12566

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ТЕЧЕНИИ ВОЗДУХА В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ТРУБКЕ

Лабораторная работа

Физика

ОТЧЕТ по лабораторной работе №4М ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ТЕЧЕНИИ ВОЗДУХА В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ТРУБКЕ ВВЕДЕНИЕ Цель данной лабораторной работы заключается в ознакомлении студентов с основными закономерностями и параметрами характеризующими теч

Русский

2013-05-02

298.5 KB

6 чел.

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №4М

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ТЕЧЕНИИ ВОЗДУХА В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ТРУБКЕ

ВВЕДЕНИЕ

Цель данной лабораторной работы заключается в ознакомлении студентов с основными закономерностями и параметрами, характеризующими течение жидкостей или газов в трубах, а также в приобретении знаний и навыков, необходимых для вычисления этих параметров из экспериментальных данных.

. ТЕОРИЯ

Жидкость (газ), протекающая по трубе, преодолевает силу трения, обусловленную вязкостью. Наличие касательных напряжений обращает в нуль скорость на стенке и тормозит вышележащие слои жидкости. В результате ее энергия уменьшается и давление падает. Разность давлений Δр в начальном и конечном участках трубопровода принято называть сопротивлением этого участка.

Сопротивление трубопровода непосредственно связано с мощностью N, потребляемой для перекачки жидкости (газа), соотношением

где Q - объемный расход жидкости (газа) в единицу времени. Таким образом, для определения затрачиваемой мощности необходимо знать сопротивление

трубопровода.

Величина сопротивления определяется:

- кинетической энергией жидкости,

- геометрическими размерами трубопровода,

- природой жидкости и характером течения,

- состоянием стенок трубопровода.

Многочисленные эксперименты показали, что для прямолинейного горизонтального участка трубопровода справедлива формула

Коэффициент сопротивления λ, является важнейшим техническим параметром в задачах прикладной гидродинамики. Он зависит от природы жидкости, характера течения в трубопроводе и состояния стенок. Характер этой зависимости может быть выявлен на основе использования законов подобия.

Стационарное изотермическое течение несжимаемой вязкой жидкости в отсутствие внешних сил описывается уравнением Навье-Стокса в виде

Подобие течений означает тождественность решений относительно безразмерных переменных. Оно имеет место при геометрическом подобии и равенстве соответствующих коэффициентов в уравнении (1.4). Безразмерный параметр        называют числом Рейнольдса Re, а безразмерный параметр называют числом Маиевского М, которое с точностью до показателя адиабаты совпадает с числом Маха.

В связи с этим для гладких горизонтальных труб в установившемся режиме движения жидкости при скоростях, значительно меньших скорости звука, коэффициент сопротивления А зависит только от числа Рейнольдса

Для труб с шероховатыми стенками λI зависит также от безразмерного параметра относительной шероховатости стенок ε, определяемого соотношением

Потери давления в трубах могут иметь место не только за счет касательных напряжений. Давление может падать и в результате действия нормальных напряжений в местных сопротивлениях: местах изгибов труб, при изменении их сечений и т.д. Местное сопротивление характеризуется коэффициентом местного сопротивления ξ, и определяется по формуле

Значения ξ, для разных видов местных сопротивлений даны в справочниках. Если местные сопротивления расположены достаточно далеко друг от друга, так что их взаимным влиянием можно пренебречь, то сопротивление трубопровода определяется как сумма сопротивлений его отдельных участков, т.е.

Уменьшение коэффициента сопротивления с увеличением числа Рейнольдса обусловлено уменьшением влияния вязкости на характер течения; при этом по своим свойствам жидкость (газ) приближается к идеальной.

Эксперименты показывают, что в режимах течения, соответствующих числам Рейнольдса больше критического (для гладкой цилиндрической трубы Reкp » 2300), сопротивление скачком возрастает, что соответствует реализации в трубе турбулентного режима течения. Из экспериментальных данных известно, что характер зависимости λ=f(Re) при Re > 2300 оказывается весьма сложным и во всем интервале изменения чисел Re ее нельзя представить в виде

с постоянным для всех Re показателем степени т.

Существуют многочисленные эмпирические формулы для определения λ при турбулентном течении жидкости (газа) в трубе. Широко используется формула Блазиуса

Эта формула справедлива в диапазоне 2,3 103 < Re <105. Она не имеет теоретического обоснования и является приближенной. Наиболее теоретически обоснованной является формула Никурадзе, определяющая коэффициент сопротивления, исходя из логарифмического профиля скоростей

это соотношение справедливо в диапазоне чисел Рейнольдса 4 103  < Re <3,2 106

. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Принципиальная схема экспериментальной установки

Рис. 2.1

1 - воздуходувка, 2 - вентиль, 3 - расходомер, 4 - цилиндрическая трубка, 5 - наклонный манометр (рабочая жидкость — вода)

Для определения коэффициента сопротивления цилиндрической трубки заданных размеров необходимо измерить ее сопротивление Δр при фиксированном значении расхода Q или средней скорости υ .

Измерения проводятся на экспериментальной установке, принципиальная схема которой представлена на рис.2.1.

