МЖиГ. 2 МЖиГ. Теория описание оборудования

• Название: Теория описание оборудования
• Дата: 14.04.2022
• Размер: 209.5 Kb.
• Имя файла: 2 МЖиГ.doc
• Тип: Документы; #473528

FME20

ТЕОРИЯ

1. 
   ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ
   
   1. 
      Описание
      

Оборудование Визуализации Ламинарного Потока позволяет выполнять полное изучение двух-пространственных (2D) проблем, связанных с ламинарным потоком путем визуализации различных моделей потоков, которые могут быть визуализированы с помощью эффективной системы вливания чернил. Она состоит из увеличения устройства Hele-Shaw.

Вода поставляется к оборудованию из движимого мундштука стола или Группы с помощью гибкого шланга, идущего через увлажнительный резервуар, который иллюминирует турбулентность.

Она имеет систему инъекционной окраски, состоящей из контейнера, контрольного клапана потока и нескольких иголок, позволяющих лучшую визуализацию потока вокруг различных гидродинамических моделей, расположенной в центральной части канала

Рис 1.1.2

Оборудование может быть сбалансировано путем регулируемых ножек.

 

2. 
   Практические возможности
   

· ИДЕАЛЬНЫЙ ПОТОК ВОКРУГ ПОГРУЖЕННЫХ ТЕЛ:

- Идеальный поток вокруг цилиндра.

- Идеальный поток вокруг поверхности.

- Идеальный поток вокруг тела на пике.

· ИДЕАЛЬНЫЙ ПОТОК В КАНАЛЕ И НА КРАЯХ:

- Идеальный поток в сходящемся канале.

- Идеальный поток в расходящемся канале.

- Идеальный поток через кривую в 90º.

- Идеальный поток через внезапное сжатие.

- Идеальный поток через резкое расширение.

- Замена линии течения твердым краем.

3. 
   Спецификации
   

• 
  Мощность окраски резервуара: 0.3 liters.
  
• 
  Ширина/Длина стола: 400/210 мм.
  
• 
  Глубина стола: Регулируется в зависимости от модели.
  
• 
  Гидродинамическая модель:
  
  • 
    Две круглые 25 на 50мм в диаметре.
    
  • 
    Две прямоугольные25x25 и 50x50.
    
  • 
    Клин
    

Рис 1.3.1. Гидродинамические модели

3. 
   Размеры и вес
   

• 
  Приблизительные размеры: 870x450x400мм.
  
• 
  Приблизительный вес: 10kg.
  

1. 
   ТЕОРИЯ
   

В многих теориях о жидкостях, они рассматриваются как «идеальные» (игнорируются свойства изменчивости, которые должны рассматриваться) и следующее, получены теоретические значения корректируются с помощью факторов корректировки, получаемых экспериментальным путем.

Таблица Ламинарного потока предназначен показать поток жидкости в 2D формате. Медленная скорость жидкости и незначительное пространство между верхним и нижним значением (отметкой) дает как результат низкое число Рейнольдов. Т.к. число Рейнольдов есть отношение инерционных сил к вязким, первые могут быть проигнорированы, так чтобы достигнутый поток зависел от потенциала. Это условие дает приблизительную симуляцию идеального потока и полученные модели потока могут рассматриваться как жидкости идеального потока. Т.к. поток зависит от потенциала, таблица жидкости может быть использована для симуляции любой системы, которая отвечает уравнению Лапласа.

Например, 2D стабильный поток тепла может быть продемонстрирован, представляя Потенциал и разницу температур в системе.

Давайте рассмотрим следующие свойства жидкости с идеальным потоком.

1. 
   Линии течения и трубки течения
   

Линии течения это воображаемые линии, рисуемые в жидкости для характеристики поля потока. Касательная к любой точке линии течения дает направление скорости жидкости в данной точке. Поэтому, не может быть какого-либо потока через линию течения.


 

 



 

Рис 2.1.1 показывает типичную пару линий течения.

Уклон линии течения в A:



 

Поэтому, уравнение линии течения есть:

udv-vdx=0 (1) где:

u и v это проекции скорости на оси x.

Труба течения это зона жидкости в движении, ограниченной линиями течения и пространством трубы называемой Пространство Потока.

2. 
   Анализ 2D потока.
   

Предположим, что течение находится в статическом состоянии.



