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

45947. Чугуны: классификация, маркировка, химический состав, механические и технологические свойства, применение 23.06 KB
  Чугуны нашли широкое применение в качестве машиностроительных материалов благодаря сочетанию высоких литейных свойств достаточной прочности износостойкости а так же относительной дешевизны. Чугуны используются для производства качественных отливок сложной формы станины станков корпуса приборов и т. В зависимости от того в какой форме присутствует углерод в сплаве чугуны подразделяются на белый серый ковкий высокопрочный и легированный обладающий особыми свойствами жаропрочностью антифрикционностью и т. Белые литейные чугуны.
45948. Конструкционные стали: классификация, маркировка, химический состав, механические и технологические свойства, применение 50.2 KB
  Конструкционные стали: классификация маркировка химический состав механические и технологические свойства применение. Широкое использование стали в промышленности обусловлено сочетанием комплекса механических физикохимических и технологических свойств. Сталью называются сплавы железа с углеродом и некоторыми другими элементами причем углерода в стали должно содержаться меньше 214 . Постоянными примесями в стали являются: кремний до 04 марганец до 08 сера до 005 фосфор до 005 и газы NOH и др.
45949. Инструментальные стали: классификация, маркировка, свойства, применение 24.34 KB
  Инструментальные стали: классификация маркировка свойства применение. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ. Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. Основные свойства которыми должны обладать инструментальны стали: износостойкость прочность при удовлетворительной вязкости теплостойкость прокаливаемость и хорошая обрабатываемость давлением и резанием.
45950. Статические и динамические испытания металлов: основные механические свойства и их определение 186.98 KB
  В этих испытаниях создаётся однородное напряжённое состояние по сечению образца причём доля нормальных напряжений является преобладающей поэтому эти испытания считаются жёсткими. Машины автоматически фиксируют величины приложенной нагрузки и изменение длины образца в виде диаграммы растяжения по которой производятся все необходимые расчеты. длинные образцы где F0 площадь сечения рабочей части образца. При этом необходимо соблюдать важное условие: заготовки не должны нагреваться до температуры 150С иначе изменится структура и свойства...
45951. Сплавы на основе меди: классификация, маркировка, свойства, применение 21.83 KB
  По техническим свойствам медные сплавы делятся на деформируемыеГОСТ1817578 и литейные ГОСТ61383; по способности к закалке термоупрочняемые и нетермоупрочняемые; по химическому составу на бронзы Cu другие элементы кроме Zn и латуни СuZn и другие элементы. Бронзы маркируются буквами Бр бронза и буквами и цифрами: буквы означают название элемента а цифры его количество в сплаве в процентах. Бронзы имеют более высокие по сравнению с латунями прочностные антифрикционные коррозионостойкие свойства но являются более...
45952. Сплавы на основе алюминия: классификация, маркировка, свойства, применение 16.94 KB
  Сплавы на основе алюминия: классификация маркировка свойства применение. Единой цифровой маркировки алюминиевых сплавов не существует деформируемые литейные и спеченные сплавы маркируются поразному. Деформируемые сплавы имеют буквенную и буквенноцифровую маркировку причем выбор букв и цифр производится случайным образом: сплав lSiCuMg обозначается АВ авиаль сплав lMn обозначается АМц а сплав LMg обозначается АМг. Для группы сплавов первые цифры после букв обозначают соответственно: 1сплавы упрочняемые Сu и Mg...
45953. Теория и технология термической обработки стали: виды, применение 13.64 KB
  Основными видами термической обработки являются: отжиг закалка и отпуск. Отжиг бывает полный неполный диффузионый рекристаллизационный и нормализа Закалка. Закалкавид термической обработки заключающийся в нагреве изделий с контролируемой скоростью1000С час до температуры АС330500С выше линии окончания фазовых переходов GS диаграммы железо углерод выдержке при этойтемпературе для выравнивания температуры по сечению и осуществления фазовых переходов Fe3C Feα Feγ и быстром охлаждении в воде или масле. Закалка бывает обычная...
45954. Пластмассы: состав, структура, классификация, свойства, применение 13.75 KB
  Полиэтилен со степенью полимеризации 20 предет собой жидкость обладающая смазывающими сввами. Полиэтилен со степенью полимеризации 2000 предет собой твердый пластичныйупругий металл испмый для изгния пленок. К не полярным относятся: полиэтилен второпласты орг. Полиэтилен.
45955. Каучук и резина: строение, состав, свойства, методы получения, применение 14.01 KB
  Особенно важным и спецким сввом каучука явлся его эластть упругость способть каучука восстанавливать свою первоначую форму после прекращения действия сил вызвавших деформацию. Резинами наз высоко молекулярный матл редко сетчатые стрры которые получают в резте вулканизации каучука с наполнителями. В состав входят: связующие в виде каучука естеств. сера в колве 13 которая служит для смешивания каучука наполнители в виде порошковой сожи материала ткани или другие волокнакапронмягчители парафин стеориновая кислота...