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

53035. Узагальнення та систематизація знань та умінь за темою «Формули скороченого множення» 43 KB
  Остроградськоговиставка книг із бібліотечного фонду школи із серії Цікава математикапереносна дошка Хід уроку Вчитель математики: Увага Увага Дорогі друзі Вітаймо день осінній цей Карбуймо в пам’яті цей час Бо в мить оцю в оцю хвилину Форт Буайяр чекає нас. Вчитель фізичної культури: Клас для проведення уроку фізичної культури та уроку математикишикуйсь проводить розминку в кінці якої учні сідають на лавки Вчитель математики формулює мету уроку і вказує на необхідність його проведення.Актуалізація опорних знань:...
53036. Інтелектуально – пізнавальна гра: «Колесо фортуни» 63.5 KB
  На запитання на яке учасник не дає правильної відповіді пропонується відповісти будькому бажаючому бажано тому хто має найменшу кількість балів. Хтось дівчинку цю по дорозі зустрів. Як казка ця зветься Хто б відповів Червоний Капелюшок 3. Хто такі мариністи художники які малюють море 2.
53038. Опрацювання зображень засобами програми Photo Express 1.03 MB
  Мотивація навчальної діяльності Зараз використовується багато графічних редакторів за допомогою яких можна самостійно створювати графічні зображення та вносити зміни до відсканованих картинок малюнків фотографій перенесених із цифрової камери тощо. За допомогою Photo Express можна відкривати та редагувати фотографії а також малювати додавати текст створювати різноманітні ефекти зберігати і друкувати зображення. Програма має багато готових шаблонів які містять текст зображення рамки фон з якими можна почати працювати. Вибрати...
53039. Фотография урока русского языка 47.5 KB
  Мотивации и стимулирования; информационнорецептивные; эвристические волевые методы Фронтальная индивидуальная Указаны планируемые результаты чётко поставлены образовательные и развивающие цели сформулированные вместе с учащимися в их действиях но нет чёткости в постановке воспитательных целей. Лекция диалог символические методы сочетание словесных и наглядных методов опора на личностный опыт побуждение к поиску альтернативных решений практические методы логические методы Фронтальная индивидуальная Активные действия учащихся при...
53041. Фотосинтез 556.5 KB
  За казкою Фарида Алекперова Про що ця казка Ви вже здогадалися Так про процес фотосинтезу. Вивчення нового матеріалу Історія вивчення фотосинтезу Міні – доповіді учнів У 1630 році голландський лікар Ян Гельмонт хотів довести що рослини харчуються за допомогою землі і тому проводив дослід: верба що росте в горщику і поливається водою за 5 років збільшила вагу на 74 кг а вага...
53042. Сочинение по картине И.И. Левитана «Золотая осень» 29 KB
  Левитана Золотая осень Цель. Какое время года сейчас Осень . А какая осень Ранняя Чем ранняя осень отличается от поздней Ранней осенью природа богата разнообразными красками. Пушкина и скажите при помощи чего изображена осень Унылая пора Очей очарованьеПриятна мне твоя прощальная краса Люблю я пышное природы увяданьеВ багрец и золото одетые леса.
53043. Части тела 29.5 KB
  В данном уроке я буду использовать телепередачу «Funny English – части тела». А именно: считалочку на английском языке, которую сочинили Энн и Сэм, мы заучим с ребятами и с помощью данной считалочки мы выберем того человека, который будет проводить физ.минутку.