Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Конкурс'
Открытый одноэтапный конкурс без предварительного квалификационного отбора (далее – конкурс) на право заключения Договора на выполнение строительно – ...полностью>>
'Документ'
Приморский край, г. Спасск – Дальний, на земельном участке, местоположение которого установлено относительно ориентира, расположенного за пределами уч...полностью>>
'Документ'
An important element of the technology of artificial breeding of queen bees is the formation of families and kindergarten teachers are growing in the ...полностью>>
'Программа'
Программа профессионального модуля Эксплуатация сельскохозяйственной техники разработана на основе Федерального государственного образовательного стан...полностью>>

Главная > Методические указания

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФИЗИКО­-­ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАТОПЛЕННОЙ СТРУИ

Методические указания к выполнению лабораторной работы

Барнаул - 2006

1.ОБЩИЕ СВОЙСТВА ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУЙ

1.1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

Во многих случаях движения жидкости и газа возникает так называемые поверхности тангенциального разрыва; течение жидкости, например в окрестности такой поверхности называют струей. Тангенциальный разрыв терпят такие, например, параметры, как скорость течения, температура, концентрация примеси; распределение статического давления оказывается непрерывным.

Как известно, на поверхности тангенциального разрыва в связи с ее неустойчивостью, возникают вихри, беспорядочно движущиеся вдоль и поперек потока; вследствие этого между соседними слоями происходит обмен конечными массами, т.е. поперечный перенос количества движения, тепла и примесей.

В результате на границе струи формируется область конечной толщины с непрерывным распределением скоростей, температуры и концентрации примесей. Эта область называется струйным турбулентным пограничным слоем. При очень малых значениях числа Рейнольдса струйный пограничный слой может быть ламинарным.

Наиболее простой случай струйного пограничного слоя имеет место при истечении жидкости с равномерным начальным полем скорости (U0=const), в среду, движущуюся с постоянной скоростью (Un=const),т.к. при этом в начальном сечении струи толщина пограничного слоя равна нулю.

Утолщение струйного пограничного слоя, состоящего из увлеченных частиц окружающей среды и заторможенных частиц самой струи приводит, с одной стороны, к увеличению поперечного сечения, и, с другой стороны, к постепенному сокращению потенциального ядра струи - области, лежащей между внутренними границами пограничного слоя. Принципиальная схема струи изображена на рис.1. Часть струи, в которой имеется потенциальное ядро, называется начальным участком.



Рис.1.

Как показывают многочисленные опыты, одним из основных свойств такой струи является постоянство скорости в потенциальном ядре струи. Размывание струи за пределами начального участка выражается не только в ее утолщении, но также и в изменении скорости вдоль ее оси. На некотором расстоянии от конца начального участка струйное течение приобретает такой же вид, как течение жидкости из источника бесконечно малой толщины (струя-источник); этот участок называется основным.

Между начальными и основным участками заключен переходный участок. Часто пользуются упрощенной схемой струи и полагают длину переходного участка равной нулю; в этом случае сечение, в котором сопрягаются начальный и основной участки, называют переходным сечением струи.

1.2. ЗАТОПЛЕННАЯ СТРУЯ.

Наиболее изученным видом турбулентной струи является струя, распространяющаяся в покоящейся среде; такая струя называется затопленной.

При равномерном поле скорости в начальном сечении границы ее пограничного слоя представляют собой расходящиеся поверхности, которые пересекаются у кромки сопла. С внешней стороны пограничный слой струи соприкасается с неподвижной жидкостью, причем под внешней поверхностью понимают поверхность, во всех точках которой составляющая скорости по оси х равна нулю(U=0). С внутренней стороны пограничный слой переходит в ядро постоянной скорости, поэтому на внутренней стороне пограничного слоя скорость потока равна скорости истечения (U=U0).

1.3. ПРОФИЛИ СКОРОСТИ В ЗАТОПЛЕННОЙ СТРУЕ.

Характерной особенностью турбулентной струи, как показывают теории и многочисленные опыты, является малость поперечных составляющих скорости в любом сечении струи по сравнению с продольной скоростью; следовательно, если ось X совместить с осью симметрии потока, то составляющая скорости по оси Y окажутся настолько малыми, что в инженерных приложениях теории струи ими можно пренебречь.

При построении скоростных профилей вместо абсолютной скорости используют ее отношение к скорости на оси струи -, вместо расстояния от оси струи его отношение к расcтоянию от оси до точки, где скорость равна половине осевой:.

Из опытных данных выясняется, что в скоростных точках любых двух сечений основного участка струи безразмерные величины скорости одинаковы.

