در دینامیک سیالات، دراگ (گاهی تحت عنوان مقاومت هوا، نوعی اصطکاکی، یا مقاومت سیال، نوع دیگری از اصطکاک یا اصطکاک سیال) نیرویی است که در جهت مخالف حرکت نسبی هر شیء در سیال احاطهکننده، به آن وارد میشود. نیروی دراگ میتواند بین دولایه سیال (یا سطح) یا یک سیال و یک سطح جامد ایجاد شود. برخلاف نیروهای مقاومتی دیگر، مانند اصطکاک خشک، که تقریباً از سرعت مستقل هستند، نیروی دراگ به سرعت وابسته است. نیروی دراگ در جریان آرام متناسب با سرعت است و در جریان مغشوش با مجذور سرعت متناسب است. با وجود اینکه علت نهایی نیروی دراگ، اصطکاک ویسکوزیته است، دراگ جریان مغشوش مستقل از ویسکوزیته است.
مثالهای دراگ
- نیروی هیدرودینامیک یا آئرودینامیک برآیند که در جهت عکس حرکت شیء جامد نسبت به زمین وارد میشود. (مانند خودرو و هواپیما)
- نیروی وارده در جهت جغرافیایی حرکت جسم جامد مانند قایقهای بادبانی
انواع دراگ
- دراگ را میتوان در دستهبندیهای ذیل تقسیمبندی کرد:
- دراگ پاراستیک (parasitic drag) شامل: دراگ شکل (form drag)، دراگ پوست (skin friction)، دراگ تداخل (interference drag)
- دراگ دربرگیرنده لیفت
- دراگ موج (آئرودینامیک) یا مقاومت موج (هیدرودینامیک کشتی)
دراگ به خواص سیال و اندازه، شکل و سرعت شیء وابسته است. یک راه برای توصیف این موارد، استفاده از معادله دراگ است:
FD=0.5ρV2CDA
در این رابطه:
FD نیروی دراگ است.
Ρ چگالی سیال است.
V سرعت نسبی جامد به سیال است.
CD ضریب دراگ است. (عدد بیبعد)
A مقطع عرضی است.
ضریب دراگ به شکل شیء و عدد رینولدز (Re=VD/ν) وابسته است که در رابطه رینولدز، D قطر مشخصه و ν ویسکوزیته جنبشی سیال است. در رینولدزهای کم، ضریب دراگ متناسب به معکوس رینولدز است که معنی تناسب ضریب دراگ و سرعت را میدهد. در رینولدزهای بالا، ضریب دراگ، کم و بیش ثابت است. برای سرعتهای بالا (به طور دقیقتر، رینولدزهای بالا) دراگ تابعی از مربع سرعت است.
توان
توان مورد نیاز برای غلبه بر دراگ آئرودینامیک از رابطه زیر به دست میآید:
Pd=Fd.V=0.5ρV3ACd
بنابراین با توجه به فرمول، توان مورد نیاز برای هل دادن یک شیء از میان سیال، با مکعب سرعت افزایش پیدا میکند. برای مثال برای یک اتومبیل در بزرگراه با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت، 10 اسب بخار (7.5 کیلووات) توان برای غلبه بر دراگ نیاز است. این در حالی است که اگر اتومبیل مشابه با سرعت 160 کیلومتر بر ساعت حرکت کند، توانی معادل 80 اسب بخار (60 کیلووات) نیاز دارد.
دراگ استوک
معادله مقاومت ویسکوز یا دراگ خطی مناسب برای اشیا یا ذرات گذرنده از میان یک سیال با سرعتهای نسبی کم که هیچ اغتشاشی وجود ندارد، است. (رینولدزهای کم Re<1) در چنین شرایطی نیروی دراگ با سرعت متناسب و در جهت عکس حرکت وارد میشود. معادله مقاومت ویسکوز عبارت است از:
Fd=-bV
در این رابطه b وابسته به خواص سیال و ابعاد شکل است. در مسائل خاص اشیای استوانهای کوچک، ضریب b از رابطه زیر به دست میآید:
b=6πηr
در این رابطه r شعاع استوک ذره و η ویسکوزیته سیال است.