Prędkość wypływu wody z dyszy skutera wodnego.

Witam...

... czy ktoś z szanownych kolegów wie lub potrafi wyliczyć jaka musi być prędkość wypływu wody z dyszy skutera wodnego o masie np. 300kg i średnicy wylotu dyszy 80mm, aby uzyskać prędkość płyniecia do przodu z prędkością np. 80km/h

Biorąc dane z tabelki http://www.popularmechanics.com/adventure/outdoors/a204/1277206/
Kawasaki Jet Ski STX-12F,
717 lb. = 325 kg,
125 hp = 93.2 kW,
53.39 mph = 85.9 km/h = 23.8674656 m/s,

Zakładając że dysza ma 80mm, podstawiając pod wzór na teoretyczną prędkość do jakiej energia 93.2 kilodżuli w ciągu sekundy może rozpędzić masę wody o danej powierzchni dyszy,
v ^ 3 = E / ( 0.5 * p * A ), v = ( E / ( 0.5 * p * A ) ) ^ (1/3),
v = m/s, E = moc, p = gęstość kg/m^3, A = powierzchnia m^2,

33.3 m/s = ( 93200 / ( 0.5 * 1000 * ( pi * (0.08 * 0.5)^2) ) ) ^ (1/3),
przy 100% sprawności ale tak nie jest więc będzie mniej, zakładając 70% sprawność:
29.6 m/s = ( (93200*0.7) / ( 0.5 * 1000 * ( pi * (0.08 * 0.5)^2) ) ) ^ (1/3),

Edycja : tu albo źle podstawiam dane albo wzory na tych stronach są złe:
siła przy prędkości 23 m/s,
licząc siłę oporu powietrza, wody, czyli ciąg, odrzut:
źle! 770 N = 0.5 * ( pi * (0.08/2)^2 ) * 1000 * ((29.6^2) - (23.8674656^2)),
źle! 770 N = ( (pi/4) * (0.08^2)) * ((23.8674656) + ((29.6 - 23.8674656)/2) ) * 1000 * (29.6 - 23.8674656),

http://www.mh-aerotools.de/airfoils/propuls4.htm , https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/propth.html ,
powyższe wyliczenia z powyższych stron są błędne tu poprawny wynik :
852 N = ( pi * (0,08/2)^2 ) * 1000 * 29,6 * ( 29,6 - 23,8674656 ).
poprawny wzór siły przy poruszającym się pojeździe:
F (siła Niuton) = (gęstość kg/m3) * (powierzchnia m2) * ( prędkość wypływu) * ( prędkość wypływu) - (prędkość napływu) )
pod tym adresem jest wzór wraz z potwierdzeniem testowym:
http://www.electricrcaircraftguy.com/2014/04/...tatic-dynamic-thrust-equation-background.html

tu kolejny http://www.prgmea.com/pdf/accompany/0.pdf strona 51 Problem 6.5

Dzięki pawem1 , sporo się napracowałeś i doceniam to, ale nie rozumiem Twoich wyliczeń. Zadanie jest dla mnie zbyt mądre.
Nadal nie wiem z jaką prędkością skuter wyrzuca wodę z dyszy.
Dodam jeszcze że to nie koniec zadania, bo wiedza o prędkości wypływu wody jest mi potrzebna do określenia sił jakie będą działały na ściany U-rury która ma za zadanie odwrócić ten strumień o 180 stopni. (u-rura na zdjeciu)



Zapewne się już wielu Kolegów domyśla że u-rura ma być wykorzystana do zasilenia Amberjeta (na zdjeciu) który skonstruowałem.

Skuter wyrzuca wodę z dyszy z prędkością około 29.6 m/s.
Siła ciągu, odrzutu nieruchomego skutera:
4404 Niuton = ( pi * (0.08/2)^2 ) * 1000 * (29.6^2),
wysokość podnoszenia wody czy wyrzutu:
44.6 m =(29.6^2)/(2*9.81),
ciśnienie jakie wytwarza pompa:
437526 Paskal = 44.6 * 1000 * 9.81 = około 4 bar czy 4 atmosfery

pawem1 nie żebym sie spierał, ale wyliczona przez Ciebie prędkość wyrzutu wody to zaledwie 106.56km/h. zatem prędkość 300kg skutera bedzie nieco zaledwie mniejsza od predkości wyrzutu wody???
Na moje oko to niemożliwe.
Czyli np. stojąc na tym skuterze rzucam do tyłu kamień o masie 10kg, z prędkością 20km/h a skuter popłynie w przeciwnym kierunku z prędkością 16km/h???
Sorki, ale to niemożliwe. Musiałbym w ten sposób wyrzucić masę ok 300kg.
Chyba nie dam rady

