज़ुअलाइज़ेशन और विश्लेषण सॉफ़्टवेयर है जिसका उपयोग विभिन्न वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग क्षेत्रों में किया जाता है। पैराव्यू में ड्रैग गुणांक की गणना करने के लिए, आपको आमतौर पर इन चरणों का पालन करना होगा:

ऑब्जेक्ट के चारों ओर द्रव प्रवाह का प्रतिनिधित्व करने वाले सिमुलेशन परिणाम या डेटा को पैराव्यू में आयात करें।
ड्रैग गुणांक की गणना के लिए वस्तु पर उपयुक्त सतह की पहचान करें।
सिमुलेशन से दबाव और वेग डेटा का उपयोग करके सतह पर अभिनय करने वाले ड्रैग बल की गणना करें।
संदर्भ क्षेत्र की गणना करें, जो प्रवाह दिशा के लंबवत सतह का प्रक्षेपित क्षेत्र है।
अंत में, ड्रैग गुणांक प्राप्त करने के लिए ड्रैग बल को द्रव घनत्व, प्रवाह वेग वर्ग और संदर्भ क्षेत्र के उत्पाद से विभाजित करें।

यह भी देखें दो वस्तुओं के बीच तनाव की गणना करें: 3 महत्वपूर्ण तथ्य

सीएफडी में ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

कम्प्यूटेशनल फ्लूइड डायनेमिक्स (सीएफडी) द्रव प्रवाह और वायुगतिकीय व्यवहार के अनुकरण और विश्लेषण के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है। सीएफडी का उपयोग करके ड्रैग गुणांक की गणना करने के लिए, आप आम तौर पर इन चरणों का पालन करते हैं:

सीएफडी सॉफ्टवेयर में वस्तु और द्रव डोमेन की ज्यामिति और सीमा की स्थिति निर्धारित करें।
प्रवाह गुणों को परिभाषित करें, जैसे द्रव घनत्व और चिपचिपाहट, और प्रवाह वेग।
द्रव प्रवाह के लिए नियामक समीकरणों को हल करने और दबाव और वेग क्षेत्र प्राप्त करने के लिए सीएफडी सिमुलेशन चलाएं।
रुचि की सतहों की पहचान करें और सिमुलेशन परिणामों से दबाव और वेग जैसे प्रासंगिक डेटा निकालें।
सतह के साथ दबाव वितरण को एकीकृत करके सतह पर कार्यरत ड्रैग बल की गणना करें।
संदर्भ क्षेत्र निर्धारित करें और ड्रैग गुणांक प्राप्त करने के लिए ड्रैग बल को उचित शब्दों से विभाजित करें।

सॉलिडवर्क्स में ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

सॉलिडवर्क्स एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला 3डी कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (सीएडी) सॉफ़्टवेयर है जो द्रव प्रवाह का अनुकरण करने और वायुगतिकीय प्रदर्शन का विश्लेषण करने के लिए उपकरण भी प्रदान करता है। सॉलिडवर्क्स में ड्रैग गुणांक की गणना करने के लिए, आपको आमतौर पर इन चरणों का पालन करना होगा:

सॉलिडवर्क्स में ऑब्जेक्ट का 3डी मॉडल बनाएं या आयात करें।
द्रव गुणों को परिभाषित करें, जैसे घनत्व और चिपचिपाहट, और वेग और तापमान सहित प्रवाह की स्थिति।
उपयुक्त सीमा स्थितियाँ स्थापित करें और द्रव डोमेन को मेश करें।
द्रव प्रवाह सिमुलेशन चलाएं और दबाव और वेग डेटा प्राप्त करें।
ऑब्जेक्ट पर उस सतह(सतहों) की पहचान करें जिसके लिए आप ड्रैग गुणांक की गणना करना चाहते हैं।
दबाव वितरण को एकीकृत करके सतह(सतहों) पर कार्यरत ड्रैग बल की गणना करें।
संदर्भ क्षेत्र निर्धारित करें और ड्रैग गुणांक प्राप्त करने के लिए ड्रैग बल को द्रव घनत्व, प्रवाह वेग वर्ग और संदर्भ क्षेत्र के उत्पाद से विभाजित करें।

