Sıcak hava balonu kaldırma kuvveti hesaplama

Kaldırma kuvveti, bir yüzeyden akan, bir sıvı üzerine, bir kuvvet uygular. Kaldırma, bu kuvvetin yaklaşmakta olan akış yönüne dik olan bileşenidir.

Gazların yoğunluğu sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, moleküller o kadar fazla yayılır ve soldaki grafikte gösterildiği gibi yoğunluk düşer. Sonuç olarak, ılık gazlar yükselir ve soğuk gazlar batar. Aynı kavram, yüksek ve düşük basınçlarla sonuçlanan havayı açıklamaya yardımcı olur. Yüksek basınç, yüksek yoğunluklu, daha soğuk, batan hava demektir. Düşük basınç, düşük yoğunluklu, daha sıcak ve yükselen hava anlamına gelir.

Helyum dolu bir balonun davranışını hava dolu balonla karşılaştırın. Kauçuk balonun ağırlığını göz önüne alarak bile, helyum balonu havada yüzer ve havadan daha az yoğundur. Hava dolu balon batar, çünkü kauçuk balonun ağırlığı biraz daha ağırdır ve bu nedenle daha yoğundur

Ortalama olarak, 65.000 metreküp karelik bir sıcak hava balonu 1000 lbs kaldırabilir. Sıcak hava balonu ne kadar büyükse, balon içindeki hava o kadar sıcaksa, o kadar fazla ağırlık kaldırabilir. Sıcak hava, bir sıcak hava balonundaki kaldırma kuvveti olduğundan, daha sıcak hava ve daha sıcak hava daha fazla kaldırma oluşturur.

Sıcak hava hacmindeki potansiyel kaldırma kuvvetini hesaplayınması aşağıdaki gibidir.

Sıcak Hava Kaldırma Kuvveti

Sıcak hava balonundan kaldırma kuvveti, balon havası ile çevresindeki hava arasındaki balon farkına ve balon hacmine bağlıdır. Kaldırma kuvveti aşağıdaki formülden hesaplanabilir

Fl = V (ρc – ρh) ag                         (1)

where

Fl = kaldırma kuvveti (N, lbf)

V = balon hacmi (m3, ft3)

ρc = çevre havanın yoğunluğu (Soğuk) (kg/m3, slugs/ft3)

ρh = sıcak balon havası yoğunluğu (kg/m3, slugs/ft3)

ag = yerçekimi ivmesi (9.81 m/s2, 32.174 ft/s2)

Örnek – Sıcak Hava Balonu tarafından oluşturulan Kaldırma Kuvveti

10 m3 (353 ft3) hacimli bir sıcak hava balonu 100 oC’ye (212 oF) ısıtılır. Çevreleyen havanın sıcaklığı 20 oC’dir (68 oF). 100 oC sıcaklıktaki hava yoğunluğu, 0.946 kg / m3‘tür (0.00184 slugs/ ft3) ve 20 oC sıcaklıktaki hava yoğunluğu, 1.205 kg / m3‘tür (0.00234 slugs/ ft3).

Kaldırma kuvveti aşağıdaki gibi hesaplanabilir

Fl = (10 m3) [(1.205 kg/m3) – (0.946 kg/m3)] (9.81 m/s2)

  = 25.4 N

Ağırlık – veya yerçekimi kuvveti – aşağıdaki gibi hesaplanabilir

Fg = m ag                       (2)

Fg = ağırlık – yerçekimi kuvveti (N, lbf)

m = kütle (kg, slugs)

Bir uçan hava balonunun kaldırma kuvveti ağırlığa eşit olduğundan (Fl = Fg) – kaldırılmış kütle (1) ve (2) den

m = Fl / ag

   = (25.4 N) / (9.81 m/s2)

   = 2.6 kg

Kaldırma kuvvetinin hesaplanması ingiliz birimlerinde hesaplanması.

Fl = (353 ft3) [(0.00234 slugs/ft3) – (0.00184 slugs/ft3)] (32.174 ft/s2)

   = 5.7 lbf

Gazların yoğunluk değerleri

Rüzgar Hızı ve Rüzgar Yükü Hesaplayıcı

G Kuvveti Nedir? Etkileri Nelerdir?

Hüseyin Sümer hakkında 103 makale
Chemical and Mechanical engineer. Entrepreneur. Passionate about, Technology and Research.

İlk yorum yapan olun