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.
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:
, 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.
, кг/м.
2. Занесли в протокол обработки результатов (табл.4) значения измеренных перепадов между полным и барометрическим давлением (для точек i=1…7):
Па.
- перепад уровня в дифманометрах в трубках полного давления (ТПД).
, Па.
3. Вычислили действительное значение разности между статическим и барометрическим давлениями:
Па,
где к=0,8 - поправочный коэффициент трубки статического давления (ТСД);
– перепад уровня в дифманометрах, в трубках статического давления (ТСД).
, Па.
4. Определили динамическое давление в точках сечений А-А и В-В:
Па,
где , Па;
, Па.
, Па.
5. Полагая поток несжимаемым, нашли величину скорости во всех исследованных точках потока по формуле:
, м/с.
, кг/м;
, Па.
, 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 |
|
Па | 235,4 | 235,4 | 235,4 | 235,4 | 235,4 | 235,4 | 235,4 |
|
Па | 39,24 | 7,85 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
|
Па | 196,2 | 227,6 | 235,4 | 235,4 | 235,4 | 235,4 | 235,4 | |
|
м/с | 18,1 | 19,5 | 19,8 | 19,8 | 19,8 | 19,8 | 19,8 | |
В-В |
|
Па | 235,4 | 251,1 | 266,8 | 266,8 | 258,9 | 258,9 | 258,9 |
|
Па | 78,5 | 24,5 | 6,9 | 4,9 | 4,9 | 4,9 | 4,9 | |
|
Па | 156,9 | 226,6 | 259,9 | 261,9 | 254,1 | 254,1 | 254,1 | |
|
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 |
|
Па | 235,4 | 235,4 | 219,7 | 219,7 | 219,7 | 219,7 | 204,1 |
|
Па | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
|
Па | 235,4 | 235,4 | 219,7 | 219,7 | 219,7 | 219,7 | 204,1 | |
|
м/с | 19,8 | 19,8 | 19,2 | 19,2 | 19,2 | 19,2 | 18,5 | |
В-В |
|
Па | 243,3 | 243,3 | 227,6 | 227,6 | 211,9 | 211,9 | 196,2 |
|
Па | 4,91 | 4,91 | 4,91 | 4,91 | 4,91 | 4,91 | 4,91 | |
|
Па | 238,4 | 238,4 | 222,7 | 222,7 | 206,9 | 206,9 | 191,3 | |
|
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 | Па | 204,1 | 188,4 | 188,4 | 172,7 | 172,7 | 156,9 | 141,3 | |
Па | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4,1 | ||
Па | 204,1 | 188,4 | 188,4 | 172,7 | 172,7 | 156,9 | 137,2 | ||
м/с | 18,5 | 17,8 | 17,8 | 16,9 | 16,9 | 16,2 | 15,1 | ||
В-В | Па | 188,4 | 149,1 | 149,1 | 172,7 | 172,7 | 141,3 | 125,6 | |
Па | 4,9 | 4,9 | 4,9 | 9,8 | 9,8 | 9,8 | 11,8 | ||
Па | 183,5 | 144,2 | 144,2 | 162,9 | 162,9 | 131,5 | 113,8 | ||
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 | Па | 133,4 | 133,4 | |
Па | 9,81 | 39,2 | ||
Па | 123,6 | 94,2 | ||
м/с | 14,4 | 12,6 | ||
В-В | Па | 109,9 | 102,02 | |
Па | 9,81 | 9,81 | ||
Па | 100,1 | 92,2 | ||
м/с | 12,9 | 12,4 |
6. Графики распределения скорости в сечениях А-А и В-В.
Рисунок 2 – График распределения скорости в сечении А-А
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:
Нашли среднее значение скорости в сечении В-В, применяя формулу выше.
Изобразили эти средние значения скорости на графиках распределения скоростей.
8. Нашли значение и в сечениях А-А и В-В:
,
где ;
.
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 |
|
18,1 | 19,5 | 19,8 | 19,8 | 19,8 | 19,8 | 19,8 | 19,8 | 19,8 |
|
0,9 | 0,98 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
|
0,04 | 0,08 | 0,12 | 0,16 | 0,21 | 0,25 | 0,29 | 0,33 | 0,37 | |
В-В |
|
16,2 | 19,5 | 20,9 | 20,9 | 20,6 | 20,6 | 20,6 | 19,96 | 19,96 |
|
0,77 | 0,93 | 0,99 | 1 | 0,99 | 0,99 | 0,99 | 0,95 | 0,95 | |
|
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 |
|
19,2 | 19,2 | 19,2 | 19,2 | 18,5 | 18,5 | 17,8 | 17,8 | 16,9 |
|
0,97 | 0,97 | 0,97 | 0,97 | 0,93 | 0,93 | 0,89 | 0,89 | 0,86 | |
|
0,41 | 0,45 | 0,49 | 0,53 | 0,57 | 0,62 | 0,66 | 0,69 | 0,74 | |
В-В |
|
19,3 | 19,3 | 18,6 | 18,6 | 17,9 | 17,5 | 15,5 | 15,5 | 16,5 |
|
0,92 | 0,92 | 0,89 | 0,89 | 0,85 | 0,84 | 0,74 | 0,74 | 0,79 | |
|
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 |
|
16,9 | 16,2 | 15,2 | 14,4 | 12,6 |
|
0,86 | 0,82 | 0,76 | 0,73 | 0,63 | |
|
0,78 | 0,82 | 0,86 | 0,9 | 0,94 | |
В-В |
|
16,5 | 14,8 | 13,8 | 12,9 | 12,4 |
|
0,79 | 0,71 | 0,66 | 0,62 | 0,6 | |
|
0,78 | 0,82 | 0,86 | 0,9 | 0,94 |
9. Графики зависимости от для каждого сечения.
Рисунок 4 – Эпюра скорости на входе в криволинейный канал
Рисунок 5 – Эпюра скорости на выходе в криволинейный канал
поток неподвижный канал потери энергия
10. Определили среднее значение динамического давления на входе в канал:
Па .
.
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:
, Па.
Полученные значения и являются приближенными. Для нахождения более точных значений необходимо произвести измерения в нескольких сечениях по высоте канала.
12. Нашли потери полного давления в канале:
.
13. Вычислили коэффициент потерь энергии криволинейного канала:
.
;
14. Вычислили потери полного давления по экспериментальным данным.
,
где
;
- линейный коэффициент сопротивления трения участка;
м
м/с – кинематическая вязкость
Па
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.