| 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
|
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.
|