To są tylko proste obliczenia, trzeba wziąć pod uwagę że prędkość maksymalna podana na stronie może być zawyżona, a wyliczona prędkość wylotu wody nie uwzględnia tarcia wody o ściany dyszy, przez co dysza jest jakby mniejsza to i prędkość średnia będzie większa ale to już niewielkie różnice, no i to przy sprawności 0.7.

Weźmy ze strony producenta Kawasaki Model Year 2015 Model Jet Ski® Ultra® 310LX
Thrust 1,890 lb =8,407 N (857.3 kg). Można wyszukać że ma silnik:
Engine
4-stroke, inline 4, DOHC, 16 valves
Horsepower
310 hp (228 kW) @ 8,000 rpm
Displacement
1498 cc
Silnik jest prawie 2.5 raza mocniejszy, a siła odrzutu nieruchomego skutera prawie 2 razy większa.
(8407 Niuton /(( pi * (0.080 średnica dyszy /2)^2 ) * 1000( gęstość wody kg/m3)))^(1/2) = 40.8964486015 m/s prędkość wylotowa wody.

teraz wyliczmy moc jaka jest potrzebna aby przy 8407 N rozpędzić wodę do 40.896 m/s przy dyszy 0.08 m.

0.5*( pi * (0.08/2)^2 ) * 1000)*(((8407/(( pi * (0.08/2)^2 ) * 1000))^(1/2))^3) = 171908.221696 W

podzieliwszy moc ciągu przez moc silnika wyjdzie sprawność pompy 171908.221696 / 228000 = 0.75398342849 n.

Można zmniejszyć średnicę dyszy w obliczeniach i wyjdzie większa prędkość wylotowa, ale wtedy wyjdzie moc większa niż ma silnik a chyba tam nie zachodzi nadprodukcja energii, woda raczej paliwem nie jest.

pawem1 doceniam Twój wysiłek i zaangażowanie, ale Twoje wyliczenia są dla mnie kompletnie absurdalne. Gołym okiem widać że to się nie trzyma kupy. A zwłaszcza kupy

jantar2005 wrote:

to się nie trzyma kupy.

może i lepiej że tak jest (-:

jantar2005 wrote:

...nie rozumiem Twoich wyliczeń. Zadanie jest dla mnie zbyt mądre.

Wyraziłeś prosto i niekomplikowanie sedno Twojego problemu.

101pawel w przeciwieństwie do Ciebie, potrafię się do tego przyznać. Ale skoro dla Ciebie to takie proste to miło bedzie od Ciebie otrzymać tą lekcje.
Ja się chętnie uczę.
Gdyby wszyscy wszystko wiedzieli tak jak Ty, to nasze forum byłoby zbedne, a nawet szkodliwe, bo zamiast uzytecznych informacji byłyby tu tylko złośliwości.

Skoro nie ufasz tym wyliczeniom to tu jest kalkulator rury i siły wyrzutu wody podstaw dane i kąt 90 stopni i wyjdzie to samo co mi http://www.engineeringtoolbox.com/forces-pipe-bends-d_968.html

a tak przy okazji poprawiłem błąd w obliczeniach, albo w NASA pracownik się pomylił albo ja nie potrafię skorzystać z ich wzoru, ale to nie szkodzi bo nawet fizyk, profesor, czasami się pomyli i źle przeprowadza obliczenia akurat związane z tym tematem, odrzutowym napędem wodnym http://scienceblogs.com/dotphysics/2009/01/30/physics-of-the-water-rocket/
nie wiadomo czemu wziął średnicę 0,15m, pomylił się z wzorem na powierzchnię koła i zamiast wstawić promienia r dał średnicę we wzorze i wyszły jakieś olbrzymie liczby, i o wiele za duża moc, został poinformowany w komentarzach że popełnił błąd ale nie wskazano gdzie.

Otrzymałem od admina e-maila z sugestią abym opisał jak został rozwiązany temat i zamknął go.
Jednak nie mogę tego zrobić ponieważ temat jest nadal aktualny i nie rozwiązany, a moze znajdzie się ktoś kto zna rozwiązanie, bo dotychczasowi userzy niestety nie dali rady podobnie jak ja.

