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.





		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

h*

4

0,8

0

0

0

0

0



h

30

30

30

30

30

30

30

В-В

h*

8

2,5

0,7

0,5

0,5

0,5

0,5



h

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

h*

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0,5

1

4



h

30

30

28

28

28

28

26

26

24

24

22

22

20

18

17

17

В-В

h*

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



h

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/(кгК) - газовая постоянная для сухого воздуха; 

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

В’ = В 133,332=750133,332=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.