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 nagłe 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 = 1,18 [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.

4. Wnioski

W ćwiczeniu tym wyznaczaliśmy współczynnik oporu skupionego  od prędkości przepływu powietrza jak również od średnicy. Po przeprowadzonych pomiarach można stwierdzić, że wraz ze wzrostem średnicy kryzy współczynnik oporu lokalnego nam malał, natomiast prędkość przepływu powietrza zwiększała się. Po zestawieniu wyników pomiarów zauważamy, że wraz ze wzrostem średnicy kryzy ciśnienie dynamiczne U₃ wzrasta, natomiast ciśnienie na przewężeniu U₂ i końcach przewodu U₁ wraz ze wzrostem średnicy kryzy maleje. Wartości ciśnienia na przewężeniu i na końcach przewodu są bardzo zbliżone do siebie wartościami.

Z przedstawionych wykresów wynika nam, że wraz ze wzrostem prędkości przepływu powietrza współczynnik oporu skupionego maleje nam, natomiast jeżeli chodzi o zależność współczynnika oporu skupionego do średnicy kryzy to widzimy ze wraz ze wzrostem d_e/D współczynnik oporu lokalnego nam również maleje.

Zauważamy również, że współczynnik oporu lokalnego rośnie nam zmieniając swoja wartość od 3-4 - krotnie przy każdym przejściu z jednej wartości na drugą.

---