Politechnika Łódzka Filia w Bielsku- Białej

Wydział Budowy Maszyn

Katedra Podstaw Budowy Maszyn

Zespół mechaniki Płynów i Maszyn Przepływowych

Laboratorium Mechaniki Płynów

Temat: Turbulentna, osiowosymetryczna struga swobodna.

Opracował:

Wykonywali:

Wydział Budowy Maszyn

Semestr III

Rok akademicki 2000/2001

1. Cel ćwiczenia.

• Zapoznanie się ze zjawiskami zachodzącymi w strudze swobodnej.

• Ustalenie geometrii strugi swobodnej

• Pomiar prędkości w poprzecznym przekroju głównego odcinka strugi.

2. Wiadomości teoretyczne.

W ćwiczeniu rozpatrzona zostaje powietrzna struga swobodna wypływająca z dyszy poddźwiękowej o przekroju kołowym do atmosfery. Jest to tzw. struga zatopiona, gdyż rodzaj płynu w strudze i otoczeniu jest taki sam. W przeciwnym razie występuje tzw. struga niezatopiona. Jeżeli przekrój dyszy jest kołowy, wówczas struga ma kształt osiowo- symetryczny.

Struga swobodna nie jest ograniczona ściankami. Na granicy strugi i czynnika otaczającego ma miejsce wymiana masy i ilości ruchu. W rezultacie tego masa strugi i jej szerokość rosną, a prędkość maleje. Tworzy się tzw. turbulentna warstwa graniczna (przejściowa) złożona z opóżnionych cząstek strugi i przyśpieszonych cząstek otoczenia.

Struga swobodna składa się z rdzenia i warstwy granicznej. Rdzeń o kształcie stożka ma podstawę w przekroju I a wierzchołek w przekroju II, natomiast warstwa graniczna wypełnia pozostałą objętość strugi. Przekrój I nosi nazwę przekroju początkowego, a przekrój II- przejściowego. W związku z tym część strugi między przekrojami I i II stanowi początkowy odcinek strugi l₁, zaś pozostała część- główny odcinek strugi l₂. Punkt O stanowiący początek układu współrzędnych x, y nosi nazwę bieguna, a długość l_o- odległości biegunowej.

Prędkość powietrza w rdzeniu jest stała i równa prędkości początkowej v_o. Prędkość w warstwie granicznej zmienia się zarówno w kierunku x, jak i w kierunku y. W strudze występują składowe prędkości v_x i v_y, lecz składowe v_y jako znacznie mniejsze od v_x= v mogą być pominięte. W osi strugi występuje prędkość maksymalna v_max, która dla odcinka początkowego jest stała v_max= v_o, zaś dla odcinka głównego maleje wraz ze wzrostem x.

3. Opis stanowiska i metodyki pomiarów.

Do wytworzenia strugi swobodnej zastosowano tunelik powietrzny (1) zasilany wentylatorem (2). Wszystkie pomiary w strudze są dokonywane przy użyciu sondy prędkościomierza (3) zamocowanej w uchwycie (4). Mechanizm przesuwny umożliwia pomiar w dowolnych punktach o współrzędnych x, y, które leżą w płaszczyżnie poziomej przechodzącej przez ośstrugi. Całość jest zamontowana na stole (7).

Metodyka pomiarów.

Pomiary rozpoczynamy od ustalenia punktu w którym występuje największa prędkość wylotowa. W tym celu ustawiamy sondę prędkościomierza jak najbliżej wylotu powietrza z tunelu powietrznego i przesuwając ją w osi y znajdujemy miejsce w którym występuje największa prędkość wylotowa.

Następnie dla odległości 50, 70 i 90 cm od wylotu z tunelu przeprowadzamy pomiary prędkości w osi y układu w ten sposób że rozpoczynamy od miejsca w którym występuje największa prędkość i przesuwamy się 2 razy po 10 cm w prawo i w lewo. Wyniki notujemy w tabeli.

Ostatnią czynnością jest pomiar odległości gdzie następuje wygaśnięcie strugi.

4. Tabela pomiarowa prędkości

		r
				12,5	22,5	32,5	42,5	52,5
z	50	0,1	0,8	12,6	1,0	0,2
		70	0,2	1,0	9,4	2,7	0,1
		90	0,1	2,1	7,4	3,0	0,2

z- odległość sondy pomiarowej od wylotu powietrza z tunelu.

r- położenie sondy względem osi y

[°]	[°]	[m]	[m]
27	12	0,126	0,29

- 0,03m.

v₀-15.5

1. współczynnik doświadczalny, dla dysz o przekroju kołowym można przyjąć w przybliżeniu a-0,07

=

	z[m]
	0,5	0,7	0,9
	0,06	0,04	0,03
	1,23	1,64	2,09

z= 50[cm]
	12,5	22,5	32,5	42,5	52,5
	0,4	0,2	0	0,2	0,4
	0,008	0,06	1	0,08	0,016

z= 70[cm]
	12,5	22,5	32,5	42,5	52,5
	0,28	0,14	0	0,14	0,28
	0,02	0,11	1	0,29	0,01

z= 90[cm]
	12,5	22,5	32,5	42,5	52,5
	0,22	0,11	0	0,11	0,22
	0,01	0,28	1	0,4	0,03

5. wnioski

Struga swobodna składa się z rdzenia i warstwy granicznej. W rdzeniu o kształcie stożka prędkość jest stała i wynosi v_o.

Struga swobodna nie jest ograniczona ściankami. Na granicy strugi i czynnika otaczającego ma miejsce wymiana masy i ilości ruchu. W rezultacie tego masa strugi i jej szerokość rosną, a prędkość maleje.

---