Естественно, что в качестве характерной длины можно взять не только 5Y,но и полутолщину струи. Равенство безразмерных значений скорости для сходственных точек струи

выражается соотношением:

(1),

1.4. ИЗМЕНЕНИЕ СКОРОСТИ ВДОЛЬ ОСИ ЗАТОПЛЕННОЙ СТРУИ.

Полное количество движения секундной массы воздуха во всех направлениях должно сохраняться:

(2),

где dm- масса, протекающая в единицу времени через элемент поперечного сечения струи;- плотность воздуха; dF- площадь элемента сечения струи.

Для струи круглого сечения условие постоянства количества движения можно записать следующим образом:

(3),

где - скорость в центре данного сечения струи; х - расстояние от данного сечения до полюса струи; у - текущий радиус; r - радиус внешней границы рассматриваемого сечения струи. Вследствие универсальности скоростных профилей безразмерная скорость в выбранной точке зависит только от безразмерной координаты вдоль луча, проведенного из полюса струи через эту точку, =. Отсюда:

(4)

Следовательно, скорость в центре сечения осесимметричной затопленной струи обратно пропорциональна расстоянию от полюса.

(5)

Константа пропорциональности в (5) зависит от значения интеграла (4), для вычисления которого нужно располагать законами распределения скорости в поперечных сечениях струи.

В силу универсальности профилей скорости, достаточно определить распределение скоростей экспериментальным путем хотя бы в одном сечении основного участка струи.

1.5. РАСШИРЕНИЕ ЗАТОПЛЕННОЙ СТРУИ.

В турбулентном потоке компоненты скорости в любой точке можно разложить на средние по времени и пульсационные составляющие: При усреднении за некоторый конечный промежуток времени . Пусть усредненный свободный путь жидкой частицы (путь смешения) в турбулентном потоке равен L; при переносе в поперечном направлении частица попадает в слой, где среднее значение скорости отличается от ее значения в слое, из которого частица выделилась, на величину

Потеря индивидуальности жидкой частицы слияние ее с массой нового слоя - должна сопровождаться скачкообразным изменением (пульсацией) скорости на величину. Иначе говоря, пульсация главной составляющей скорости имеет порядок

Обычно . Отсутствие у свободного потока твердых границ, гасящих колебательные движения частиц, позволило Прандтлю предположить в этом случае постоянство пути смешения в поперечном сечении потока:. Вследствие подобия профилей скорости можно ожидать равенства между собой безразмерных величин пути смешения вдоль потока для различных сечений; Итак, достаточно установить закон увеличения толщины струи вдоль оси абсцисс, чтобы стал известен закон нарастания пути смешения. Прандтль принял, что утолщение струи (т.е. скорость нарастания толщины пограничного слоя) обуславливается поперечной пульсационной скоростью,

. Вследствие подобия скоростных профилей можно написать: ,тогда. С другой стороны, скорость утолщения струи: ; Сравнивая, получим:

(6)

Р
ис. 2.

1.6. НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕОРИИ ЗАТОПЛЕННОЙ СТРУИ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ.

Обработка многочисленных опытных данных показывают, что эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность расширения турбулентной струи в случае несжимаемой жидкости и равномерного поля скорости в начальном сечении, имеет следующие значения: для слоя смешения начального участка струи =27 и для основного участка струи =22. Найдем зависимость, выражающую изменение скорости в затопленной струе

практически постоянной плотности (=const) в начальном сечении

струи. Задача, по существу, сводится к определению постоянной в формуле (5). С этой целью приведем условия сохранения количества движения к виду:

(7)

Здесь индекс "0" относится к параметрам в начальном сечении, индекс "m" - к параметрам на оси текущего сечения основного участка струи. На оси начального участка параметры струи постоянны и равны таковым в начальном сечении. В основном участке осесимметричной струи площадь поперечного сечения пропорциональна квадрату толщины струи:

(8)

Соответственно, интеграл в левой части (7) можно представить в следующем виде:

(9)

Этот интеграл может быть вычислен, если профиль скорости известен. В рассматриваемой задаче об основном участке затопленной струи, имеем:, где x - расстояние от полюса, в котором пересекаются границы струи. ( В задаче о затопленной струе полюс струи несжимаемой жидкости помещается на срезе сопла.) Чаще других используется при расчете струи две формы универсального профиля скорости в поперечном сечении основного участка. Одна из них, отвечающая концепции струи конечной толщины (U=0 при y=), получена Шлихтингом:

(10)

Вторая формула профиля скорости, имеющая асимптотический характер (U=0,y=), полученная в работах Гертлера.

