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/(кг×К) - газовая постоянная для сухого воздуха;
Т = (273 + t)=(273 + 18)=291 - температура потока, К;
В’
= В ×133,332=750×133,332=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
td>
|
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.