BADANIE ROZKŁADU PRĘDKOŚCI I WYZNACZENIE ŚREDNIAJ PRĘDKOŚCI POWIETRZA W PRZEWODZIE O PRZEKROJU ZAMKNIĘTYM

Pierwsza część ćwiczenia miała na celu przybliżenie metod pomiaru prędkości w przypadku przepływu osiowo symetrycznego. Do tego celu użyto rurki Prandtla, za pomocą której mierzono różnice ciśnienia spiętrzania i ciśnienia statycznego. Te dane posłużyły do określenia rozkładu prędkości wewnątrz rury o znanej średnicy.

Druga część ćwiczenia związana była z pomiarem oporu czołowego brył, oraz zjawiskami występującymi podczas opływania brył przez płyn rzeczywisty. Wykorzystano płytkę kołową oraz kulę - obydwie o tej samej średnicy. W tej części ćwiczenia wyznaczano przebieg współczynnika oporu czołowego w funkcji liczby Reynoldsa.

Część 1

Wykorzystano tutaj stanowisko składające się z cylindrycznej rury, przez którą wentylator tłoczył powietrze ze stałą prędkością. Pomiarowy koniec rurki Prandtla umieszczano kolejno począwszy od zewnętrznej strony przekroju rury, aż do umieszczenia rurki w centralnym punkcie przekroju rury. Dla każdego punktu odczytywano wartość różnicy ciśnień z mikromanometru. Wyniki pomiarów oraz obliczeń przedstawiono w poniższej tabeli.

Pomiar	Wartości zmierzone		Wartości obliczone
		x [mm]	h [m]	V [m/s]	ΔV [m/s]
1	3,5	0,06	5,59	0,09
2	5	0,067	5,90	0,09
3	7,5	0,075	6,25	0,08
4	10	0,08	6,45	0,08
5	15	0,088	6,77	0,08
6	20	0,096	7,07	0,07
7	25	0,101	7,25	0,07
8	30	0,1005	7,23	0,07
9	35	0,108	7,50	0,07
10	40	0,11	7,57	0,07
11	45	0,112	7,63	0,07
12	50	0,112	7,63	0,07
13	70	0,11	7,57	0,07
14	90	0,105	7,39	0,07
15	110	0,096	7,07	0,07
16	130	0,092	6,92	0,08
17	150	0,086	6,69	0,08
18	170	0,082	6,53	0,08
19	190	0,079	6,41	0,08
20	200	0,077	6,33	0,08

Gdzie:

x - odległość środka wlotu rurki Prandtla od ścianki rury

h - wysokość podawana przez mikromanometr

V - obliczona prędkość przepływu powietrza

ΔV - błąd pomiaru

Część 2

W tej części ćwiczenia mierzono siłę oporu stawianą przez kulę oraz tarczę o jednakowej średnicy. Obydwa elementy umieszczono w centralnym punkcie przekroju rury, przez którą przepływało powietrze.

Mierzono siłę oporu czołowego, będącą sumą rzutów sił normalnych i stycznych, na kierunek V przepływu (w rurze przed bryłą). Stosunek tej siły, do siły, jaką wywierałoby stałe ciśnienie przepływu niezakłóconego przed bryłą (powierzchnia odniesienia), nazywamy współczynnikiem oporu powietrza c_X. Powierzchnią odniesienie, jest z kolei rzut kształtu powierzchni na płaszczyznę prostopadłą do kierunku przepływu płynu.

Zmierzono:

• siłę oporu czołowego wywieraną przez bryły na dołączoną do stanowiska wagę

• obroty wentylatora

• wskazania mikromanometru

Wyniki pomiarów oraz obliczonych wartości przedstawiono w tabelach poniżej (osobno dla kuli oraz płytki):

Kula

Lp.	V [m/s]	X [N]	Re	Cx
1	1,76	0,029	11779	2,017
2	2,69	0,036	17993	1,08
3	3,53	0,044	23559	0,756
4	4,08	0,063	27203	0,819
5	4,56	0,073	30414	0,756
6	4,89	0,088	32616	0,789
7	5,25	0,091	35009	0,704
8	5,54	0,093	36938	0,649
9	5,81	0,093	38771	0,589
10	6,32	0,093	42198	0,497
11	6,68	0,098	44596	0,469
12	6,99	0,103	46624	0,45
13	7,63	0,112	50893	0,414
14	8,22	0,127	54830	0,403
15	8,47	0,132	56492	0,394

Płytka

Lp.	V [m/s]	X [N]	Re	Cx
1	1,02	0,051	6800	10,59
2	1,44	0,083	9617	8,57
3	2,39	0,103	15949	3,85
4	3,3	0,137	22037	2,68
5	4,08	0,186	27203	2,39
6	4,83	0,25	32259	2,28
7	5,44	0,304	36307	2,19
8	6,12	0,367	40805	2,1

Wnioski

Obserwując wykres zależności prędkości przepływu płynu od odległości od ścianki rury można zauważyć, że układ teoretyczny nie pokrywa się z rzeczywistością. Prędkość powinna być największa w centralnym punkcie przekroju rury, ale tak nie jest. Powstaje pytanie: dlaczego tak się dzieje? Odpowiedzi można poszukiwać w konstrukcji wentylatora powodującego ruch płynu w rurze. Jego centralna część nie posiada łopatek, a tym samym nie wytwarza ciśnienia. Owo ciśnienie pojawia się wraz ze zmianą kształtu łopatek wentylatora, co można zaobserwować na wykresie.

---