Raczej ty nie dałeś rady, przedstaw własne obliczenia dowody jak jest według ciebie, skoro fizyka Niutona jest dla ciebie niewiarygodna.

Cóż nie pasują wyliczenia do twojego błędnego przekonania, przypuszczam że korzystałeś ze wzoru na prędkość odrzutu pojazdu: (m1*v1)/m2=v2, masa wody wyrzucona razy prędkość odrzutu masy wody, podzielone przez masę pojazdu, tylko nie uwzględniłeś tego że ta masa wody jest pobierana i ciągle odrzucana a raczej ciągle odpychana i to w ruchu. Nie trzeba odrzucać, odpychać takiej samej masy co pojazd, żeby poruszać się z prędkością masy odrzuconej, odpychanej, wystarczy masa razy prędkość która będzie większa od oporów płynięcia pojazdu.

Dla przykładu tutaj eksperyment z łódką napędzaną odrzutem
http://www.duckworksmagazine.com/03/r/articles/jet/drive1.htm
z pompą o wydajności maksymalnej 200 US Gallon Per Minute czyli (3,78541178 * 200) / 60 = około 12,6 l/s czy kg/s, w teście było mniej bo pod większym ciśnieniem. Z ciekawości policzmy, podane jest że maksymalna osiągnięta prędkość łodzi to 5 mph = 2,2352 m/s, dysza 24 mm, ciśnienie 30 psi = 206842,7184 Pa.
((2*206842,7184)/ 1000)^0,5 = 20,3392585116 m/s wypływa woda z dyszy.
20,3392585116 * (3,14159 * (0,024/2)^2)) = 0.009201256 m3/s to jest 9,2 l/s około 9,2 kg/s.
9,2kg*20m/s = 184 N = 18,75 kg = 41 pound, siły ciągu odrzutu, a więc woda i powietrze stawiają taki opór przy prędkości łódki 2,2m/s.

Masa łódki z dwojgiem pasażerów to ponad 100kg, według ciebie niemożliwe żeby to mogło płynąć, bo odrzuca tylko 9 kg/s.

Skoro konstruujesz jetpack "Amberjeta" to zapewne posiadasz skuter, nie pozostaje nic innego jak zmierzyć prędkość wypływu profesjonalnym sprzętem, albo mierząc czas napełnienia zbiornika. Może wtedy się przekonasz.

pawem1 wybacz że się z Tobą nie zgadzam. Poza tym zarzucasz mi napisanie czegoś czego nie napisałem.

Quote:

Masa łódki z dwojgiem pasażerów to ponad 100kg, według ciebie niemożliwe żeby to mogło płynąć, bo odrzuca tylko 9 kg/s.

Nie twierdzę że to niemozliwe. Jednak dwoje pasażerów + łódka to conajmniej 200kg i odrzucenie 9kg/s moze dać niewielką prędkość łódki, ale pod warunkiem wypływu wody z ogromną prędkością. Jaką???
Właśnie mała masa wyrzucanej wody musi być zrekompensowana ogromną prędkością wypływu. Ty w swoich wyliczeniach ciągle pomijasz ten parametr.
A co o tym powiesz??? Tu nie masz prędkości wznoszenia...

jantar2005 wrote:

pawem1 wybacz że się z Tobą nie zgadzam. Poza tym zarzucasz mi napisanie czegoś czego nie napisałem.

Quote:

Masa łódki z dwojgiem pasażerów to ponad 100kg, według ciebie niemożliwe żeby to mogło płynąć, bo odrzuca tylko 9 kg/s.

Nie twierdzę że to niemozliwe. Jednak dwoje pasażerów + łódka to conajmniej 200kg i odrzucenie 9kg/s moze dać niewielką prędkość łódki, ale pod warunkiem wypływu wody z ogromną prędkością. Jaką???
Właśnie mała masa wyrzucanej wody musi być zrekompensowana ogromną prędkością wypływu. Ty w swoich wyliczeniach ciągle pomijasz ten parametr.
A co o tym powiesz??? Tu nie masz prędkości wznoszenia...

Kolego. może popatrz na to z innej strony.
9kg na sekunde to także 540 kg na min.
Albo weź zważ młotek, połóż go na palcu, a później podnieś go i połóż z powrotem na palec, ale z szybkością wylotu wody z dyszy skutera.
Albo weź 9kg cieżarek, przywiąż długą 100-150m linke o wytrzymałości 300kg do niego jednym końcem, a drugi przywiąż do skały nad przepaścią i zrzuć tam ten 9kg ciężarek.


