תפקיד מכניקה פלויד בפיתוח טכנולוגיות ווטרקציינג

מחסור במים הוא אתגר גלובלי דוחק המשפיע על מיליארדי אנשים, במיוחד באזורים עקשניים למחצה וחצניים שבהם המשקעים השנתיים נמוכים ובלתי צפויים.האו"ם מעריך שעד 2025, שני שליש מאוכלוסיית העולם יכולים לחיות בתנאים מותחים במים.בתגובה, חוקרים ומהנדסים פונים לטכנולוגיות מתקדמות של מים לתוספת מקורות מים מתוקים מסורתיים.

הבנה של מכניקה פלויד ואת הרלוונטיות שלה לנביחת מים

מכניקת פלויד כוללת את המחקר של זרימה נוזלית, לחץ, סטיות, וכוחות הפועלים על נוזלים. בהקשר של קצירת מים, עקרונות אלה שולטים בכל שלב של התהליך - החל מאיך הגשם יורד מהגג ועד כמה לחות מתלכדים באוויר.כדי לעצב מערכות הממקסימות איסוף ולהפחית הפסדים, מהנדסים חייבים לנתח דפוסים, לחץ, ואינטראקציות בין פני מים ומשטחים מרכזיים של חומרים כגון: ניקוי ישיר:

תכונות של פלואידים: דחיינות, הוויתוריות ומשטח Tension

צפיפות המים היא בערך 1,000 ק"ג / m3, אבל צפיפות יעילה שלה יכולה להשתנות עם טמפרטורה, מתמוסס מוצקות, חלקיקים מושעה - גורם קריטי במערכות של הסתה וסינון. . Visosity - מדד של חיכוך פנימי - פעלולים לזרום התנגדות צינורות וערוצים, במיוחד כאשר טמפרטורות טיפות ומים הופכות יותר עמידות לזרימת מתח, כוח cohesive בנוזלים באוויר, קובע את הנפיחות של מים קטנים, ערפל, ערפל, ואפקטים, ערפל, על פני השטח, משפיע על פני השטח, על פני השטח, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, במיוחד כאשר ערפל, ערפל, מגבירים, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, משפיע על פני השטח של ערפל מים רטוב, משפיע על פני השטח של ערפל, לחץ מים רטוב, על פני השטח, לחץ מים רטוב, על פני השטח, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, ערפל, לחץ מים רטוב, לחץ מים רטוב, לחץ

משטרי זרימה: Laminar vs. Turbulent Flow

מספר ריינולדס, פרמטר חסר ממד, מגדיר האם זרימה היא laminar (smooth וזמין) או טורב (chaotic עם eddies) לminar זרימה שולטת בערוצים צרים או מים זורמים איטיים, כגון בדלקת אדמה (דלקת ריאות) זרם ספציפי, טיפוסי במי מזיזות במהירות ומטה, משפר גם את התחזיות עדינות לכדי שינוי תאים (למשל, למשל, למשל, לחץ דם) של תאים גמישים (למשל, כדי ירידה) כדי ירידה של תאים גמישים) כדי לנטרולטיביים (למשל, כדי להפחית את המשתנים לנטרולטיביים) של תאים גמישים (DF) כדי ירידה של תאים).

עקרון ברנולי וההמשך

העיקרון של ברנולי קובע כי עלייה במהירות הנוזלית עולה בקנה אחד עם ירידה בלחץ או באנרגיה פוטנציאלית.בציר מים, זה מסביר כיצד לחץ ⁇ s לנהוג דרך רשתות איסוף - למשל, כאשר מים מאיץ את הערוץ המדרדרדר, לחץ טיפות, פוטנציאל לגרום לזרימה של הפרדה אם לא מנוהל בקפידה.המשכיות, אשר קובע כי קצב זרימת המונים הוא קבוע דרך מערכת סגורה, מסייע למהנדסים בגודלם ולהפחית את צינורות השבויים או למנוע את הלחץ כדי לספק בחזרה כדי לספק את השבר יעיל של מערכות אחסון.

עקרונות של Fluid Mechanics Applied in Water Harvesting

מעבר להבנה התיאורטית, עקרונות מכניקת נוזל ספציפיים כבר מוחלים ישירות על מנת לשפר את טכנולוגיות קצירת המים. להלן הם היישומים המשפיעים ביותר, מאורגנים על ידי שלב תהליך הקציר.

