Експериментальна аерогідродинаміка та гідравліка - Учебное пособие

Незважаючи на успіхи в розробці теоретичних методів, аерогідромеханіка, по суті, залишається наукою експериментальною. В аеродинамічному експерименті широко застосовуються прийоми візуалізації потоку, які дозволяють, зробивши потік "видимим", вивчати його характерні деталі. Для дослідження розподілу тиску на поверхні тіла використовується метод дренованих моделей, а для знаходження аеродинамічних характеристик тіл - метод терезів.Гідродинамікою називається розділ механіки рідини, у якому вивчаються закони її руху. Потік реальної рідини характеризують швидкістю, дотичними напруженнями та тиском у різних точках простору, зайнятого рідиною. Усталений рух не змінюється з часом, тобто це рух, при якому тиск і швидкість є функціями лише просторових координат: Витратою рідини називається кількість рідини, яка протікає через поперечний переріз потоку за одиницю часу. Середньою швидкістю V рідини у поперечному перерізі потоку з площею F називається фіктивна, однакова для всіх точок перерізу, швидкість У загальному випадку повний запас механічної енергії в довільному перерізі можна виразити співвідношенням де z-енергія положення частинок рідини, або геометрична висота розміщення перерізу над лінією відліку висот;-енергія тиску або пєзометричний напір; - швидкісний напір або питома кінетична енергія;-коефіцієнт кінетичної енергії (коефіцієнт Коріоліса), який залежить від характеру нерівномірності швидкості в поперечному перерізі: ДЕU - дійсна швидкість частинок рідини (рис.1).Гідродинамічна установка для демонстрації рівняння Бернуллі (рис.3) складається з довгого, горизонтально розташованого трубопроводу змінного перерізу зі змонтованими на ньому місцевими опорами (звуження, розширення, кран, коліно і т.п.). Вода в трубу подається з напірного бака 1. Під час проведення експерименту в баці постійно забезпечується збереження постійного рівня води. Виберемо вісь труби за лінію відліку висот. Під час проведення досліду необхідно підтримувати постійним діючий напір.Вимірювання швидкостей рідини, яка тече в трубах і каналах, можна виконати різними методами. У лабораторній практиці з цією метою застосовують прилади, принцип дії котрих грунтується на вимірюваннях повного та статичного тисків. Якщо в потік помістити зігнуту під прямим кутом тонку трубку d і направити відкритий її кінець назустріч потоку, розмістивши приймальний отвір у точці вимірювання А, а другий кінець зєднати з атмосферою, то в такій трубці (трубці повного напору) рідина піднімається на таку висоту н2, що тиск P2=g н2, створений стовпцем рідини у трубці, зрівноважить повний тиск потоку: Рис.4. Різниця рівнів рідини у трубках Dн=н2-н1 дає можливість визначити величину швидкості в точці вимірювання, тобто в точці А. Він складається з двох концентрично розміщених трубок, з яких центральна передає на одне із колін диференційного манометра повний напір, а через отвори, зроблені на боковій поверхні другої, зовнішньої, трубки, через щілину між трубками передається на друге коліно манометра статичний тиск.МЕТА РОБОТИ: Засвоїти методику вимірювання швидкості рідини за допомогою трубки Піто. Засвоїти методику вимірювання витрат рідини в трубі за допомогою трубки Вентурі. На щиті пєзометрів: пєзометр 7 - трубка для вимірювання повного напору (трубка Піто); пєзометр 6 призначений для вимірювання статичного тиску в цьому перерізі; пєзометри 3 і 4 - для вимірювання статичних тисків у двох перерізах трубки Вентурі. Відкрити крани ІІ і V (рис.3) та встановити стабільний рух рідини в трубі. Записати до протоколу покази пєзометрів 3, 4, 6, 7, обємним способом (за допомогою мірного бачка та секундоміра) тричі виміряти витрати рідини при заданому установленому режимі руху.Дослідження механізму руху вязкої рідини приводять до висновку про наявність двох різних його режимів, що якісно відрізняються один від одного. Характер руху рідини можна спостерігати, пропускаючи її через прозору скляну трубку і підфарбувавши центральну струминку потоку чорнилом, питома вага якого повинна приблизно дорівнювати питомій вазі води в трубі (Рис.6). Якщо швидкість течії в трубі повільно збільшувати, то деякий час характер руху рідини зберігається, але потім, при відносно більших швидкостях, характер потоку починає змінюватись, про що свідчить зміна виду підфарбованої струминки, яка з прямолінійної перетворюється у хвилясту. Перехід від ламінарного до турбулентного режиму й навпаки відбувається при цілком визначених для заданої труби швидкостях Vk1 та Vk2, де Vk1 - нижня критична швидкість, а Vk2 - верхня. На характер руху рідини (режим руху), окрім швидкості, істотно впливають фізичні властивості рідини (вязкість, густина), а також форма та розміри поперечного перерізу потоку.МЕТА РОБОТИ: Вивчити режими руху води у скляній трубі. Дослідним шляхом визначити значення чисел Re при ламінарному й турбулентному режимах. Установка для дослідження режимів руху рідини (рис.7) складається з напірного бака V і скляної труби І. За допомогою кранів ІІ і ІІІ установити стаціонарний рух води в трубі

Зміст

1. Гідродинаміка

1.1 Короткі теоретичні відомості з гідродинаміки

1.1.1 Лабораторна работа. Демонстрація рівняння бернуллі

1.2 Вимірювання швидкостей та витрат рідини

1.2.1 Лабораторна работа 2. Методи вимірювання швидкості та витрати рідини

1.3 Режими руху рідини

1.3.1 Лабораторна работа 3. Дослідження режимів руху рідини

1.4 Дослідження гідравлічного опору труб

1.4.1 Лабораторна работа. Визначення коефіцієнта опору тертя

1.5 Дослідження місцевих опорів

1.6 Методика експериментального визначення коефіцієнтів місцевих опорів

1.6.1 Лабораторна работа. Визначення коефіцієнта місцевого опору