Masa jest istotna nie waga.

Dodano po 53 [minuty]:

jantar2005 wrote:

pawem1 nie żebym sie spierał, ale wyliczona przez Ciebie prędkość wyrzutu wody to zaledwie 106.56km/h. zatem prędkość 300kg skutera bedzie nieco zaledwie mniejsza od predkości wyrzutu wody???
Na moje oko to niemożliwe.
Czyli np. stojąc na tym skuterze rzucam do tyłu kamień o masie 10kg, z prędkością 20km/h a skuter popłynie w przeciwnym kierunku z prędkością 16km/h???
Sorki, ale to niemożliwe. Musiałbym w ten sposób wyrzucić masę ok 300kg.
Chyba nie dam rady

Jeśli chcesz tak podchodzić do rozumienia tematu to jeśli będziesz tak wyrzucał 10kg cieżarek co sekunde (tak jak to robi pompa z wodą), jeden za drugim z szybkością 20km/h to uzyskasz te 16 km/h.

saskia dzięki za Twoje "3 grosze" ale:

Quote:

Jeśli chcesz tak podchodzić do rozumienia tematu to jeśli będziesz tak wyrzucał 10kg cieżarek co sekunde (tak jak to robi pompa z wodą), jeden za drugim z szybkością 20km/h to uzyskasz te 16 km/h.

Uważam że jeśli mam skuter 300kg i bedę odrzucał 300kg z prędkością 20km/h co sekundę, to uzyskam te ok. 16km/h niemalże stałe.

jantar2005 wrote:

saskia dzięki za Twoje "3 grosze" ale:

Quote:

Jeśli chcesz tak podchodzić do rozumienia tematu to jeśli będziesz tak wyrzucał 10kg cieżarek co sekunde (tak jak to robi pompa z wodą), jeden za drugim z szybkością 20km/h to uzyskasz te 16 km/h.

Uważam że jeśli mam skuter 300kg i bedę odrzucał 300kg z prędkością 20km/h co sekundę, to uzyskam te ok. 16km/h niemalże stałe.

W ten sposób uzyskasz tą szybkość 16km/h w ciągu jednej sekundy.
Swoją drogą, to doś duże przyśpieszenie. Można zostać w miejscu podczas gdy łódź będzie 44,4m dalej.

Quote:

W ten sposób uzyskasz tą szybkość 16km/h w ciągu jednej sekundy

Zgadza się... ale powtarzanie tego samego czyli odrzucanie 300kg co sekundę z prędkością 20km/h nie spowoduje wzrostu prędkości przecież...

jantar2005 wrote:

Quote:

W ten sposób uzyskasz tą szybkość 16km/h w ciągu jednej sekundy

Zgadza się... ale powtarzanie tego samego czyli odrzucanie 300kg co sekundę z prędkością 20km/h nie spowoduje wzrostu prędkości przecież...

Zgadza się, ale to nie oznacza że musisz odrzucac aż 300kg.
Jeśli będziesz odrzucał 10kg to szybkość tą osiągniesz po 30sekundach.

Jeśli byś takie przyśpieszenie 0-16 km/h w 1 sek. zastosował do podnoszenia to zamiast podniesienia człowieka do góry miałbyś katapultę.

Do podniesienia jakiegoś ciężaru w górę wystarcza siła ciągu (zwykle podawana w jednostkach wagi) nieco większa od podnoszonego ciężaru.
Jedynie wysokość podnoszenia zależy od ilości "nadmiaru" siły ciągu, gdyż im większa wysokość tym większa część tej siły rozchodzi się na boki nie dając faktycznej siły nośnej.
Orientacyjnie to wygladało by to tak że przy sile ciągu 100kg podniesiesz nieco ponad powierzchnie ok. 99kg, przy sile ciągu 200kg będzie to ok. 1-1.5m 500kg da wys. ok. 3-4m itd.
Możesz to spokojnie sprawdzić doświadczalnie zwiększając szybkość strumienia wody.

Dobra Koledzy. Nie wysilajcie się już. Prędkość wypływu wody z dysz jest taka : https://www.youtube.com/watch?v=MGNZDtNMfF8
Rozwiązałem zadanie, temat do zamkniecia