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

23327. Проектирование этикеток 76.5 KB
  Лабораторная работа №8: Проектирование этикеток По дисциплине: Базы данных. Цели работы: научиться быстро проектировать этикетки; освоить технику разработки этикеток вывода этикеток на экран в файл; составить этикетку по теме самостоятельного проектирования. Задание: Определите структуру этикетки: база данных для этикетки; название этикетки; порядок размещения полей в этикетке; порядок размещения этикеток на листе; размер этикеток.
23328. Локальные сети. Структура стандартов IEEE 802.x 158.5 KB
  Стандарты семейства IEEE 802.х охватывают только два нижних уровня семиуровневой модели OSI — физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты, как для локальных, так и для глобальных сетей.
23329. Макросы. Создание макросов 36.5 KB
  Отчет по работе: Открыть таблицу CtrlF1: USE{SPACEBAR}table1{SPACEBAR}AGAIN{SPACEBAR}IN{SPACEBAR}0{ENTER} SELECT{SPACEBAR}Table1{ENTER} BROWSE{SPACEBAR}LAST{ENTER} Удалить таблицу CtrlF2: Remove{SPACEBAR}Table{SPACEBAR}table1{ENTER} Установить отношение между таблицами CtrlR: SET{SPACEBAR}RELATION{SPACEBAR}TO{SPACEBAR}фамилия{SPACEBAR}INTO{SPACEBAR}Table2{SPACEBAR}ADDITIVE{ENTER} Модифицировать отчёт CtrlM: MODIFY{SPACEBAR}REPORT{SPACEBAR} c: artamonov базы данных visual foxpro9 save artlab10 report1.frx {SPACEBAR}NOENVIRONMENT{ENTER}...
23330. Генератор прикладных программ 91 KB
  Цель работы: научиться создавать стандартные приложения с помощью генератора FoxApp. Задание: Перед началом работы создать отдельный каталог для файлов приложения. Выполните генерацию стандартного приложения создавая или указывая базу данных на шаге 1. Проверьте работу стандартного приложения: стандартный экран форма ввода кнопки управления; меню стандартного приложения.
23331. Интегрированная cреда FoxPro for Windows 39 KB
  Задание на лабораторную работу: Создайте на диске Х: каталог под именем FOXPRO для хранения примеров. Войдите в среду FoxPro. Ознакомьтесь с интерфейсом FoxPro: изучите систему главного меню пункты Файл Правка База Запись Программа Запуск Текст Окно; изучите способы выбора пунктов меню с помощью мыши комбинаций клавиш; повторите правила работы с окнами: закрыть открыть свернуть развернуть распахнуть переместить изменить размеры переключиться между окнами; ознакомьтесь с командами пунктов меню Окно и ; повторите...
23332. Создание структуры базы данных в СУБД FoxPro 166 KB
  Задание на лабораторную работу: Создайте структуру базы данных в соответствии с вашей темой расчетнографического задания. Изучите возможности среды СУБД FoxPro for Windows для создания структуры базы данных. Выполните просмотр содержимого базы данных.
23333. Сортировка и индексирование баз данных 244 KB
  Задание на лабораторную работу: Выполните сортировку по одному полю базы данных содержащей не менее 15 записей. Повторите сортировку для полей содержащих разные типы данных. Просмотрите результат сортировки в новой базе данных.
23334. Установка отношений между базами данных 233.5 KB
  Задание на лабораторную работу: Проверьте проект базы данных на предмет проектирования связей ключи первичные вторичные. В проекте базы данных предметной области выделите 23 связанные таблицы родственные таблицы. Просмотрите связанные базы данных на экране.
23335. Поиск информации в базах данных. Установка фильтров 453.5 KB
  Задание на лабораторную работу: Составьте не менее 10 логических выражений для поиска данных в базе данных. Выполните поиск данных с помощью команды Locate. Выполните стандартный поиск в индексированной базе данных.