68

Rozdział 13

Instrukcja ćwiczenia laboratoryjnego

„ Wyznaczanie współczynnika oporu ciśnieniowego walcowego profilu kołowego”.

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z najprostszą metoda, pomiaru rozkładu ciśnienia na powierzchni opływowego ciała z. wykorzystaniem wyników takiego pomiaru do wyznaczenia współczynnika oporu ciśnieniowego

2. Wprowadzenie 2.1. Podstawy teoretyczne.

Na wszy stkie ciała stałe poruszające się w ośrodku płynnym albo też pozostające nieruchomo w opływającym je ośrodku działają siły wywierane przez ten ośrodek na powierzchnię ciała stałego. W przy padku opły wu ciała płynem lepkim obowiązuje tzw. prawo względności ruchu. Mówi ono, że reakcja wywierana przez pły n na ciało stałe jest zależna ty lko od prędkości względnej ciała stałego i płynu. W przypadku ruchu ciała w płynie (cieczy lub gazie) powstającą siłę nazy wamy oporem lub reakcją acro lub hydro dynamiczną, a w przy padku opływu nieruchomego ciała gazem - siłą aerodynamiczną. Siły te można podzielić na cztery rodzaje dające w sumie całkowity opór aerodynamiczny :

-    opór ciśnieniowy

-    opór tarcia powierzchniowego

-    opór falowy

-    opór indukowany

Opór falowy występuje przy bardzo dużych prędkościach przepływu i przejawia się dużym wzrostem składnika oporu ciśnieniowego. Opór indukowany zw iązany jest z istnieniem siły nośnej w przypadku płatów o skończonej długości. W zależności od stosunku oporu tarcia do oporu ciśnieniowego, ciała dzielimy na:

-    ciała opływowe, do których zaliczamy przede wszystkim ciała o kształcie zbliżonym do ciał ryb i tułowi ptaków, profili lotniczych, w których główną część całkow itego oporu aerodynamicznego stanowi opór tarcia.

-    ciała oporow e, w których głów ną częścią całkow itego oporu jest opór ciśnieniowy.

Ciała oporowe dzielimy na ciała o kształcie urwistym (np. płytka o ostry ch krawędziach ustawionych prostopadle do kierunku przepływu). Dla tych ciał współczynnik oporu C„ ma wartość stałą prakty cznie niezależną od liczby Reynoldsa R_f. Drugim rodzajem ciał są ciała o kształcie obłym (np. kula. elipsoida, walec kołowy o osi prostopadłej do kierunku przepły wu gazu).Ciała te pozostawiają poza sobą ślad w postaci obszaru objętego ruchem wirowym, powstały wskutek oderwania się warstewki przy ściennej od powierzchni opływowego ciała.

Rys. I. Rzeczywisty opływ walca.

W przepływach i opływach ciał z dużymi liczbami Reynoldsa występuje zawsze w pobliżu ścianki cienka warstwa zwana warstwą przyścienną, w której siły lepkości są porównywalne z siłami bezwładności. W obszarze poza warstwą przyścienną dominują siły bezwładności. Przepły w w warstwie przyściennej może być laminamy lub turbulentny. Bywa i tak. że początkowo laminama warstwa przyścienna przekształca się w turbulcntną. Turbulizację warstwy przy ściennej przyspiesza np. chropowatość opływanej