Содержание отчёта.

1. Протокол эксперимента со схемой рабочего участка установки.

2. Графики изменения статического давления р и осреднённого давления торможения воздуха по длине l трубы для режимов без подогрева и с подогревом воздуха.

3. Графики изменения температуры Т и температуры торможения T* по длине l трубы для режимов без подогрева и с подогревом воздуха.

4. Графики изменения скорости движения с_ср и критической скорости с_кр по длине l трубы для режимов без подогрева и с подогревом воздуха.

5. Сравнение результатов эксперимента для режимов течения воздуха без подогрева и с подогревом .

6. Выводы по работе.

Контрольные вопросы к работе.

1. Почему поток при отсутствии подогрева можно считать энергоизолированным?

2. Под действием каких сил ускоряется газовый поток в ка­нале неизменного сечения как при отсутствии подогрева, так и при подогреве?

3. Какие преобразования энергии происходят в потоке на каждом из режимов?

4. Почему при условиях лабораторной работы поток в на­чальном и конечном сечениях канала может быть только дозвуковым?

5. Как изменялись бы параметры потока в канале неизмен­ного сечения при отсутствии подогрева и при подогреве, если бы газ был невязким?

6. Каковы причины потерь давления торможения потока при отсутствии подогрева и при подогреве?

7. Почему расход воздуха через канал на режиме с подог­ревом меньше, чем на режиме без подогрева, если на этих ре­жимах противодавление одинаковое?

8. Почему потери давления торможения потока на режиме с подогревом больше, чем на режиме без подогрева, если на этих режимах расход газа одинаковый?

9. Каким может быть давление газа в потоке на выходе из канала по сравнению с критическим давлением и противодавлением?

Лабораторная работа №5 обтекание пластины изоградиентнымдозвуковым потоком газа.

Цель работы: опытное определение толщины пограничного слоя и толщины вытеснения при обтекании плоской пластины изоградиентным дозвуковым потоком газа; сравнение опытной и расчетной толщины пограничного слоя; определение опытной зависимости изменения толщины пограничного слоя по длине пластины.

Теоретические основы эксперимента

Исследование процесса обтекания твердого тела вязким газом можно проводить двумя методами: интегрирования дифференциальных уравнений для вязкого газа по всей области течения; разделения потока на зону изоэнтропного ядра (внешний поток) и зону пограничного слоя, где имеет место повышенное влияние сил вязкости, которые являются определяющими в возникновении сил сопротивления тела. В данной лабораторной работе используется второй метод.

Во внешнем потоке действие сил вязкости практически не проявляется и можно предположить движение газа как идеального, т. е. абсолютно невязкого.

В поперечном сечении пограничного слоя скорость с_х движения газа(жидкости) плавно изменяется от скорости внешнего потока u до скорости, равной нулю на поверхности обтекаемого тела. (рис.1)

Рисунок 1- Схема обтекания плоской пластины вязким газом

Ввиду малой толщины пограничного слоя поперечный градиент скорости велик, поэтому велико и напряжение трения т.е. величины силы трения, действующей на единицу площади поверхности. Здесь μ – коэффициент динамической вязкости газа.

Движение газа в пограничном слое может быть ламинарным (слоистым) или турбулентным, в зависимости от числа Рейнольдса (Re).Одной из особенностей пограничного слоя при обтекание плоской пластины является то, что вблизи передней кромки он всегда ламинарный и только на некотором расстоянии х_кр начинается переход в турбулентный режим. Наиболее характерным признаком такого перехода является резкое увеличение толщины пограничного слоя и напряжения трения на стенке.

Экспериментальные исследования перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный на плоской пластине показали, что критическое значение числа Рейнольдса равно R_{e кр}=10⁵…10⁶.Число Рейнольдса является определяющим параметром не только для самого характера течения газа, но и для количественных характеристик пограничного слоя.

При расчете сопротивления тел, обтекаемых вязким газом, необходимо знать ряд параметров пограничного слоя: толщину пограничного слоя δ, число Re ,толщину вытеснения δ^* и др.

При известной эпюре распределения скорости в поперечном сечении пограничного слоя толщина слоя δ определяется его внешней границей, на которой скорость с_х условно принимается равной 99% от скорости u во внешнем потоке (рис.1).

При обтекании пластины изоградиентным

дозвуковым потоком газа при относительно малых скоростях движения (М< 0,3), когда сжимаемостью его можно пренебречь за малостью, толщина пограничного слоя δ может быть вычислена по формулам:

для ламинарного пограничного слоя (Re <3.2·10⁵)

(1)

для турбулентного пограничного слоя (Re >3.2·10⁵)

(2)

где число Рейнольдса или (3)

Здесь Reх - число Рейнольдса для пограничного слоя на расстоянии x от передней кромки пластины, u–скорость внешнего потока газа, - коэффициент динамической вязкости внешнего потока, - плотность газа внешнего потока, – коэффициент кинематической вязкости внешнего потока, .Коэффициент динамической вязкости определяется по формуле Сатерленда в зависимости от статической температуры Т_u внешнего потока

, (4)

где для воздуха С=122,К, =1,72·10^-5, Н·с/м².

Статическая температура Т_u определяется по известным температуре торможения и скорости u внешнего потока.

(5)

В озможно определение коэффициентов вязкости и в зависимости от статической температуры Т_u с помощью графиков, взятых из справочников,

.

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента кинематической

вязкости воздуха от температуры.

Толщина вытеснения δ^* - это такая условная толщина слоя с постоянной скоростью внешнего потока u, которая соответствует расходу газа, равному его уменьшению в пограничном слое из – за проявления сил вязкости. Она определяется соотношением

, (6)

где ρ,ρ_u – плотность в пограничном слое и во внешнем потоке. Это соотношение получается из условия, что расход газа части внешнего потока толщиной равен расходу, вытесненному из пограничного слоя толщиной

Для несжимаемого потока газа (ρ=ρ_u) соотношение (6) имеет вид:

Толщину вытеснения можно определить графически (рис.1) из условия равенства площади прямоугольника с основанием 0,99u и высотой (вертикальная штриховка) с площадью под кривой изменения скорости в пограничном слое (горизонтальная штриховка).