1.7. Методика проведення лабораторної роботи на лабораторному стенді для візуалізації потоку

1. Встановити досліджувану модель (циліндр).

2. На пульті управління включити тумблер живлення. При цьому запалиться сигнальна лампочка.

3. Включити тумблер люмінесцентних ламп освітлювачів.

4. Включити тумблер нагріву спіралі парогенератора. Перевірити включення по другій сигнальній лампочці і по свідченню вольтметра, яке не повинне бути більше 40 В.

5. Включити насос парогенератора одночасним натисненням пускових кнопок електродвигуна. Спостерігати за початком появи з трубок гребінки струменів добавки візуалізації.

6. Включити малу швидкість вентилятора і обертанням диска приводу заслінки вентилятора (розташований зліва, збоку столу установки) відрегулювати швидкість повітряного потоку в межах 0,5-1 м/с. Швидкість визначати візуально.

7. Сфотографувати картину обтікання досліджуваної моделі (циліндра).

1.8. Зміст звіту

1. Схема лабораторної установки для вимірювання циліндричними зондами та її стислий опис.

2. Таблиця параметрів експерименту та розрахункових величин.

3. Графіки залежності для різних чисел .

4. Схема аеродинамічної труби для візуалізації потоку та її стислий опис.

5. Фотографії картини обтікання циліндра.

6. Висновки що до результатів лабораторної роботи.

Контрольні запитання

1. Які cили діють на тіло, що обтікається потоком газу?

2. Число Рейнольдса. Фізичний смисл числа Рейнольдса.

3. Які способи візуалізації потоку існують?

4. Димовий спосіб візуалізації потоку. Переваги та недоліки.

2. Тарування пневмометричних зондів

2.1. Методи вимірювання швидкості потоку і конструкції пневмометричних зондів. Загальні положення

Для вимірювання швидкості потоку найбільш ширше застосовуються методи [1, 3, 4]:

пневмометричний − з використанням зондів і манометрів (величина швидкості обчислюється по зміряному тиску);

механічний − безпосередній вплив потоку на приймальний елемент приладу, яким можуть бути пропелери, вертушки та ін.;

кінематичний − вимірюванням швидкості руху частинок середовища, або візуальним визначенням швидкості руху частинок, що світяться або забарвлених частинок, в потоці;

оптичний, заснований на різниці коефіцієнтів заломлення в різних зонах потоку;

термоанемометричний, заснований на вимірюванні інтенсивності охолоджування в потоці чутливого елементу ;

акустичний − з використанням звукових хвиль.

Зі всіх перерахованих методів найбільше розповсюдження і значення в експериментальній газодинаміці має пневмометричний метод, заснований на вимірюванні тиску в точках поверхонь тіл, які обтікаються потоком, або вимірювання тиску в точках рухомого середовища. У першому випадку вимірювання тиску здійснюється з допомогою дренування стінки каналу або тіла, яке обтікається. У другому випадку тиск визначається в означених точках потоку вимірювальним приладом, внесеним в потік. Такі прилади мають назву пневмометричних насадків, або зондів. Присутність пневмозонда в мірному перетині не повинно помітно позначатися на структурі потоку в цьому перетині, що здійснимо лише при малих розмірах приймальної частини зонда.

Найпоширенішою конструкцією є Г образна конструкція насадка (див. рис. 2.1).

Рисунок 2.1

За допомогою конструкції насадка можливо вимірювати: повний тиск (рис.2.2 а), статичний тиск (рис.2.2 б), одночасно обидва тиски (повний і статичний) трубкою Піто-Прандтля (рис 2.2 г), кут потоку двоканальним кутомірним зондом (рис. 2.2 в). Об'єднує можливості описаних вище насадків (вимірювання повного, статичного тиску і кута потоку) − триканальний Г − образний зонд (рис. 2.2 е), а для специфічних випадків − циліндричний зонд (рис. 2.2 д). Однак ці зонди використовуються при наявності тарувальних характеристик в основному для плоских і циліндричних потоків.

Для визначення величини і напряму швидкості тривимірного потоку служать комбіновані п'ятиканальні зонди, приймальні частини яких показані на рис.2.2, ж. Користуватися ними можна також тільки за наявності тарувальних характеристик. Безпосередньо вимірюється з деякою невеликою погрішністю тільки кут відхилення вектора швидкості в одній площині. А кут в іншій, перпендикулярній, площини і тиск можуть бути визначені тільки розрахунком. Пояснюється це тим, що, як правило, насадок має одну вісь обертання при орієнтуванні і обтікається під довільним кутом. При обтіканні тіла на ньому є тільки одна точка, де тиск дорівнює тиску гальмування, і не більш двох точок із статичним тиском потоку. Очевидно, що збіг цих точок з дренажними отворами насадка в загальному випадку маловірогідний.

По статичному і повному тиску, а також по температурі гальмування визначається величина швидкості потоку. Правильність вимірювань перерахованими насадками в двовимірному потоці може бути забезпечена попереднім визначенням напряму вектора швидкості і установкою вздовж нього осі насадка. Умовою збігу його аеродинамічної осі з напрямом потоку є рівність тиску в обох приймальних отворах, підключених до трубок U-образного манометра.

Рисунок 2.2

При конструюванні пневмометричних зондів в першу чергу виникає задача визначення місць дренування їх на поверхні, де тиск відповідав би вимірюваному параметру потоку. Ця задача розв`язується шляхом розрахунку обтікання тіла, яке описується рівнянням руху в’язкісної рідини та рівнянням нерозривності.

В безрозмірному вигляді рівняння має форму:

,

де Р − тиск на поверхні тіла;

і − відповідно тиск та швидкість незбуреного потоку;

− коефіцієнт тиску;

− густина середовища.

У визначених точках поверхні тіла, форма яких найбільш застосовується при конструюванні пневмометричних зондів, коефіцієнт тиску має значення − та , тобто

(2.1)

(2.2)

З умови (2.1) тиск в точці поверхні тіла дорівнює сумі статичного та динамічного тисків незбуреного потоку. Така точка поверхні зветься точкою гальмування. За умови (2.2) дренаж на поверхні тіла вимірює статичний тиск незбуреного потоку. Таким чином, при проектуванні зондів визначеної форми ( циліндр, куля) важливо вказати координати точок дренування, де буде вимірюватися або тиск гальмування незбуреного потоку, або його статичний тиск.

Досвід показує, що погрішності вимірювання пневмонасадками залежать тільки від їх конструктивних особливостей і критеріїв подібності потоку, а тому погрішності можуть бути враховані шляхом введення поправочних коефіцієнтів. Ці коефіцієнти і визначаються в ході тарування зондів. Необхідно порівняти показники тарованого зонда з показниками еталонного. Тарування проводиться у вільному затопленому струмені повітря, статичний тиск в якому рівний барометричному, а напрям струменя і рівномірність поля швидкостей задаються конструкцією тарувального пристрою. У лабораторії кафедри турбінобудування є можливість підведення повітря від різних компресорів до аеродинамічного сопла, що створює струмінь з необхідними характеристиками.