Рудиков Д.А. Практикум по гидравлике . В 7 ч. Ч. 4 Лоток гидравлический

Лабораторная работа № 4.05

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ОБТЕКАНИИ ТЕЛ РАЗЛИЧНОГО ПРОФИЛЯ

Цель работы: экспериментальное определение коэффициента лобового сопротивления тела. Определение наиболее удобообтекаемой формы и ориентации тела.

В работе необходимо:

–провести наблюдение за процессом обтекания твёрдого тела различной формы потоком жидкости при различных режимах её движения;

–сделать краткое описание явления обтекания твёрдого тела;

–определить коэффициент лобового сопротивления тела.

Основные теоретические положения

Законы движения твёрдых тел в жидкости (или обтекание жидкостью твёрдых тел) имеют важное значение для расчёта многих аппаратов, применяющихся при производстве строительных материалов. Знание этих законов позволяет не только более полно представить физическую сущность явлений, происходящих, например, при транспортировании бетонной смеси по трубопроводам, перемешивании различного рода масс, движении частиц при сушке и обжиге во взвешенном состоянии, но и более правильно и экономично сконструировать технологические агрегаты и установки, применяемые для этих целей.

При обтекании твёрдого тела потоком жидкости или при движении твёрдого тела в покоящейся жидкости возникают гидродинамические сопротивления. Эти сопротивления проявляются в непосредственной близости от самого тела и определяются действием сил вязкости и сил, определяемых разностью давления перед обтекаемым телом и за ним. Соотношение между силами трения и давления может быть различным в зависимости от формы твёрдого тела, режима движения потока, обтекающего тело, и ряда других факторов.

Так, например, при обтекании потоком жидкости плоской тонкой пластинки, установленной вдоль направления векторов скорости набегающего потока, сопротивление определяется главным образом силами трения, возникающими на боковых поверхностях пластинки. Если же поток набегает на пластинку по нормали к ее поверхности, то эффект проявления сил трения (сил вязкости) становится пренебрежимо малым и сопротивление зависит в основном от разности давления перед и за обтекаемым телом. При обтекании потоком тела произвольной формы силы вязкости и силы давления могут оказаться соизмеримыми по величине.

При небольших скоростях и малых размерах тел или при высокой вязкости среды режим движения ламинарный, тело окружено пограничным слоем жидкости и плавно обтекается потоком (рис. 4.05.1).

31

Таблица 4.05.1

Внешний вид и основные размеры исследуемых элементов

Конус

Цилиндр

Шар

Порядок выполнения лабораторной работы

1 Прочитать и изучить теоретические сведения к лабораторной работе.

2 Внимательно изучить описание лабораторного оборудования и технику безопасности.

3 Проверить подключение стенда к шине защитного заземления.

4 Подключить стенд к сети электропитания.

5 По электронному уровню установить проточную часть лотка в горизонтальное положение.

6 Каретку с подсоединённым к ней шаром установить на основание проточной части лотка.

7 Для определения скорости потока также установить каретку с трубкой Пито – Прандтля на некотором расстоянии от исследуемого элемента.

8Включить автомат «Сеть» (QF 1).

9Запустить блок управления кнопкой «Вкл.» (SB 1).

10Произвести калибровку датчика усилия и скорости.

11Включить насос и установить такой расход жидкости, чтобы шар был погружён на 1/3 глубины потока.

12Снять показания датчика усилия и датчика скорости. Результаты записать в табл. 4.05.2.

13Повторить эксперимент при различных скоростях потока.

14После проведения эксперимента необходимо отключить насос.

15Выключить автомат «Сеть» (QF 1).

16Отключить блок управления кнопкой «Выкл.» (SB 3).

17Отключить стенд от системы электропитания 220В, 50Гц.

18Навести порядок на рабочем месте.

33

Обработка результатов

1 Построить диаграмму зависимости лобового сопротивления погружённой части тензодатчика от скорости набегающего потока

q f V .

2 Вычислить параметр Рейнольдса

Re VD ,

где D – диаметр шара.

3 Вычислить коэффициент лобового сопротивления шара для каждой скорости

Контрольные вопросы

1 Что такое вязкость?

2 Динамическая и кинематическая вязкость.

3 От чего зависит соотношение между силами трения и давления?

4 Особенности обтекания жидкостью твёрдого тела при ламинарном режиме.

5 Особенности обтекания жидкостью твёрдого тела при турбулентном режиме.

6 Формула Стокса при обтекании тела в форме шара. 7 Что такое сопротивление формы?

8 Формула для определения лобового сопротивления.

9 От чего зависит коэффициент лобового сопротивления?

10 Что такое число Рейнольдса?

11 Формула для определения числа Рейнольдса.

12 Формула для определения коэффициента лобового сопротивления.

13 Что такое гидродинамическое сопротивление?

14 Что такое площадь живого сечения обтекаемого тела по миделю? 15 Что такое живое сечение потока?

34

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Лебедева, И.В. Гидравлика и гидравлические машины : учеб. пособие / И.В. Лебедева ; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2016. – 120 с.

2Коновалов, А.В. Объёмный гидропривод : учебно-методическое пособие / А.В. Коновалов, И.В. Лебедева, М.А. Коновалов ; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2016. – 50 с. : ил., прил. – Библиогр. : с. 37.

3Практикум по гидравлике, гидроприводу, пневматическим системам и гидромашинам : учебно-методическое пособие / А.В. Коновалов, Д.А. Рудиков, Е.В. Наливкина ; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2019. – 67 с. : ил. – Библиогр. : с. 66.

4Практикум по гидравлике, гидрологии, гидропневмоприводу и гидрогазодинамике: учеб. пособие / И.В. Лебедева, А.В. Коновалов, Д.А. Рудиков [и др.] ; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2017. – 118 с.

6Лебедева, И.В. Инженерная гидрология : учеб. пособие / И.В. Лебедева, Т.А. Минина, Р.И. Сулименко ; Рост. гос. ун-т путей сообщения. – Ростов н/Д,

2011.

7Лебедева, И.В. Гидравлика и гидрология в практических занятиях : учеб. пособие / И.В. Лебедева, М.К. Лобанова ; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2017. – 67 с.

35