עיצוב Surface Design and Flow Dynamics

היעילות של גשמים קציר מתחיל עם משטח התפוסה - באופן רטי גג, שטח סלסולי, או נקי אדמה. מכניקת פלויד עוזרת לקבוע את המדרקון האופטימלי, מרקם, וחומרים כדי למקסם את ההמראה תוך צמצום החדירה המרבית והזיהום המרבי (או הפחתת נפח) של פני השטח (מסוגים זעירים) הם רק חומרים זעירים, לא ⁇ , כמו מתכת או אריחים מצופים, לייצר קופטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטים גבוה יותר (0) (p) מאשר ⁇ ) או ⁇ ) או ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מערכות שימור: Gutters, Downspouts ו- ערוצים

Gutters הם האלמנט הנראה ביותר של מערכת איסוף מים גשם, אך העיצוב שלהם לעתים קרובות מוזנח. מכניקת פלויד מראה כי מעכבי מלבני מסורתיים עם פינות חדות יוצרים תנופה גבוהה בצומת, המוביל לזרימה במהלך גשם כבד. a היטב מעוצבת מעיים בשימוש צינורית צינורית או חצי-חילונית כי מצמצם את ההפסדים הידראוליים ושומרת מהירות.

אחסון והערכה

ברגע שנלכד, המים חייבים להיות מאוחסנים בטנקים או ב cisterns. Sedimentation - ההתנחלות של חלקיקים מושעה - נשלטת על ידי חוק סטוקס, אשר מתייחס למהירות פיזור חלקיקים למהירויות נוזליות, צפיפות חלקיקים וגודל.ב יבול מים גשם, תחילה להסיט את הנימוק הראשוני של אזורי הכריתה (Ricleshlece) אשר נועדו גם כדי להפחית את מספר הצנרת היישר למטה.

חידושים מונעים על ידי Fluid Mechanics

מכניקת פלויד דחקה גל של טכנולוגיות קצירת מים חדשניות.למטה הם שלושה תחומים שבהם נעשו פריצות דרך אחרונות.

גשם: אופטימיזציה של Gutters ו- First-Flush Diverter

(המערכת של איסוף מים מסחרי משלבת כעת את זרימת הדוגמנות כדי למקסם את האוסף במהלך סערות אינטנסיביות.לדוגמה, מערכת העיכול האוטומטית (FLT:0) של גשם מסחרי (FLT:1) משתמשת בפרופיל צנחן שמקורו בסימולציות CFD כדי להשיג את הסגולות של קוטר (Ferper) באופן אוטומטי נמוך כמו 0.010, צמצום אובדן ראש בהשוואה ל- 20% ממריצים סטנדרטיים.

ערפל: Capturing Aאטמוספירה Moisture in Arid Zones

(הופנה מהדף החיים במדברים כמו Atacama (צ'ילה) ו-Jel) מערב ג'אטס (India) משתמשים במרווחי רשת של ים כדי לשרוד רוחות; טיפות מים מרשימות יותר מ- 10 טיפות אוויריות, שטף גבוה מדי, ונוטפותחות לתוך מכשול גבוה יותר מ-0.5 טיפות אוויריות (F) אשר ניתן להפחתה של מספר נמוך מדי (Dirdows) ו-Dows) ל-0.5 טיפות אוויריות (Dirdows) סטיות (Dirdows) סטיות (Dirdows) ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

AWG: Condensation and Heat Transfer

טכנולוגיות AWG שואבות מים ישירות מהאוויר לחייף באמצעות condensation, תהליך נשלט על ידי גיאומטריה ועקרונות העברה המונית של מכניקה נוזלית (הגישה הקלאסית משתמשת מחזור קירור על פני השטח מתחת לנקודה הדלנית: כאן, מספר Nusselt, אשר מתואם את העברת חום מפונקטיבית של העיר (LGap) באופן קבוע, קובע את שכבת הגבול התרמית ובכך את קצב המיזוג גבוה יותר.

אגן מים קרקעיים: Infiltration אגן ו-Forous Media Flow

באזורים עם גשם עונתי, מים קרקעיים לטעון דרך אגן חודרים חיוני כדי לחדש את אקוויפרים חדשים (הזרם של מים לתוך אגן בלתי רווי נשלט נשלט על ידי משוואה של ריצ'רד, משוואה חלקית שאינה לינארית שמונעת את ההשפעות של כוח הכבידה, לחץ קפילארי, ונפיחות עצמאית של אגן קרקעיים לפחות.

מודלים נומריים וסימציה בעיצוב מים

מערכות קציר מים מסורתיות נבנות על ידי ניסוי וטעייה.היום, מהנדסים משתמשים בדינמיקה נוזלי חישובי (CFD) כדי לדמות זרימת מים על גגות, באמצעות צינורות, ובמכלי אחסון עם נאמנות גבוהה.תוכנה CFD פותרת את המשוואות של Navier-Stokes (מסבירים שימור של מחלות מים, מומנטום ואנרגיה - על גבי מגומטריה של עניין עבור גשמים, משוואות למניעת ירידה של נוזל) ונפיחות (מסטרולציה גבוהה יותר)

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות ההתקדמות המונעת על ידי מכניקת נוזל, כמה אתגרים נותרו הדורשים מחקר נוסף.

