Politechnika Częstochowska

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki

Instytut Maszyn Cieplnych

ENERGETYKA I EKOLOGIA II

Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn

Rok akademicki: 2007/08 Rok/Semestr: I/II Grupa: B2

Opiekun grupy: Dr. Renata Gnatowska

Dzień tygodnia i godzina ćwiczeń: Wtorek 12-14

Zespół: IX

97621 Numer indeksu Baranowski Sebastian Imię i nazwisko

Numer ćwiczenia: 8
Temat ćwiczenia: Określanie oddziaływania strugi powietrza na opływane modele ciał.
Prowadzący ćwiczenie:	Dr. Renata Gnatowska
Data wykonania pomiarów:	13. 05. 2008r.
Data oddania sprawozdania:	20.05. 2008r.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest okreslenie związku między siłą oddziaływania aerodynamicznego przepływającego płynu a kształtem modelu „zanurzonego” w przepływie.

Wprowadzenie

Reakcja hydrodynamiczna lub aerodynamiczna jest to siła z jaką strumień płynu działa na obiekt wystawiony na jego działanie.
Reakcja wywierana przez płyn na ciało zależy tylko od prędkości względnej ciała stałego i płynu to wielkość reakcji ciała na płyn będzie taka sama dla ciała nieruchomego, opływanego płynem, jak i ciała poruszającego się w płynnym ośrodku ruchu. Tak wiec zachodzi opór ośrodka ,czyli zjawisko makroskopowe zachodzące w płynnym medium, najczęściej w powietrzu lub wodzie lub opory ruchu które powstają zarówno przy przepływach ośrodka płynnego dookoła nieruchomego ciała stałego, jak i przy ruchu ciał stałych w ośrodku płynnym. Siły aerodynamiczne są to siły wywierane przez ośrodek na powierzchnię ciał poruszające się w otaczającym je ośrodku płynnym.
Siły aerodynamiczne działające na poszczególne elementy powierzchniowe opływanego ciała można zastąpić jedną wypadkową siłą aerodynamiczną P , przedstawiającej sobą całkowity opór aerodynamiczny ciała.
Wypadkową siłę aerodynamiczną P rozkłada się na opór aerodynamiczny Px działający w kierunku ruchu oraz na siłę nośną Pz prostopadłą do kierunku ruchu. W oporze aerodynamicznym możemy wyróżnić dwie składowe: opór ciśnieniowy Pxc i opór tarcia powierzchniowego Pxt. Suma tych oporów jest całkowitym oporem aerodynamicznym ciała. Opór aerodynamiczny Px jest funkcją następujących wielkości: gęstości ośrodka ρ, względnej prędkości ruchu U, charakterystycznego wymiaru poprzecznego l i lepkości płynu ν.

Stanowisko eksperymentalne służące do pomiaru siły oporu aerodynamicznego zlokalizowane jest w tunelu aerodynamicznym Laboratorium aerodynamiki środowiska.

Stanowisko składa się z wagi aerodynamicznej z czujnikiem tensometrycznym którego wydłużenie lub skrucenie powoduje zmiane rezystancji wewnetrzej drutu oporowego zawartego w czujniku a co za tym idzie powoduje zmiane wskazania podłączonego do niego woltomierza , na której umieszcza się badany model. W skład oprzyrządowania pomiarowego wchodzą ponadto:
-sonda Prandtla do pomiaru ciśnień panujących w przestrzeni pomiarowej.-mostek tensometryczny, którego wskazania posłużą do kalibracji wagi i określenia siły aerodynamicznej działającej na model.

Tabela i wykresy.

Tabela 1

L. P.	m [kg]	E [V]	P [N] / E [V]
2	0,04	0,48	0,3924
3	0,05	0,63	0,4905
4	0,08	0,62	0,7848
5	0,1	0,68	0,981
6	0,12	0,73	1,1772
7	0,15	0,79	1,4715
8	0,17	0,82	1,6677
9	0,18	0,92	1,7658

Z wykresu możemy odczytać wartości siły działającej na model dla znanej zmiany napiecia na tensometrze.

Tabela 2

i= 1:2 t= 23 C p_atm = 992 hPa

ρ_pow = 1,151 kg/m³ ρ_m = 824 kg/m³ F=0,186×0,230=0,04278 m²

L[m]	E [V]	U[m/s]	Px[N]	Pd	Cx
0,0012	0,44	2.903	0,25	4.85	1.205
0,0032	0,48	4.741	0,4	12.934	0.723
0,0042	0,51	5.431	0,62	16.975	0.854
0,0054	0,56	6.158	0,7	21.825	0.75
0,0066	0,6	6.808	0,75	26.675	0.657
0,0074	0,63	7.209	0,8	29.909	0.625
0,008	0,67	7.496	0,9	32.334	0.651
				Cx średnie	0,78

Wykres przepływu zależności siły oddziaływania aerodynamicznego

od prędkości wiatru.

Wnioski:

Siała oporu aerodynamicznego w funkcji zmiany kształtu modelu można wnioskować, iż opory powietrza są większe od oporów toczenia. Ciągnik siodłowy z kontenerem ma największy współczynnik C_x świadczy o małych zaokrągleniach oraz co za tym idzie model taki stawia duży opór podczas przepływu wiatru. Najmniejszy współczynnik oporu powietrza posiadają auta osobowe ponieważ mają bardziej zaokrąglone kształty co za tym stoi mniejsze zużycie paliwa oraz zmniejszone szkodliwe oddziaływanie spalin na środowisko. Można równie wnioskować, iż przy oporze powietrza o napływie ukośnym współczynnik oporu w funkcji kąta (beta) wyraźnie rośnie i wzrost ten jest tym większy im mniej opływowy jest kształt pojazdu. Ćwiczenie to pozwala na uzyskanie takiej sylwetki pojazdu by opory opływu były jak najniższe oraz na podniesieniu warunków bezpieczeństwa kierowcy i pasażerów np. odpowiedni ukierunkowanie strug deszczu na szybach, zapobieganie osadzeniu błota i innych zanieczyszczeń na reflektorach i światłach.

UWAGI:

OCENA:

---