Ansys फ़्लुएंट में ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

Ansys फ़्लुएंट एक शक्तिशाली कम्प्यूटेशनल तरल गतिकी (सीएफडी) सॉफ़्टवेयर है जिसका व्यापक रूप से द्रव प्रवाह और वायुगतिकी के अनुकरण और विश्लेषण के लिए विभिन्न उद्योगों में उपयोग किया जाता है। Ansys फ़्लुएंट का उपयोग करके ड्रैग गुणांक की गणना करने के लिए, आपको आमतौर पर इन चरणों का पालन करना होगा:

Ansys फ़्लुएंट में ऑब्जेक्ट और द्रव डोमेन की ज्यामिति और सीमा स्थितियां सेट करें।
द्रव गुणों को परिभाषित करें, जैसे घनत्व और चिपचिपाहट, और वेग और अशांति मॉडल सहित प्रवाह की स्थिति।
प्रवाह सुविधाओं को पकड़ने और वस्तु की सतह के विवरण को पकड़ने के लिए द्रव डोमेन को उचित रूप से मेश करें।
सीएफडी सिमुलेशन चलाएं और दबाव और वेग क्षेत्र प्राप्त करें।
ऑब्जेक्ट पर उस सतह(सतहों) की पहचान करें जिसके लिए आप ड्रैग गुणांक की गणना करना चाहते हैं।
सतह के साथ दबाव वितरण को एकीकृत करके सतह पर कार्यरत ड्रैग बल की गणना करें।
संदर्भ क्षेत्र निर्धारित करें और ड्रैग गुणांक प्राप्त करने के लिए ड्रैग बल को द्रव घनत्व, प्रवाह वेग वर्ग और संदर्भ क्षेत्र के उत्पाद से विभाजित करें।

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विभिन्न वस्तुओं और परिदृश्यों के लिए ड्रैग गुणांक की गणना

अब जब हमने विभिन्न सॉफ़्टवेयर और सिमुलेशन का पता लगा लिया है, तो आइए समझें कि विभिन्न वस्तुओं और परिदृश्यों के लिए ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें।

बुलेट के ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

बुलेट के ड्रैग गुणांक की गणना करने के लिए, आप आमतौर पर पवन सुरंग परीक्षण करेंगे या कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन का उपयोग करेंगे। पवन सुरंग परीक्षणों में, गोली को नियंत्रित वायुप्रवाह के अधीन किया जाता है, और ड्रैग बल को मापा जाता है। फिर ड्रैग गुणांक की गणना उसी सूत्र का उपयोग करके की जाती है जिसकी हमने पहले चर्चा की थी।

एयरफ़ॉइल के ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

एयरफ़ॉइल का ड्रैग गुणांक उसके आकार, हमले के कोण और रेनॉल्ड्स संख्या पर निर्भर करता है। पवन सुरंग परीक्षण या कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन का उपयोग आमतौर पर विभिन्न एयरफ़ॉइल डिज़ाइन और परिचालन स्थितियों के लिए ड्रैग गुणांक निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

कार के ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

ऑटोमोटिव डिज़ाइन और ईंधन दक्षता में कार का ड्रैग गुणांक महत्वपूर्ण महत्व रखता है। यह आम तौर पर सॉलिडवर्क्स या एनसिस फ़्लुएंट जैसे सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके पवन सुरंग परीक्षणों या कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन के माध्यम से निर्धारित किया जाता है।

रॉकेट के ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

किसी रॉकेट का ड्रैग गुणांक उसके आकार, आकार और उड़ान की स्थिति पर निर्भर करता है। सीएफडी जैसे सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन का उपयोग आमतौर पर रॉकेट के लिए ड्रैग गुणांक की गणना करने के लिए किया जाता है।