שינויי אקלים ואירועים קיצוניים

דפוסי מזג אוויר הופכים יותר לא יציבים בשל שינויי האקלים. באזורים רבים למחצה, המשקעים מועברים בהתפרצויות קצרות, אינטנסיביות יותר מאשר מערכות גשם עדין, מתמשך, יבול מים המיועדות לתנאים הממוצעים צפויים כעת להתמודד עם זרמי שיאים היסטוריים, מה שמוביל למחזורים כימיים קשים ושחיקה, עבודה הנדסית עתידית חייבת להתמקד בעיצובים גמישים של מחזורי מים, אשר משתמשים בחיישנים זורמים בזמן אמתיים ולהתאים את שערי זרימת המים על פי זרימתם לפי עוצמת הגשמים הנוכחית, דורש פתרון יעיל של חומר זה דורש פתרון יעיל של זמן (אפקטיבי) של חומרת משקל: לחץ דם גבוה (אך) של חומר נפץ) של חומר נפץ (אך בטוח יותר: לחץ דם גבוה (מצב בטוח יותר) הוא בטוח יותר) של מיקום בטוח יותר של מיקום בטוח יותר של זמן קצר לאחר מיקום בטוח יותר של מיקום התאוששות) של מיקום התאוששות גבוהה של מיקום התאוששות מהירה יותר של זמן קצר לאחר מיקום מתקן בטיחותי משקל (מיקום התאוששות) לאחר מיקום בטוח יותר של מיקום התאוששות מהירה יותר של מיקום התאוששות מהירה יותר של מיקום התאוששות מהירה יותר של מיקום בטוח יותר של מיקום התאוששות מהירה יותר של זמן קצר לאחר מיקום בטוח יותר של מיקום התאוששות מהירה יותר של זמן פנוי (אפקטיבי) לאחר מיקום התאוששות מהירה של מיקום בטוח יותר של מיקום התאוששות מהירה יותר של מיקום התאוששות

קיימות חומריות ו Biofouling

הרבה ערפל ערפל ערפל ממליצות עשויים פולימרים כי מחלחלים תחת אור UV או דורשים משככי דלק מאובנים.יש דחיפה לעבר חומרים biodegradable כמו ננופיבר או סיבים בספלוט, אבל חומרים אלה יש אנרגיות משטח המשפיעים על התנהגות ירידה (Nanocre) באופן קבוע של מים על גבי משטחים צלולים הוא סביב 70 מעלות, בהשוואה ל-90 על פוליפר, איטי יותר כדי לקדם חומרים מכניקה של חומרים מכניקתיים.

מיפוי לרמה ביתית וקהילתית

רוב הניסויים מכניקה נוזלית נערכים בקנה מידה המעבדה.האתגר מתורגם לממצאים אלה כדי להרחיב, מערכות חסכוניות למדינות מתפתחות.לדוגמה, אספן ערפל המיועד לגורם בקנה מידה גיאומטרי של 10 חייב לשמור על דמיון - שמירה על המספרים של ריינולדס וובנר מתאימים לשימור דפוסי זרימה.בפרקטיקה, פשוט קנה מידה קבוע של יחסים לעתים קרובות נכשל כי משקל עצמי מהיר יותר מאשר כוחם חדש; באמצעות תכונות סטרוקטיביות, אשר מפותחות באופן שונה, הוא עשוי להיות מפותחת על ידי מודלים מורכבים על ידי מודלים סטרוגניים.

עיצובים בהשראת

(הטבע מציע פתרונות אלגנטיים שמכניקת נוזל יכולה לחקות את מכלול המדבר של נאמב (Stenocara gracilipes) לאסוף מים מערפל על ידי שינוי של התנגשויות הידרופוביות ועמקים הידרופיליים על הקליפה שלו: מהנדסים מדגמים של טיפות מים רטובות (Lyp) עם ירידה של 2 טיפות איטיות של טיפות אלקטרונים אשר מגבירות של 30 כפולות בהשוואה משטחים סינתטיים.

מסקנה

מכניקת פלויד אינה רק משמעת אקדמית; היא עמוד השדרה של טכנולוגיות קצירת מים הדור הבא, מן הסקאסקופי של פעולה כבירה בבטיחות אדמה ועד לזרמים הסוערים במערכות ניקוז רחבות היקף, חוקי התנועה הנוזלית מזיזים את ההשפעות של ערפל המים המשתנים יותר ויותר על פני שני העשורים האחרונים, החוקרים הטמיעו את המשוואות היסוד של דינמיקות נוזליות – עקרונות של ערפיליות, אך ורקמות של ערפל אוויריות, אך ורק ממריצים ומוליך, אך ורק ממערכות אבטחה ופעולות מוטציות אטומיות, אך ורק ממטרוניות, אך ורק ממושכות יותר.