12.4 Задание для выполнения работы

1. Изучить основные теоретические положения, необходимые для проведения данной лабораторной работы по рекомендуемой литературе и данным методическим указаниям.

2. Ознакомиться с устройством стенда и порядком проведения лабораторной работы.

3. Подготовить две таблицы размером 9х12 см, разлинованные на квадраты со стороной 1 см для снятия численных значений, и две заготовки рабочего поля, идентичные рабочему полю на стенде, в районе профиля лопатки (рис.12.1).

4. Определить поле скоростей, снять показания двойного зонда (датчика) в узлах сетки и рабочего поля при бесциркуляционном обтекании профиля лопатки.

5. Определить поле скоростей при циркуляционном обтекании профиля аналогично п.4, соблюдая условия Чаплыгина-Жуковского.

6. Обработать полученные результаты и сделать по ним выводы.

7. Оформить отчет согласно требованиям.

Рисунок 12.1 – Экспериментальная установка

12.5 Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд (рис. 12.1) состоит из вольтметра 1, предназначенного для измерения значений разности потенциалов в узлах сетки поля с помощью двойного зонда – датчика 2. Поток протекания жидкости моделируется плоскопараллельным электрическим полем, созданным в тонком проводящем листе высокоомной бумаги, где нанесена сетка координат – рабочее поле 3. Для оборудования потенциального магнитного поля служат шины 5 и 6. В центре рабочего поля вырезан профиль лопатки 4, геометрически подобный профилю натуральной лопатки.

Для циркуляции скорости профиля лопатки выполняется разрез поверхности рабочего поля, под прямым углом к нижней стороне профиля. По краям разреза установлены шины 7, 8, с их помощью задается необходимый скачок потенциала. На передней панели стенда находятся наборные ручки магазина сопротивлений от 10 Ом до 1000 Ом (позиции 9, 10, 11) . К клеммам магазина сопротивлений 12 с помощью проводников присоединены шины 7, 8. В случае безциркуляционного обтекания для выравнивания потенциалов на шинах 7, 8 используется отдельный проводник 13.

12.6 Порядок проведения работы

После прогрева вольтметра необходимо установить нулевое значение на индикаторе прибора.

1. Безциркуляционное обтекание единичного профиля лопатки .

В области невозмущенного потока (по экспериментальным данным это поток на расстоянии 4–6 длин хорды профиля лопатки от шин) все эквипотенциальные линии параллельны, а линии тока перпендикулярны эквипотенциалам. Рассмотрим прямоугольник, стороны которого состоят из эквипотенциальных линий и линий тока – рабочее поле.

Перейдем к моделированию задачи.

На рабочем поле вырезан профиль лопатки, следовательно, получена область движения электрического тока, геометрически подобная области движения жидкости, обтекающей заданный профиль. На шины 5, 6 включением тумблера Вкл подается напряжение. Шины 7, 8 закорочены проводником 13. В окрестностях шин 5, 6 устанавливаем с помощью датчика максимальное значение электрического потенциала, соответствующее значению максимальной скорости потока, в относительных единицах и направление движения потока. Для этого расположим датчик так, чтобы контактные углы его находились параллельно предлагаемому движению потока. Иглы датчика не должны попадать на разметочные линии, которые имеют иную удельную проводимость, чтобы результаты измерений не были искажены. Поэтому датчик устанавливают вблизи узлов сетки разбиения поля так, чтобы одна контактная игла датчика находилась только в одной точке квадрата рабочего поля (рис. 12.2 ориентировочное положение первой иглы обозначено буквой А).

Изменяя положение второй иглы (на рис. 12.2 обозначены – ), методом последовательных приближений находим максимальное значение разности потенциалов, которое относится к центру базы датчика, равные 5 мм. Полученное численное значение занесем в таблицу, в клетку, соответствующую квадрату рабочего поля, в котором проводились измерения. Клетки, в которых измерения не проводились, остаются незаполненными.

Не изменяя положения датчика, снимаем направление течения потока и переносим на заготовку рабочего поля также в соответствующий квадрат.

Далее, аналогичным образом необходимо замерить численные значения и определить направление течения в других интересующих нас точках в области профиля лопатки.

База датчика мала по сравнению с размерами рабочего поля, следовательно, он не вносит искажений в распределение скоростей даже при использовании прямого метода измерения.

По соотношению (12.4) определяют величины скорости в узлах, а по направлениям векторов скорости строят линии тока.

Рисунок 12.2 ‑ Сетка координат – рабочее поле

Рисунок 12.3 – Профиль лопатки

2. Циркуляционное обтекание единичного профиля лопатки.

В предыдущем случае на профиль лопатки не накладывалась циркуляция, что приводило к несоблюдению условия Чаплыгина-Жуковского на выходной кромке профиля.

Для моделирования реального течения вокруг лопатки введем циркуляцию потока, создаваемую за счет изменения сопротивления на участке между шинами 7, 8 с помощью проводника 12.

Подав напряжение на шины 5, 6 получим потенциальное поле, которое на шинах 7, 8 создает скачок потенциала. Величину скачка потенциала можно регулировать с помощью магазина сопротивлений. Шины 7, 8 только замыкаются сопротивлением, питание на них не подается.

Для проверки соблюдения условия Чаплыгина-Жуковского датчик устанавливают у задней кромки профиля лопатки, на биссектрисе угла, образованного касательными к верхней и нижней кромкам профиля (рис. 12.3).

Изменяя сопротивление перехода между шинами 7, 8 добиваются нулевого значения разности потенциалов. Это означает, что при обтекании профиля скорости потока на выпуклой и вогнутой поверхностях в области задней кромки профиля и лопатки одинаковы, что соответствует реальному сходу потока с задней кромки профиля. Далее, как и в предыдущем случае, снимают показания двойного зонда в области невозмущенного потока (шины 5, 6 ) и в интересующих точках. Все это переносят на вторую заготовку рабочего поля – строят поле скоростей для циркуляционного обтекания профиля лопатки.