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

5 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

23396. ПОВЕРКА АВТОМАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО МОСТА 280.87 KB
  Показания Сопротивление Показания образцового Абсолютная погрешность Абсолютная прибора по градуировоч прибора Ом моста Ом вариация оС ной таблице Ом Прямой R1 Обратный R2 Прямой 1 Обратный 2 V Ом 0 46 4561 4556 039 044 005 40 5316 5278 5277 038 039 001 80 60463 5996 5995 0503 0513 001 120 6752 6697 6695 055 057 002 160 7452 7383 7395 069 057 012 200 8143 8075 808 068 063 05 1= Rt– Rt1 ...
23397. Моделювання систем в середовищі MATLAB + Simulink +Stateflow 540.5 KB
  НАВЧАЛЬНОМАТЕРІАЛЬНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ наочні посібники схеми таблиці ТЗН та інше Діапроектор дидактичні слайди НАВЧАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ Вступ Моделювання систем в середовищі MATLAB Simulink Stateflow Одной из перспективных концепций в явном или неявном виде реализуемой в настоящее время для решения задач анализа и разработки сложных систем является концепция создания универсальной моделирующей среды. Система моделирования реализующая эту концепцию должна отвечать следующим требованиям: четко выделенная модульность структуры;...
23398. Уніфікована мова моделювання UML 125 KB
  підпис прізвище €œ ____ €œ _____________ 2011 року ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 8 з навчальної дисципліни __моделювання комп’ютерних мереж напряму підготовки _______інформаційні технології________ освітньокваліфікаційного рівня ____cпеціаліст_____________ спеціальності _____ ком’пютерні системи та мережі_________ Тема Уніфікована мова моделювання UML повна назва лекції Лабораторне заняття №8 розроблено стар. ПЛАН ПРОВЕДЕННЯ ЗАНЯТТЯ ТА РОЗРАХУНОК ЧАСУ Вступ...
23399. Методи штучного інтелекту 326 KB
  підпис прізвище €œ ____ €œ _____________ 2011 року ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 9 з навчальної дисципліни __моделювання комп’ютерних мереж напряму підготовки _______інформаційні технології________ освітньокваліфікаційного рівня ____cпеціаліст_____________ спеціальності _____ ком’пютерні системи та мережі_________ Тема Методи штучного інтелекту повна назва лекції Лабораторне заняття №8 розроблено стар. вчена ступінь та звання прізвище та ініціали автора Обговорено на засіданні...
23400. Етапи моделювання систем 80 KB
  То же самое можно сказать и о моделировании. Конечный этап моделирования принятие решения на основании знаний об объекте. Цепочка выглядит следующим образом: Прототип объект процесс Моделирование Принятие решения Моделирование творческий процесс. Содержание этапов определяется поставленной задачей и целями моделирования.
23401. Системи і проблеми 267 KB
  Системы и проблемы. Методы системного анализа Понятие системы тесно связано с понятием проблемы. Любую проблему можно представить как отражение процесса функционирования реальной физической системы естественного или искусственного происхождения в которой при контролируемом входном воздействии создаваемая выходная реакция отличается от требуемой реакции. Первый из них связан с более глубоким познанием действующей системы и направлен на ее развитие эволюцию прежде всего в плане коррекции совершенствования общего процесса ее...
23402. Імітаційне моделювання 78 KB
  Етапи процесу побудови математичної моделі складної системи Формулируются основные вопросы о поведении системы ответы на которые мы хотим получить с помощью модели. Из множества законов управляющих поведением системы выбираются те влияние которых существенно при поиске ответов на поставленные вопросы. В пополнение к этим законам если необходимо для системы в целом или отдельных ее частей формулируются определенные гипотезы о функционировании. Трудности при построении математической модели сложной системы: Если модель содержит много...
23403. Імітаційне моделювання систем масового обслуговування 162.5 KB
  вчена ступінь та звання прізвище та ініціали автора Обговорено на засіданні кафедри ПМК Протокол № __________ €œ ____ €œ _____________ 2011 року Київ Навчальні цілі: Вивчення основних понять моделювання ознайомлення з поняттями системи та моделі співвідношенням між моделлю та системою класифікацією моделей видами моделей технологію моделювання; Виховні цілі: Формування у студентів інженернотехнічного кругозору методами імітаційного моделювання для побудови комп’ютерних систем та мереж вміння ставити та вирішувати складні...
23404. Етапи розробки комп’ютерної імітаційної моделі системи 162 KB
  НАВЧАЛЬНОМАТЕРІАЛЬНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ наочні посібники схеми таблиці ТЗН та інше Діапроектор дидактичні слайди НАВЧАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ Етапи розробки імітаційної моделі системи Независимо от способа исходного описания исследуемой системы и внешней среды следует выделить следующие этапы создания ИМ в обобщенном виде представленные на рис. Составление содержательного описания объекта моделирования включая: определение объекта имитации как системы; определение целей моделирования; установление перечня количественных показателей эффективности...