Wyznaczanie współczynnika oporu lokalnego (skupionego)

1. Wprowadzenie

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie współczynnika oporu skupionego ξ od prędkości przepływu powietrza.

Bezwymiarowy współczynnik ξ jest wskaźnikiem start, odniesionym do średniej prędkości poza przeszkodą. Wartość tego współczynnika zależy od kształtu przeszkody, liczby Reynoldsa i chropowatości. Najczęściej wartości ustala się na podstawie wyników pomiarów.

Wielkość poszczególnych strat energii w odniesieniu do jednostki ciężaru przepływającego powietrza określa zależność:

a w odniesieniu do jednostki objętości przepływającego powietrza:

Przedmiotem badania jest nagle zwężenie przewodu o stałej średnicy.

Na stratę energii między przekrojami pomiarowymi I i II wpływać będzie:

• strata na oporze lokalnym (R_s) równa:

• strata na oporze rozłożonym (wywołana tarciem o ścianki przewodu):

• zmiana energii kinetycznej:

gdzie:

k₁,k₂ - współczynnik Coriolisa równe stosunkowi rzeczywistej energii kinetycznej do energii określonej na podstawie średniej prędkości,

v₁,v₂ - średnie prędkości w przekrojach I i II.

Tak więc całkowita strata energii między przekrojami będzie równa:

W przeprowadzonym doświadczeniu stanowisko pomiarowe zostało tak zbudowane, aby:

• prędkości przepływu powietrza w przekrojach pomiarowych były sobie równe,

• odległości między przekrojami pomiarowymi spełnia warunek: l_I-II = 2l_III-IV

Schemat stanowiska pomiarowego do wyznaczania współczynnika oporu skupionego.

2. Przebieg ćwiczenia oraz opracowanie wyników pomiarów.

Przed wykonaniem ćwiczenia dokonuje się pomiarów:

• t_s = 22,2 [˚C] - temperatury suchej na stanowisku

• t_m = 20,8 [˚C] - temperatury wilgotnej na stanowisku

• p = 1006 [hPa] - ciśnienia atmosferycznego

• ρ = [kg/m³] - gęstość powietrza

Dla każdego elementu oporu skupionego (R_s) pomiary przeprowadza się przy różnych prędkościach przepływu powietrza regulowanych napięciem zasilania wentylatora.

Prowadzone pomiary sprowadza się do odczytu różnicy ciśnień na U - rurkach: U₁, U₂, U₃ dla poszczególnych elementów oporu.

Istota opracowania wyników przeprowadzonych pomiarów sprowadza się do określenia:

1. gęstości powietrza na stanowisku pomiarowym,

2. średniej prędkości powietrza w przekroju odcinka pomiarowego:

3. średniej prędkości powietrza w przekroju I - IV:

4. współczynnika ξ.

Zestawienie wyników pomiarów i obliczonych wielkości współczynników oporu loialnego (skupionego)

(tabela)

(wykres1)

(wykres 2)

3. Wnioski

---