- •Часть 2
- •Часть 2
- •Предисловие
- •Учебная универсальная экспериментальная установка
- •2 Измерительные устройства параметров газа
- •2.1 Измерение давлений газа
- •2.2 Измерение скоростей движения газа
- •2.3 Измерение температур газа
- •Описание лабораторной установки
- •Обработка результатов эксперимента.
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы к работе
- •Лабораторная работа № 2 течение потока газа в плоском сверхзвуковом сопле на нерасчетном режиме с перерасширением
- •Теоретические основы эксперимента
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы к работе
- •Лабораторная работа №3 обтекание цилиндра дозвуковым и сверхзвуковым потоками газа.
- •Теоретические основы эксперимента
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы к работе
- •Лабораторная работа №4 течение дозвукового потока газа в канале неизменного сечения.
- •Теоретические основы эксперимента
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Содержание отчёта.
- •Контрольные вопросы к работе.
- •Лабораторная работа №5 обтекание пластины изоградиентнымдозвуковым потоком газа.
- •Теоретические основы эксперимента
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Содержание отчета
Содержание отчёта.
1. Протокол эксперимента со схемой рабочего участка установки.
2. Графики изменения статического давления р и осреднённого давления торможения воздуха по длине l трубы для режимов без подогрева и с подогревом воздуха.
3. Графики изменения температуры Т и температуры торможения T* по длине l трубы для режимов без подогрева и с подогревом воздуха.
4. Графики изменения скорости движения сср и критической скорости скр по длине l трубы для режимов без подогрева и с подогревом воздуха.
5. Сравнение результатов эксперимента для режимов течения воздуха без подогрева и с подогревом .
6. Выводы по работе.
Контрольные вопросы к работе.
1. Почему поток при отсутствии подогрева можно считать энергоизолированным?
2. Под действием каких сил ускоряется газовый поток в канале неизменного сечения как при отсутствии подогрева, так и при подогреве?
3. Какие преобразования энергии происходят в потоке на каждом из режимов?
4. Почему при условиях лабораторной работы поток в начальном и конечном сечениях канала может быть только дозвуковым?
5. Как изменялись бы параметры потока в канале неизменного сечения при отсутствии подогрева и при подогреве, если бы газ был невязким?
6. Каковы причины потерь давления торможения потока при отсутствии подогрева и при подогреве?
7. Почему расход воздуха через канал на режиме с подогревом меньше, чем на режиме без подогрева, если на этих режимах противодавление одинаковое?
8. Почему потери давления торможения потока на режиме с подогревом больше, чем на режиме без подогрева, если на этих режимах расход газа одинаковый?
9. Каким может быть давление газа в потоке на выходе из канала по сравнению с критическим давлением и противодавлением?
Лабораторная работа №5 обтекание пластины изоградиентнымдозвуковым потоком газа.
Цель работы: опытное определение толщины пограничного слоя и толщины вытеснения при обтекании плоской пластины изоградиентным дозвуковым потоком газа; сравнение опытной и расчетной толщины пограничного слоя; определение опытной зависимости изменения толщины пограничного слоя по длине пластины.
Теоретические основы эксперимента
Исследование процесса обтекания твердого тела вязким газом можно проводить двумя методами: интегрирования дифференциальных уравнений для вязкого газа по всей области течения; разделения потока на зону изоэнтропного ядра (внешний поток) и зону пограничного слоя, где имеет место повышенное влияние сил вязкости, которые являются определяющими в возникновении сил сопротивления тела. В данной лабораторной работе используется второй метод.
Во внешнем потоке действие сил вязкости практически не проявляется и можно предположить движение газа как идеального, т. е. абсолютно невязкого.
В поперечном сечении пограничного слоя скорость сх движения газа(жидкости) плавно изменяется от скорости внешнего потока u до скорости, равной нулю на поверхности обтекаемого тела. (рис.1)
Рисунок 1- Схема обтекания плоской пластины вязким газом
Ввиду малой толщины пограничного слоя поперечный градиент скорости велик, поэтому велико и напряжение трения т.е. величины силы трения, действующей на единицу площади поверхности. Здесь μ – коэффициент динамической вязкости газа.
Движение газа в пограничном слое может быть ламинарным (слоистым) или турбулентным, в зависимости от числа Рейнольдса (Re).Одной из особенностей пограничного слоя при обтекание плоской пластины является то, что вблизи передней кромки он всегда ламинарный и только на некотором расстоянии хкр начинается переход в турбулентный режим. Наиболее характерным признаком такого перехода является резкое увеличение толщины пограничного слоя и напряжения трения на стенке.
Экспериментальные исследования перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный на плоской пластине показали, что критическое значение числа Рейнольдса равно Re кр=105…106.Число Рейнольдса является определяющим параметром не только для самого характера течения газа, но и для количественных характеристик пограничного слоя.
При расчете сопротивления тел, обтекаемых вязким газом, необходимо знать ряд параметров пограничного слоя: толщину пограничного слоя δ, число Re ,толщину вытеснения δ* и др.
При известной эпюре распределения скорости в поперечном сечении пограничного слоя толщина слоя δ определяется его внешней границей, на которой скорость сх условно принимается равной 99% от скорости u во внешнем потоке (рис.1).
При обтекании пластины изоградиентным
дозвуковым потоком газа при относительно малых скоростях движения (М< 0,3), когда сжимаемостью его можно пренебречь за малостью, толщина пограничного слоя δ может быть вычислена по формулам:
для ламинарного пограничного слоя (Re <3.2·105)
(1)
для турбулентного пограничного слоя (Re >3.2·105)
(2)
где число Рейнольдса или (3)
Здесь Reх - число Рейнольдса для пограничного слоя на расстоянии x от передней кромки пластины, u–скорость внешнего потока газа, - коэффициент динамической вязкости внешнего потока, - плотность газа внешнего потока, – коэффициент кинематической вязкости внешнего потока, .Коэффициент динамической вязкости определяется по формуле Сатерленда в зависимости от статической температуры Тu внешнего потока
, (4)
где для воздуха С=122,К, =1,72·10-5, Н·с/м2.
Статическая температура Тu определяется по известным температуре торможения и скорости u внешнего потока.
(5)
В озможно определение коэффициентов вязкости и в зависимости от статической температуры Тu с помощью графиков, взятых из справочников,
.
Рисунок 2 - Зависимость коэффициента кинематической
вязкости воздуха от температуры.
Толщина вытеснения δ* - это такая условная толщина слоя с постоянной скоростью внешнего потока u, которая соответствует расходу газа, равному его уменьшению в пограничном слое из – за проявления сил вязкости. Она определяется соотношением
, (6)
где ρ,ρu – плотность в пограничном слое и во внешнем потоке. Это соотношение получается из условия, что расход газа части внешнего потока толщиной равен расходу, вытесненному из пограничного слоя толщиной
Для несжимаемого потока газа (ρ=ρu) соотношение (6) имеет вид:
Толщину вытеснения можно определить графически (рис.1) из условия равенства площади прямоугольника с основанием 0,99u и высотой (вертикальная штриховка) с площадью под кривой изменения скорости в пограничном слое (горизонтальная штриховка).