Зависимость расхода от угла скоса. Отчет по лабораторной работе 1 по дисциплине Механика жидкости и газа

• Название: Отчет по лабораторной работе 1 по дисциплине Механика жидкости и газа
• Анкор: Зависимость расхода от угла скоса
• Дата: 10.05.2023
• Размер: 2.55 Mb.
• Имя файла: Laba_1_otchet.doc
• Тип: Отчет; #1119806
• страница: 2 из 7

ВВЕДЕНИЕ

Множество измерений, выполняемых в экспериментальных исследованиях, связаны с измерением давления. Давление – основной параметр рабочей машины в гидрогазодинамике. Точность измерения этого параметра сильно влияет на аэродинамические и технические характеристики самолетов, работу их силовых установок. Помимо этого, давление используется в косвенных измерениях других технологических параметров рабочего тела, таких как расход, температура, скорость, плотность и т.д.

В авиации довольно часто необходимо измерять давление воздуха, газов, топлива в силовых установках или в бортовых системах (системе запуска двигателя, тормозной, противопожарной, кислородной, системе выпуска и уборки шасси, закрылков, предкрылков). В поршневых двигателях требуется знать давление воздуха или смеси во всасывающих патрубках. Кроме того, для контроля за режимом работы газотурбинного двигателя надо измерять давление масла в главной масляной магистрали; значения абсолютного и избыточного давления масла в двигателе, перепад давлений на масляном фильтре. Определяется давление топлива, подступающего к форсункам, или на выходе из топливного насоса; на топливном фильтре (значения не должны превышать определённый предел). Также, определяется перепад давлений в турбине, давление воздуха, входящего в компрессор и отбираемого из него, давление выходящих газов и давление в воздушном клапане стартёра. В турбовальных двигателях требуется знать значение давления масла в трансмиссии; в измерителе крутящего момента.

Кроме того, при обтекании тел потоком жидкости или газа возникает сопротивление, которое складывается из нескольких составляющих. Одной из наиболее существенных потерь является профильное сопротивление, которое состоит из сопротивления трения и давления. Причина первого – действие сил вязкого трения между телом и жидкостью. А сопротивление давления возникает из-за разности давлений на передней и задней поверхностях тела, которая создаёт равнодействующую силу, препятствующую движению тела. Для того, чтобы узнать значение этой разности давлений, надо определить значения давлений, действующих на переднюю и заднюю кромки обтекаемого тела; измерение этих давлений также необходимо проводить с помощью приёмников давления.

Исследование распределения давления по поверхности крыла является одной из наиболее часто встречающихся задач в практике аэродинамических лабораторий. Это исследование позволяет уточнить условия обтекания крыла, даёт данные для расчёта его на прочность, а, следовательно, подбора материалов и выбора силовой схемы крыла. Также целью таких исследований является определение аэродинамического качества профиля, являющееся отношением коэффициента подъёмной силы к коэффициенту аэродинамического сопротивления. Исследование распределения давлений по профилю под разными углами даёт представление о применимости данного крыла.

Получение закона распределения давления набегающего воздушного потока по поверхность крыла самолета является важной задачей аэродинамики. А зная перепад давлений, измеряемый с помощью трубки Пито, можно определить скорость этого набегающего потока, произведя расчет по уравнению Бернулли.

1 КРАТКАЯ ТЕОРИЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ

Приемники давления используются для измерения как полного, так и статического давления. Для измерения полного давления P^* используются точки изоэнтропного торможения, а для измерения статического - точки чисто диссипативного торможения. Однако для определения распределения статического давления вдоль поверхности можно просто расположить отверстия малого диаметра вдоль поверхности и произвести измерения. Если необходимо узнать значение давления в конкретной точке внутри потока, то нужно знать механизм преобразования кинетической энергии во внутреннюю или потенциальную энергию в энтальпию, а также распределение давления по обводам цилиндра.

Отверстия в приёмном устройстве расположены с учётом того, что поток может огибать его. Поэтому отверстие для измерения полного давления расположено на профиле при угле атаки строго параллельно потоку, чтобы поток попадал, не искажаясь. В то время как отверстие для измерения статического давления находится перпендикулярно к линии тока, исключая возможность попадания динамической составляющей.

Основным требованием к отверстию является его расположение. Отверстие полного давления должно находиться строго на линии, совпадающей с направлением потока. Отношение расстояния от начала приёмника давления до точки, в которой измеряется полное давление, к диаметру трубки должно быть равно трём, не меньше.

Эксперимент не может быть проведён идеально, присутствуют погрешности. Это и инструментальные погрешности, связанные с приёмниками полного и статического давления: качество исполнения, изготовления приёмников давления и элементов измерительной системы влияет на результат измерения. Кроме того, так как определение плотности воздуха производится косвенным путём, появляется ошибка косвенных измерений. Также ошибки измерений появляются в ходе выполнения работы. К ним можно отнести погрешность методическую (неправильное считывание показаний со шкалы, установка приёмника под углом «на глаз»), инерционность механизма, также немалую роль играет то, что сигнал от точки фактического измерения передаётся не мгновенно до считывающего устройства.

Из-за наличия погрешностей измерений появляется коэффициент сохранения полного давления, оценивающий газодинамические потери в процессе торможения воздушного потока. Но так как в данном эксперименте происходит плавное торможение, то можно считать, что потерь нет, кинетическая энергия переходит полностью в энергию давления.

Подробно рассмотреть давление невозмущенного потока можно на рисунке 1. Так, невозмущённый поток подходит с постоянной скоростью, перед трубкой давление увеличивается до значения давления торможения Р^*, затем появляется ускорение в точке А, поток прижимается к трубке, статическое давление уменьшается. В точке В происходит выравнивание струйки и статическое давление возрастает. После точки В поток развивается в зависимости от наличия дефлектора. Если он имеется, то скорость по сечению канала увеличивается и статическое давление выравнивается с давлением невозмущённого потока. График на рис. 1 представлен для случая без дефлектора, когда статическое давление, проходя приёмное отверстие, продолжает увеличиваться.


Рисунок 1 - Изменение давления по поверхности трубки

В лабораторной работе принимается, что течение установившееся и жидкость несжимаемая, поэтому закон сохранения энергии можно описать с помощью уравнения Бернулли:

, (1)

где - плотность воздуха, - скорость потока, - статическое давление, - полное давление. Для формулы (1) с учётом сжимаемости предполагается, что преобразование статического давления в полное (измерение статического и полного давлений) происходит в одной точке.

Также, уравнение Бернулли может принимать следующий вид:

, (2)

где h - разность высот расположения точек измерения статического и полного давлений.

С учётом того, что эксперимент проводится на постоянной высоте, гидростатическое давление из уравнения обращается в ноль:

. (3)

В уравнении (3) первое слагаемое является динамической, а второе - статической составляющей полного давления. Таким образом, преобразование кинетической энергии потока в потенциальную происходит в соответствие с уравнением Бернулли при условии, что температура, плотность и объём воздушного потока в различных сечениях аэродинамической трубы постоянны, то есть внутренняя энергия в расчёте не учитывается.