(11)

В формуле Гертлера - расстояние от оси струи до условной границы, которая соответствует скорости причём . Подставив профиль Шлихтинга в интеграл (7), получим; A=134. Итак, для осесимметричной затопленной струи несжимаемой жидкости получим:

(12)

Как видим, сечение, начиная с которого, скорость на оси струи падает по закону ~, называемое переходным сечением, отдалено от полюса струи на расстояние определяемое формулой (12). Расхождение между теорией и практикой вызывается влиянием трех факторов, выражающихся в неточном соответствии с экспериментом профиля скорости Шлихтинга, использованного при вычислении интеграла А; значение постоянной С = 22, принятого для толщины струи и допущении о равномерности профиля скорости в начальном сечении. Заметно изменяющееся значение по длине струи наблюдаются только в начальном и переходном участках.



Рис. 3.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УБЫВАНИЯ ГЛАВНОЙ КОМПОНЕНТЫ СКОРОСТИ НА ОСИ ЗАТОПЛЕННОЙ ТУРБУЛЕНТНОЙ СТРУИ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ

2.1. СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Р
ис. 4.

1 Насос, 2 Насадок, 3 Трубка Пито-Прандтля, 4 Манометр

2.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1.Определить для каждого из насадков максимальное и минимальное расстояние х. При минимальном расстоянии от насадка до трубки H -- максимально возможное x. Максимальное х определяется чувствительностью манометра.

2.Снять по 10 измерений - для каждого расстояния с шагом вдоль струи:

(a) для насадка диаметром d=1.6 мм x=2d

(b) для насадка диаметром d=3.6 мм x=d

3.Измерить секундный расход воздуха, протекающего через каждый из насадков. Для этого надо измерить промежутки времени, за которые через насадок протекает 50 литров воздуха. Сделайте по 5 измерений для каждого из насадков. Результаты измерений занесите в таблицу.

2.3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.

1.Вычисление среднерасходной скорости ;

объем прошедшего через насадок воздуха в литрах;

d диаметр насадка в миллиметрах.

2.Вычислите значение скорости на оси струи по формуле

Результаты занесите в таблицу.

постройте график

Проверьте линейность зависимости для основного участка струи. Укажите на графике основной и переходный участки

постройте график . Сравните результат с теорией.

Укажите основные источники ошибок в измерении.

Литература

1 Теория турбулентных струй, Наука 1984.под ред. Абрамовича Г.Н.

2 Теория струй вязкой жидкости. Вулис Л.А., Кашкаров В.П.; Н. 1968



Похожие документы:

  1. Методические указания к выполнению лабораторных работ с 1 по 4 Барнаул 2014

    Методические указания
    ... » Методические указания к выполнению лабораторных работ с 1 по 4 Барнаул 2014 УДК 621.3 Коротких В.М., Методические указания к лабораторным работам по ... .- Барнаул:Изд-во АлтГТУ, 2006.- 140 с. СОДЕРЖАНИЕ Цель и задачи при выполнении лабораторной работы ...
  2. Электронный обучающий комплекс по дисциплине «Преобразовательная техника» Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов энергетических специальностей

    Методические указания
    ... дисциплине «Преобразовательная техника» Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов энергетических специальностей. – Барнаул: АлтГТУ, 2010. - 58 ...
  3. Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Фармацевтическая химия» для студентов по специальности 111801 «Ветеринария» Якутск, 2014

    Методические указания
    ... Сердцева МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению контрольной работы по ... фармации/ МВВ. -2006. -№3-4. Чернобровин Н.И., ... Барнаул, 2008. Чернобровина Т.А.. Методические указания для самост. работы ... Е. Н. и др. Лабораторные работы по фармацевти ческой химии ...
  4. Методические указания к лабораторной работе Барнаул 2013

    Методические указания
    ... методические указания к лабораторной работеБарнаул: Изд-во АГАУ, 2013. - 28с. В методических указаниях ... производственных помещений. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ: 1. Ознакомиться ... условий труда Р 2.2.2006-05. Кисленко А.К., Веретенников ...
  5. Учебно-методический комплекс для студентов отделения заочного обучения специальности

    Учебно-методический комплекс
    ... Методические указания к выполнению контрольной работы Студенты дневного отделения контрольные работы ... оборудование к лабораторным работам; Работать с измерительными ... психологии. Психологический журнал 2006 № 2 Реан ... : Монография. - Барнаул: БГПУ, 2002 ...

Другие похожие документы..