Simulasi Aliran dari Menara Tangki

Mekanika FluidaTorricelliGerak Projectile

Simulasi Menara Tangki dan Jangkauan Pancaran

Amati pengosongan tangki di atas menara dan ukur jarak horizontal pancaran dari tiga lubang sampai menyentuh tanah.

Aliran keluarTorricelli

Lintasan jetProjectile horizontal

Jumlah outletMaksimum 3 lubang

Kecepatan pancaran ditentukan oleh tinggi air di atas lubang. Setelah meninggalkan lubang secara horizontal, jet jatuh akibat gravitasi. Karena itu, jangkauan dipengaruhi oleh dua tinggi sekaligus: head air di atas lubang dan tinggi lubang dari tanah.

Laboratorium Virtual Menara Tangki

Tarik muka air atau posisi lubang pada gambar. Garis lintasan dan titik jatuh diperbarui langsung.

HTML5 mandiri

Parameter tangki dan menara

Bentuk tangki

Prismatik persegiSilinder vertikalKerucut terpancungKerucut terbalik

Tinggi air awal, h₀2,20 m

Luas tangki referensi, A1,00 m2

Tinggi dasar tangki dari tanah5,00 m

Koefisien debit, C_d0,62

Koefisien kecepatan, C_v0,98

C_v dipakai untuk kecepatan aktual dan jangkauan jet.

Pengaturan tiga lubang

Lubang 1 Aktif

Diameter, d₁20 mm

Elevasi dari dasar tangki0,00 m

Lubang 2 Aktif

Diameter, d₂16 mm

Elevasi dari dasar tangki0,80 m

Lubang 3 Aktif

Diameter, d₃12 mm

Elevasi dari dasar tangki1,50 m

Pegangan biru mengubah muka air. Pegangan emas mengubah elevasi lubang. Skala di tanah menunjukkan jarak horizontal dari dinding tangki.

Kecepatan animasi30x

Hasil perhitungan saat ini

Tinggi air saat ini2,20 m

Debit total sesaat-

Waktu pengosongan-

Jangkauan terjauh saat ini-

Waktu simulasi0,0 s

Lubang yang mengalir3

Elevasi akhir teoritis0,00 m

Volume air awal-

Lubang 1

Head air-

Kecepatan jet-

Debit-

Tinggi jatuh-

Waktu terbang-

Jangkauan-

Lubang 2

Head air-

Kecepatan jet-

Debit-

Tinggi jatuh-

Waktu terbang-

Jangkauan-

Lubang 3

Head air-

Kecepatan jet-

Debit-

Tinggi jatuh-

Waktu terbang-

Jangkauan-

Lubang dengan jangkauan terjauh tidak selalu merupakan lubang tertinggi atau terendah. Jangkauan merupakan hasil gabungan kecepatan jet dan waktu jatuh.

Tinggi air terhadap waktu

Muka air turun saat air keluar melalui lubang yang masih terendam.

Debit total terhadap waktu

Debit berubah ketika head berkurang dan lubang berhenti mengalir.

Jangkauan pancaran terhadap waktu

Kurva setiap lubang berakhir ketika muka air turun di bawah elevasi lubang tersebut.

Dasar teori jangkauan pancaran

Kecepatan keluar aktual

v_i = C_v sqrt(2g(h-z_i))Kecepatan menjadi nol jika muka air sudah berada di bawah lubang.

Waktu jatuh ke tanah

t_f,i = sqrt(2Y_i/g)Y_i adalah tinggi lubang dari permukaan tanah.

R_i = v_i t_f,iR_i adalah jarak horizontal dari lubang sampai titik jatuh di tanah.

Peran C_d dan C_v berbeda. C_d menentukan debit dan laju turunnya muka air. C_v mengoreksi kecepatan jet yang dipakai untuk menghitung lintasan.

Asumsi projectile: jet keluar horizontal, hambatan udara diabaikan, tanah datar, dan pancaran tidak terkena angin. Lintasan yang digambar merupakan lintasan pusat jet.

Kesimpulan

Menaikkan menara memperpanjang waktu jatuh, sedangkan menaikkan muka air memperbesar kecepatan keluar. Jangkauan terjauh muncul dari kombinasi kedua pengaruh tersebut, bukan hanya dari tinggi lubang.