पैराशूट के ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

पैराशूट का ड्रैग गुणांक उतरने के दौरान उसके प्रदर्शन को समझने में महत्वपूर्ण है। विभिन्न पैराशूट डिज़ाइनों के लिए ड्रैग गुणांक की गणना करने के लिए पवन सुरंग परीक्षण या कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन का उपयोग किया जाता है।

किसी गोले के कर्षण गुणांक की गणना कैसे करें

किसी गोले का ड्रैग गुणांक उसके आकार और रेनॉल्ड्स संख्या पर निर्भर करता है। इसकी गणना पवन सुरंग परीक्षणों के माध्यम से या विभिन्न प्रवाह व्यवस्थाओं के लिए उपलब्ध अनुभवजन्य सहसंबंधों का उपयोग करके की जा सकती है।

सिलेंडर के ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

एक सिलेंडर का ड्रैग गुणांक उसके पहलू अनुपात, सतह खुरदरापन और रेनॉल्ड्स संख्या से प्रभावित होता है। इसे पवन सुरंग परीक्षणों या कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन के माध्यम से निर्धारित किया जा सकता है।

ड्रैग गुणांक गणना में अतिरिक्त विचार

आइए ड्रैग गुणांक की गणना करते समय कुछ अतिरिक्त बातों पर ध्यान दें:

क्या ड्रैग गुणांक आकार के साथ बदलता है?

हां, ड्रैग गुणांक वस्तु के आकार के साथ भिन्न हो सकता है। यह वस्तु के आकार और सतह की विशेषताओं से प्रभावित होता है, जो आकार के पैमाने के अनुसार बदल सकता है। इसलिए, ड्रैग गुणांकों का विश्लेषण और तुलना करते समय आकार प्रभावों पर विचार करना आवश्यक है।

क्या ड्रैग गुणांक में इकाइयाँ होती हैं?

ड्रैग गुणांक एक आयामहीन मात्रा है और इसकी कोई इकाई नहीं है। यह द्रव घनत्व, प्रवाह वेग वर्ग और संदर्भ क्षेत्र के उत्पाद के लिए ड्रैग बल के अनुपात से प्राप्त होता है।

दबाव गुणांक से ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें

दबाव गुणांक एक आयामहीन मात्रा है जो परिवेशी दबाव से स्थानीय दबाव के विचलन को मापता है। इसका उपयोग अक्सर ड्रैग गुणांक की गणना के लिए किया जाता है। ड्रैग गुणांक को सतह के साथ दबाव गुणांक को एकीकृत करके और उचित सूत्रों को लागू करके प्राप्त किया जा सकता है।

और यहीं पर ड्रैग गुणांक की गणना करने की हमारी खोज समाप्त होती है! हमने इसकी परिभाषा, महत्व, इसे प्रभावित करने वाले कारक, विभिन्न सॉफ्टवेयर और सिमुलेशन, और विभिन्न वस्तुओं और परिदृश्यों के लिए गणना को कवर किया है। द्रव माध्यम से चलने वाले वाहनों, संरचनाओं और अन्य वस्तुओं के प्रदर्शन और दक्षता को अनुकूलित करने के लिए ड्रैग गुणांक को समझना और सटीक रूप से निर्धारित करना महत्वपूर्ण है। गणना करने में आनंद!

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ड्रैग गुणांक की गणना कैसे करें पर संख्यात्मक समस्याएं

समस्या 1:

एक कार 25 मीटर/सेकण्ड के वेग से चल रही है। कार का वजन 1200 किलोग्राम है। कार का सामने का क्षेत्रफल 2.5 m^2 है। कार पर लगने वाले कर्षण बल की गणना करें। ड्रैग गुणांक (सीडी) को 0.35 मानें।

उपाय:

दिया हुआ:
कार का वेग (V) = 25 m/s
कार का द्रव्यमान (m) = 1200 kg
कार का अग्रभाग क्षेत्रफल (A) = 2.5 m^2
खींचें गुणांक (सीडी) = 0.35

