Aerodinaminio vamzdžio laboratorinis darbas skirtas ištirti skirtingų kūnų formų įtaką srauto pasipriešinimui ir Reynoldso skaičiaus priklausomybei nuo srauto sąlygų. Tyrimo metu naudoti įrenginiai: aerodinaminis vamzdis AEROLAB, slėgio jutikliai, skysčio manometras ir įvairūs bandiniai kūnai (plokštelė, sfera, lašo formos kūnas, kaušelis ir kt.).
Eksperimento pradžia ir matavimo principai
Išmatuojamas atstumas nuo kiekvienos skylutės centro iki plokštelės bei atstumas nuo plokštelės priekinės briaunos iki jutiklių (šį atstumą pateikė dėstytojas). Plokštelė įstatoma į aerodinaminį vamzdį, o pilnutinio slėgio jutiklių vamzdeliai sujungiami su skysčio manometru. Nustatomas nurodytas srauto greitis (26 m/s) ir nurašomi slėgio parodymai. Taip kartojamas eksperimentas keičiant jutiklių atstumą nuo priekinės briaunos.
Iš matavimų apskaičiuojama pasipriešinimo koeficiento priklausomybė nuo srauto greičio ir plokštelės/ kūno formos. Reikšmės užrašomos į lenteles, o grafikai rodo pasipriešinimo koeficiento Cp ir Reynoldsso skaičiaus Re ryšį. Skaidrios lentelės su kampais (0°, 6°, 12°) rodo skaitmeninį atsaką įvairiose atakos kampų konfigūracijose.
Srauto greičio, slėgio pasiskirstymo ir Reynoldso skaičiaus dinamikos
Pradinės sąlygos: kampas lėkštinio plokštelės atžvilgiu - 0°, vėliau 6°, 12°. Slėgio pasiskirstymas analizuojamas per Cp koeficientą: Cp = (p(i) - p(d)) / (½ ρ V^2), kur ρ - skysčio tankis, V - srauto greitis. Iš rezultatas matyti, jog didesnis profilio paviršiaus plotas, nukreiptas į srautą, lemia mažesnį slėgio skirtumo koeficientą ir didesnį pasipriešinimą kai keliamoji jėga maksimali.
Eksperimente plokštelė įstumta į vamzdį, o atakos kampas keičiamas nuo 4° iki 20° be ir su vamzdžio įjungimu/ išjungimu. Pirmas bandinys - plokštelė: jai įjungtas aerodinaminis vamzdis, atliekami matavimai ir apskaičiuojamas pasipriešinimo koeficientas bei Reinoldso skaičius Re. Taip pat tiriami kiti kūnai pagal tų pačių principų poreikius. Gauti rezultatai įrašomi į lenteles ir vizualizuojami grafikuose.
Reynoldsas skaičiavimai ir kūnų išryškinimas
Reynoldso skaičius priklauso nuo srauto greičio, kūno dydžio ir tankio. Formulės ir reikšmės naudojamos siekiant nustatyti normą, pagal kurią skaičiuojamas pasipriešinimo koeficientas CD: CD = (2·D)/(S·ρ·V^2), kur D - pasipriešinimo jėga, S - kūno skerspjūvio plotas. Eksperimentuose nurodyta, jog vėliau didesnis v, didesnis CD, tačiau priklausomai nuo formos, skirtingos kūnų geometrinės charakteristikos lems skirtingas energijos pasiskirstymo dalis: buki kūnai didesnį slėgio pasipriešinimą, o aptakūs - trinties pasipriešinimą.
Buvo atliktas sferos analizės rinkinys: v = 10-60 m/s, atitinkamai CD buvo apskaičiuotas pagal įvertinimus. Kritinis Reynolds skaičius Re buvo nustatytas iš CD = 0,3 koeficiento reikšmės, kuriame iš grafiko išsiskiria Re reikšmė Re = 3,62×10^5, o turbulentiškumo faktorius TF = 1,062 ir turbulentiškumo lygis T = 0,078. Taip pat iš grafiko nustatyta, jog srauto greičio didėjimas sukelia spartesnį Re augimą, didesnį srauto energijos skirtumą ir pokyčius pasienio sluoksnyje.
Kiekybiniai rezultatai ir figūros
Gautų rezultatų pagrindu nustatytos šios tendencijos:
- Bukieji kūnai turi didesnį pasipriešinimą nei aptakūs lašo formos kūnai.
- Lašo formos kūnas pasižymi mažesniu profiliniu pasipriešinimu dėl vientiso srauto, o bukieji kūnai - dėl aiškaus srauto atplyšimo vietos ir didesnės slėgio skirtumo dalies.
- Reynoldsko skaičiaus įtaka priklauso nuo kūno kontūro ir paviršiaus pobūdžio - didelis Re lemia plonesnį pasienio sluoksnį esant vienodam profilio plotui.
Brėžimai rodo įvairių kūnų charakteristikas: žalioji linija - lašo forma, geltona - kaušelis, raudona - sfera, mėlyna - plokštelė, violetinė - apverstas kaušelis. Tyrimo metu buvo ištirta 0°, 6°, 12° kampų kombinacijos, siekiant įvertinti atmosferos sąlygas ir kampinių efektų įtaką.
Aušros laikas ir eksperimentinių duomenų išdėstymas
Eksperimentas su kiekybiniais matavimais buvo atliekamas etapais: nustatomas pradinis greitis, įjungiamas vamzdis, atlikti matavimai su plokštele, vėliau - su kitais kūnais. Atskirai užfiksuoti duomenys apie atstumus, jutiklių pozicijas, kampus ir srauto greitį. Surinkti duomenys įrašomi į lenteles su atitinkamais pavadinimais ir kampų nuorodomis, kad būtų galima teisingai nurašyti vėlesnius matavimus.
Taikymas laboratoriniam tikslui
Laboratorinio darbo tikslai buvo šie:
- Apskaičiuoti bandinio Reynoldsso Re skaičių.
- Nubraižyti slėgio pasiskirstymo grafiką (Cp) visiems trims atvejams.
- Apskaičiuoti keliamosios jėgos koeficientus visiems skaitytiniems atvejams.
- Rasti sferos kritinį Reynoldsso skaičių ir nustatyti AEROLAB vamzdžio turbulentiškumo faktorių TF bei lygį T.
Laboratoryje naudojami įrenginiai: aerodinaminis vamzdis AEROLAB, didžiausia sfera, liniuotė, slankmatis, lipni juosta. Dėstytojo paskirta sfera įstatoma į darbinę vamzdžio kamerą, patikrinama prietaisų nustatymas ir tvirtinimas. Srauto greitis keičiamas intervalais nuo 10 m/s iki 60 m/s, viską užrašant į lenteles. Iš grafiko nustatomas Re, CD ir reikšmės šiai spherai, bei nustatomas kritinis Reynoldsso skaičius.
Rezultatų išvada
Iš laboratorinio darbo metu surinktų duomenų galima teigti, jog aerodinaminio vamzdžio eksperimentas patvirtina, kad srauto grožio pasikeitimo, kampų bei kūno formos įtaka lemia skirtingą pasipriešinimą ir energijos pasiskirstymą pasienio sluoksnyje. Siūlomi tolesni tyrimai turėtų atskirti skirtingų formų poveikį turbulentiškumo faktoriui ir nustatyti optimalią formą skaitiniuose modeliuose.
tags: #aerolab #aerodinaminis #vamzdis #ktu #laboratorinis