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

50456. Объектно-ориентированное программирование. Методические указания 298.5 KB
  Возвращаемое значение - объект FormattedString который содержит копию nCount символов, начиная с индекса 0. Возвращаемый объект CString может быть пустым. Параметры nCount - количество символов, подлежащих копированию.
50458. Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона. Ознакомление с явлением интерференции в тонких прозрачных пластинках 39 KB
  Минимум освещенности темное кольцо 3 Как связаны величины с радиусом линзы R и радиусами колец rk Из рис. видно: Учитывая малость величины R и разлагая в ряд получим: Таким образом оптическая разность хода между двумя интерферирующими лучами равна: 4 Принимая во внимание условие интерференции 3 получим для темных колец Аналогично можно найти и для радиусов светлых колец.
50459. Определение показателя преломления плоско-параллельной пластинки при помощи микроскопа 39.5 KB
  Цель работы: изучение законов геометрической оптики применение закона преломления для определения коэффициента преломления прозрачных объектов. 3 синус угла падения i относится к синусу угла преломления r как скорость света в первой среде относится к скорости света во второй среде Последний закон говорит о том что свет распространяется в различных средах с разной скоростью. Для двух данных сред и для луча данной длины волны отношение скорости света в среде 1 к скорости света в среде 2 или...
50460. Определние разрешающей способности и числовой апертуры микроскопа 74 KB
  Цель работы: ознакомиться с устройством микроскопа принципом действия и основными характеристиками. Введение Теория микроскопа. Основными оптическими частями простейшего микроскопа являются рис.
50461. Изучение сферических линз 79 KB
  Для тонких линз верна формула: 1 где d и расстояния предмета и его изображения от оптического центра линзы; n показатель преломления линзы относительно среды в которой она находится; R1 и R2 радиусы кривизны поверхностей ограничивающих линзу. Оптическим центром О линзы называется точка проходя которую лучи не изменяют своего направления. Плоскость перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через центр оптический называется главной плоскостью линзы. Величина постоянная для данной линзы называется оптической...
50462. Измерение высоких температур с помощью оптического пирометра с исчезающей нитью 75.5 KB
  Поток световой энергии падающий на поверхность непрозрачного тела частично отражается частично входит внутрь тела и поглощается. Поэтому тела поглощающие лучи нагреваются. Предположим что в теплообмене участвуют тела образующие замкнутую систему окруженную адиабатической оболочкой т.
50463. Дифракция на щели и на решетки 98.5 KB
  Распределение интенсивности от N источников света. В действительности как известно нельзя создать даже двух одинаковых источников света. Поместим пластинку Р которая состоит из прозрачных и непрозрачных промежутков на пути параллельного пучка света даваемого одним источником. Сколько же света будет в точке наблюдения Р до которой доходят лучи от N прозрачных промежутков и распространяющихся под углом  к оси Ответ на этот вопрос дает формула 12.