ड्रैग फोर्स (एफ) की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

$एफ = \frac{1}{2} \cdot Cd \cdot \rho \cdot A \cdot V^2$

जहाँ:
एफ = खींचें बल
सीडी = खींचें गुणांक
ρ = द्रव (वायु) का घनत्व
ए = वस्तु का अग्रभाग
V = वस्तु का वेग

दिए गए मानों को सूत्र में प्रतिस्थापित करना:

$एफ = \frac{1}{2} \cdot 0.35 \cdot \rho \cdot 2.5 \cdot (25)^2$

समस्या 2:

एक गेंद को 20 मीटर/सेकेंड के प्रारंभिक वेग से क्षैतिज रूप से फेंका जाता है। गेंद का द्रव्यमान 0.5 किग्रा है। गेंद पर लगने वाला कर्षण बल 10 N है। कर्षण गुणांक (Cd) की गणना करें। वायु का घनत्व (ρ) 1.2 kg/m^3 मानें।

उपाय:

दिया हुआ:
गेंद का प्रारंभिक वेग (V) = 20 m/s
गेंद का द्रव्यमान (m) = 0.5 kg
खींचें बल (एफ) = 10 एन
हवा का घनत्व (ρ) = 1.2 किग्रा/मीटर^3

ड्रैग फोर्स (एफ) की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

$एफ = \frac{1}{2} \cdot Cd \cdot \rho \cdot A \cdot V^2$

सूत्र को पुनर्व्यवस्थित करके, हम ड्रैग गुणांक (सीडी) के लिए हल कर सकते हैं:

$सीडी = \frac{2F}{\rho \cdot A \cdot V^2}$

दिए गए मानों को सूत्र में प्रतिस्थापित करना:

$सीडी = \frac{2 \cdot 10}{1.2 \cdot A \cdot (20)^2}$

समस्या 3:

एक तैराक 2 मीटर/सेकेंड के वेग से एक पूल में तैर रहा है। तैराक का द्रव्यमान 70 किग्रा है। तैराक पर लगने वाला कर्षण बल 50 N है। कर्षण गुणांक (Cd) की गणना करें। पानी का घनत्व (ρ) 1000 किग्रा/मीटर^3 और तैराक (ए) का ललाट क्षेत्र 0.8 मीटर^2 मानें।

उपाय:

दिया हुआ:
तैराक का वेग (V) = 2 मी/से
तैराक का द्रव्यमान (m) = 70 किग्रा
खींचें बल (एफ) = 50 एन
पानी का घनत्व (ρ) = 1000 किग्रा/मीटर^3
तैराक का ललाट क्षेत्र (ए) = 0.8 मीटर^2

ड्रैग फोर्स (एफ) की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

$एफ = \frac{1}{2} \cdot Cd \cdot \rho \cdot A \cdot V^2$

सूत्र को पुनर्व्यवस्थित करके, हम ड्रैग गुणांक (सीडी) के लिए हल कर सकते हैं:

$सीडी = \frac{2F}{\rho \cdot A \cdot V^2}$

दिए गए मानों को सूत्र में प्रतिस्थापित करना:

$सीडी = \frac{2 \cdot 50}{1000 \cdot 0.8 \cdot (2)^2}$

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कीर्ति मूर्ति

मैं कीर्ति के मूर्ति हूं, मैंने ठोस अवस्था भौतिकी के क्षेत्र में विशेषज्ञता के साथ भौतिकी में स्नातकोत्तर की पढ़ाई पूरी की है। मैं हमेशा भौतिकी को एक मौलिक विषय मानता हूं जो हमारे दैनिक जीवन से जुड़ा हुआ है। विज्ञान का छात्र होने के नाते मुझे भौतिकी में नई चीजें तलाशने में मजा आता है। एक लेखक के रूप में मेरा लक्ष्य अपने लेखों के माध्यम से सरल तरीके से पाठकों तक पहुंचना है।