Рефетека.ру / Физика

Лабораторная работа: Исследование потока в неподвижном криволинейном канале


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

Кафедра холодильной техники и технологий

(ХТиТ)


ОТЧЕТ

о лабораторной работе по дисциплине «Газовая динамика»

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТОКА В НЕПОДВИЖНОМ КРИВОЛИНЕЙНОМ КАНАЛЕ»


Казань 2008

Цель работы: ознакомление с методами экспериментального исследования потока в неподвижных каналах; определение потерь механической энергии при движении потока в неподвижных каналах.

Экспериментальная установка

Экспериментальная модель представляет собой плоский криволинейный канал квадратного поперечного сечения с углом изогнутости оси 90° (рисунок 1). Для возможности визуального исследования потока верхняя стенка модели выполнена из прозрачного материала.


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

а) б)

Рисунок 1 – Схема исследуемого канала (а, б)


С помощью фланца модель криволинейного канала крепится к всасывающему патрубку вентилятора. Для предотвращения всасывания в вентилятор посторонних предметов в выходном сечении канала, установлена металлическая сетка.

Визуальное исследование потока в канале производится с помощью шёлковых нитей, закреплённых на конце металлического прутка. Ввод нитей в исследуемую зону потока осуществляется через входное отверстие криволинейного канала.

Экспериментальные данные

Экспериментальные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Протокол измерений

сечение

Измеряемая величина,

мм вод. cт.

№ точки


1 2 3 4 5 6 7
А-А Dh* 4 0,8 0 0 0 0 0

Dh 30 30 30 30 30 30 30
В-В Dh* 8 2,5 0,7 0,5 0,5 0,5 0,5

Dh 30 32 34 34 33 33 33
В, мм. рт.ст. 750
t,°C 18

Таблица 1 - продолжение

сечение

Измеряемая величина,

мм вод. cт.

№ точки


8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
А-А Dh* 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,5 1 4

Dh 30 30 28 28 28 28 26 26 24 24 22 22 20 18 17 17
В-В Dh* 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 1 1,2 1 1

Dh 31 31 29 29 27 27 25 24 19 19 22 22 18 16 14 13
В, мм. рт.ст. 750
t,°C 18

Обработка результатов

1. Учитывая небольшое различие в величинах статических давлений в точках 1-23 сечений А-А и В-В и барометрического давления, приняли одинаковое значение плотности воздуха во всех исследованных точках:


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, кг/м3,


где R = 287 Дж/(кгЧК) - газовая постоянная для сухого воздуха;

Т = (273 + t)=(273 + 18)=291 - температура потока, К;

В’ = В Ч133,332=750Ч133,332=99999 ,Па.


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, кг/м.


2. Занесли в протокол обработки результатов (табл.4) значения измеренных перепадов между полным и барометрическим давлением (для точек i=1…7):


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале Па.


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале - перепад уровня в дифманометрах в трубках полного давления (ТПД).


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, Па.


3. Вычислили действительное значение разности между статическим и барометрическим давлениями:


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале Па,


где к=0,8 - поправочный коэффициент трубки статического давления (ТСД);

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале – перепад уровня в дифманометрах, в трубках статического давления (ТСД).

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, Па.


4. Определили динамическое давление в точках сечений А-А и В-В:


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале Па,


где Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, Па;

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, Па.

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, Па.

5. Полагая поток несжимаемым, нашли величину скорости во всех исследованных точках потока по формуле:


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, м/с.


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, кг/м;

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, Па.


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, м/с.


Проделали с 1-5 пункты двух сечений и для всех точек. Полученные значения приведены в таблице 2.


Таблица 2 – Таблица обработки экспериментальных данных

сечение Вычисляемая величина Размерность № точки



1 2 3 4 5 6 7
А-А

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 235,4 235,4 235,4 235,4 235,4 235,4 235,4

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 39,24 7,85 0 0 0 0 0

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 196,2 227,6 235,4 235,4 235,4 235,4 235,4

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

м/с 18,1 19,5 19,8 19,8 19,8 19,8 19,8
В-В

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 235,4 251,1 266,8 266,8 258,9 258,9 258,9

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 78,5 24,5 6,9 4,9 4,9 4,9 4,9

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 156,9 226,6 259,9 261,9 254,1 254,1 254,1

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

м/с 16,2 19,5 20,9 20,9 20,6 20,6 20,6

Таблица 2 - продолжение

сечение Вычисляемая величина Размерность № точки



8 9 10 11 12 13 14
А-А

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 235,4 235,4 219,7 219,7 219,7 219,7 204,1

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 0 0 0 0 0 0 0

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 235,4 235,4 219,7 219,7 219,7 219,7 204,1

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

м/с 19,8 19,8 19,2 19,2 19,2 19,2 18,5
В-В

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 243,3 243,3 227,6 227,6 211,9 211,9 196,2

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 4,91 4,91 4,91 4,91 4,91 4,91 4,91

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 238,4 238,4 222,7 222,7 206,9 206,9 191,3

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

м/с 19,96 19,96 19,3 19,3 18,6 18,6 17,9

Таблица 2 - продолжение

сечение Вычисляемая величина Размерность № точки



15 16 17 18 19 20 21
А-А

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 204,1 188,4 188,4 172,7 172,7 156,9 141,3

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 0 0 0 0 0 0 4,1

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 204,1 188,4 188,4 172,7 172,7 156,9 137,2

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

м/с 18,5 17,8 17,8 16,9 16,9 16,2 15,1
В-В

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 188,4 149,1 149,1 172,7 172,7 141,3 125,6

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 4,9 4,9 4,9 9,8 9,8 9,8 11,8

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 183,5 144,2 144,2 162,9 162,9 131,5 113,8

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

м/с 17,5 15,5 15,5 16,5 16,5 14,8 13,8

Таблица 2 - продолжение

сечение Вычисляемая величина Размерность № точки



22 23
А-А

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 133,4 133,4

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 9,81 39,2

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 123,6 94,2

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

м/с 14,4 12,6
В-В

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 109,9 102,02

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 9,81 9,81

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Па 100,1 92,2

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

м/с 12,9 12,4

6. Графики распределения скорости в сечениях А-А и В-В.