Поток воздуха в цилиндрической трубке 4 диаметром d создается с помощью воздуходувки 1. Сильфонный вентиль 2 позволяет регулировать расход газа через трубку. Измерение расхода осуществляется с помощью расходомера 3 барабанного типа. Сопротивление участка трубки длиной L измеряется с помощью дифференциального наклонного манометра 5. Участок трубки А1А2 имеет длину порядка двадцати диаметров и является «разгонным» участком. Опытные данные показывают, что на таких расстояниях от начального сечения трубки профиль скорости является практически сформировавшимся и остается постоянным вдоль ее длины.

Время измерения расхода воздуха регистрируется секундомером.

. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

3.1. задание

Изучить руководство по выполнению лабораторной работы и усвоить порядок ее выполнения, измерить расходы воздуха в цилиндрической трубке при различных значениях сопротивления известного участка трубки, вычислить коэффициенты сопротивления гладкой трубки в различных режимах течения и определить ошибки измерения.

3.2. проведение ИЗМЕРЕНИЙ

3.2.1. По барометру-анероиду и ртутному термометру зарегистрировать рабочие условия измерений: давление и температуру.

3.2.2. Проверить, закрыт ли сильфонный вентиль 2. Включить воздуходувку 1. Проверить установку нулевого показания манометра.

3.2.3. Плавно открывая вентиль 2, установить заданное число делений на шкале наклонного манометра. Определить время, в течение которого через трубку пройдет количество газа при заданном Δр.

3.2.4. Зарегистрировать сопротивление участка трубки при фиксированном расходе по показаниям наклонного манометра.

Измерения расхода воздуха и сопротивления провести при положениях вентиля 2, соответствующих значениям Δр.


. ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе нами была изучена зависимость коэффициента сопротивления λ при течении в воздухе последовательно в трех цилиндрических трубках разного диаметра и различной степенью обработки внутренней поверхности стенок. Зависимость была получена как для значений числа Рейнольдса как ниже критического, так и выше критического (при ламинарном и турбулентном дижении).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17786. Координатна вісь, або одновимірний простір 2.03 MB
  ЛЕКЦІЯ 1 Координатна вісь або одновимірний простір Візьмемо пряму лінію і задамо на ній додатний напрям звичайно його показують стрілкою. Тоді протилежний напрям буде від'ємним. Напрямлена пряма називається віссю. Якщо на осі вибрати довільну точку обліку О і масшт...
17787. Визначник і мінори матриці 78.8 KB
  Визначник і мінори матриці Розглянемо квадратну матрицю А = Квадратній матриц і можна поставити у відповідність певне число яке називається детермінантом або визначником матриці. Детермінант матриці позначається так: det A= Детермінант так само як і матриці має ...
17788. Символы и строки в ANSI C 531.4 KB
  Целью данной лабораторной работы является изучение на практике строк языка ANSI C, операции над строками, функций стандартной библиотеки по работе со строками.
17789. Лінійний простір 5.92 MB
  Лекція 2. Лінійний простір Векторний простір називається лінійним якщо у ньому визначено операції над векторами додавання і множення на число. Проте лінійний простір може бути утворений обєктами будьякої природи. Нехай Е дана множина і x y z її елементи; К мно
17790. Скалярний добуток двох векторів 332.87 KB
  Лекція 4. Скалярний добуток двох векторів Добуток двох векторів може бути як числом так і вектором. Для наочних просторів скалярним добутком двох векторів і називається число що дорівнює добутку їхніх довжин на косинус кута між ними: У nвимірному просторі ск
17791. Векторний добуток двох векторів 2.87 MB
  Лекція 5. Векторний добуток двох векторів Векторним добутком двох векторів і називається вектор такий що: а де; 2.60 б і ; в якщо то вектори утворюють праву трійку. Упорядкована трійка некомпланарних векторів називається правою якщо з кін
17792. СИСТЕМИ ЛІНІЙНИХ АЛГЕБРАЇЧНИХ РІВНЯНЬ 71.09 KB
  Лекція 6. СИСТЕМИ ЛІНІЙНИХ АЛГЕБРАЇЧНИХ РІВНЯНЬ Лінійні алгебраїчні рівняння. Теорема Кронекера Капеллі Нехай задано систему лінійних рівнянь в якій коефіцієнти і вільні члени відомі а невідомі. Розвязати систему це означає знайти впорядкован
17793. Дробово-лінійна функція і її геометричний зміст 59.31 KB
  Лекція 8. Дробоволінійна функція і її геометричний зміст. Дробоволінійною називається функція Якщо с = 0 і d 0 то дробоволінійна функція називається цілою лінійною функцією. При adbc= 0 дробоволінійна функція є сталою величиною. Доведемо що при с0 і аd bс0 графіком др...
17794. Лінійні і квадратичні форми. Приведення квадратичної форми до канонічного вигляду 38.84 KB
  Лекція 9 Лінійні і квадратичні форми. Приведення квадратичної форми до канонічного вигляду. Лінійні форми Розглянемо nвимірний евклідів простір. Поставимо у відповідність до nвимірного вектора з цього простору певне дійсне число . Дістанемо числову функцію векторн