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Рисунок 2 – График распределения скорости в сечении А-А


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Рисунок 3 – График распределения скорости в сечении В-В


7. Нашли среднее значение скорости в сечении А-А, применяя формулу трапеций для нахождения площади под графиком скорости:


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале


Нашли среднее значение скорости в сечении В-В, применяя формулу выше.


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале


Изобразили эти средние значения скорости на графиках распределения скоростей.

8. Нашли значение Исследование потока в неподвижном криволинейном канале и Исследование потока в неподвижном криволинейном каналев сечениях А-А и В-В:


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале,


где Исследование потока в неподвижном криволинейном канале;

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале.


Расчётные величины приведены в таблице 3.


Таблица 3 – Таблица обработки экспериментальных данных

сечение Вычисляемая величина номер точки


1 2 3 4 5 6 7 8 9

А-А

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

18,1 19,5 19,8 19,8 19,8 19,8 19,8 19,8 19,8

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

0,9 0,98 1 1 1 1 1 1 1

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале


0,04 0,08 0,12 0,16 0,21 0,25 0,29 0,33 0,37

В-В

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

16,2 19,5 20,9 20,9 20,6 20,6 20,6 19,96 19,96

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

0,77 0,93 0,99 1 0,99 0,99 0,99 0,95 0,95

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале


0,04 0,08 0,12 0,16 0,21 0,25 0,29 0,33 0,37

Таблица 3 - продолжение

сечение Вычисляемая величина номер точки


10 11 12 13 14 15 16 17 18

А-А

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

19,2 19,2 19,2 19,2 18,5 18,5 17,8 17,8 16,9

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

0,97 0,97 0,97 0,97 0,93 0,93 0,89 0,89 0,86

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

0,41 0,45 0,49 0,53 0,57 0,62 0,66 0,69 0,74

В-В

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

19,3 19,3 18,6 18,6 17,9 17,5 15,5 15,5 16,5

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

0,92 0,92 0,89 0,89 0,85 0,84 0,74 0,74 0,79

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

0,41 0,45 0,49 0,53 0,57 0,62 0,66 0,69 0,74

Таблица 3 - продолжение

сечение Вычисляемая величина номер точки


19 20 21 22 23

А-А

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

16,9 16,2 15,2 14,4 12,6

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

0,86 0,82 0,76 0,73 0,63

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

0,78 0,82 0,86 0,9 0,94

В-В

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

16,5 14,8 13,8 12,9 12,4

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

0,79 0,71 0,66 0,62 0,6

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

0,78 0,82 0,86 0,9 0,94

9. Графики зависимости Исследование потока в неподвижном криволинейном канале от Исследование потока в неподвижном криволинейном канале для каждого сечения.


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Рисунок 4 – Эпюра скорости на входе в криволинейный канал


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Рисунок 5 – Эпюра скорости на выходе в криволинейный канал

поток неподвижный канал потери энергия


10. Определили среднее значение динамического давления на входе в канал:


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале Па .

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале.


11. Принимая статическое давление на выпуклой стенке канала в сечениях А-А и В-В равным статическому давлению в точке 1, а на вогнутой - равным давлению в точке 23 и учитывая равенство полного и статического давлений на стенках канала, определили для этих сечений среднее значение разностей:


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале, Па.

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале


Полученные значения Исследование потока в неподвижном криволинейном канале и Исследование потока в неподвижном криволинейном канале являются приближенными. Для нахождения более точных значений необходимо произвести измерения в нескольких сечениях по высоте канала.

12. Нашли потери полного давления в канале:


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале.


13. Вычислили коэффициент потерь энергии криволинейного канала:


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале.

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Исследование потока в неподвижном криволинейном каналеИсследование потока в неподвижном криволинейном канале;

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале


14. Вычислили потери полного давления по экспериментальным данным.


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале,

где


Исследование потока в неподвижном криволинейном канале ;

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале - линейный коэффициент сопротивления трения участка;

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале м

Исследование потока в неподвижном криволинейном каналем/с – кинематическая вязкость

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Исследование потока в неподвижном криволинейном канале

Исследование потока в неподвижном криволинейном каналеПа


Вывод: в ходе данной работы мы ознакомились с методами экспериментального исследования потока в неподвижных каналах, а также экспериментально определили коэффициент потери энергии установки и сравнили его с теоретическим.


Список использованной литературы


1. Газодинамика. Компрессорные и расширительные машины: Метод. указания к лаб. работам / Казан. гос. технол. ун-т; Сост.: А.А. Никитин, С.В. Визгалов. Казань, 2004. 44 с.

2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1975.- 559 с.

Рефетека ру refoteka@gmail.com