Рис. 2.2.1 показывает точку в жидкости потока, которая была увеличена до прямоугольной формы для большей ясности. Ее компоненты скорости это u и v:

Плотность потока r - постоянна.

Для постоянста массового потока в поле и рассматривая глубину единицы (dz=1):



Из которой получаем:



Поэтому для постоянства

(2)

 

Т.к. не может быть потока проходящего по линии течения, значение массы потока идущей по трубе течения должно быть постоянным и иметь непрерывный характер. Скорость потока по трубе может изменяться, поэтому она будет иметь секционную поверхность крестообразной формы. Отсюда, извлекаем будет ли позиция линий течения известна, и тогда получим распределение скорости в пространстве.

Функция потока, представленная буквой Y , необходимо получить уравнение линии течения..



Рис 2.2.2

 

Рис 2.2.2 показывает две линии течения со ссылками AC и BD.

Если v это скорость жидкости в любой точке линии AB или CD, и dl это элемент нормальной линии к трубе течения в данной точке, тогда:

• 
  Поток за единицу глубины через dl будет: dY = vdl
  
• 
  Общий поток за единицу глубины между A и C будет: Y = ò_ACVdl
  

 

Т.к. ни один из потоков не пересекает трубу течении AB-CD тогда поток через АС равен потоку через BD.

Труба течения может быть классифицирована используя числовое значение Функции течения между нею и ссылочной трубой течения.

Твердые края могут быть рассмотрены как линии течения, и если начальная точка расположена на линии твердого края тогда, тогда, этот край линии течения может быть рассмотрен как (x,y)=0 (т.к. нет потока относящегося к начальной точке).

Следующие линии течения могут быть последовательно пронумерованы (не обязательно в порядке 1, 2, 3,и т.д.) как номер линии течения в функции течения.

Уравнения линии течения определены отношением: axy=c² (обычная гипербола) и, поэтому, функция течения Y= axy где a постоянная величина.

Поток текущий по часовой стрелке относительно O есть позитивное значение Y .

3. 
   Потенциальная скорость
   

Для полного анализа потенциальной скорости, необходимо рассмотреть циркуляцию и нарушение покоя вихрями, которые не определяются в данном тексте.

Однако, используя предыдущую экспозицию, мы можем продемонстрировать существование эквипотенциальных линий, которые являются нормальными в любой линии течения. Потенциал любой линии, представленной буквой f могут быть определены отношением f =vdz, где z это элемент вдоль линии течения (эквивалентный единице элемента в случае с функцией течения, но перпeдикулярно расположенной)

Как в случае с функцией течения, мы выберем ссылку по которой будут определяться все эквипотенциальные линии.

Вышеуказанная теория это краткое введение к теме Потока идеальной жидкости. Сигнальные параметры имеют особую важность при определении ситуации типичного потока и могут быть продемонстрированы в упражнении с Таблицей Ламинарного потока.

Консультация с соответствующим учебным пособием касательно темы предоставит больше подробностей при рассмотрении моделей потока для определенной ситуации, которая может быть показана с помощью Таблицы Ламинарного потока. Обратный вариант также может быть применен, при получении значений потока, скорости, и т.д., для реальной ситуации пользуясь Таблицей Ламинарного Потока.

1. 
      Упражнение 1: Идеальный поток вокруг погруженного цилиндра.
   

7.3.1.1  Цель

• 
        Изучение идеального потока погруженных тел.
  

7.3.1.2  Необходимый материал.

• 
  Оборудование FME-20
  
• 
  Гидравлический стенд или Группа
  
• 
  Цилиндр
  

1. 
   Проработка упражнения
   

Контрольный клапан должен быть отрегулирован на отметке переполнения, для получения минимального значения имеющегося стабильного потока без принятия (запуска) воздуха между стеклянными отметками. Это обеспечит условия почти идеального потока. Установите систему окраски инъекционной жидкости согласно описанию в главе по установке. При введении моделей в тестовой секции, они должны быть расположены в центре тестовой секции, используя сетку превосходной стеклянной отметки для линии окраски инжектора жидкости. Будьте особо осторожны при снижении верхней стеклянной отметки. Для получения четко определенных и тонких течений для окрашиваемой жидкости, которые покажут относительные линии течения после проведения корректировки объекта наблюдения, открывается и регулируется регулируемый клапан окрашиваемой жидкости,

Позиция линий окрашиваемой жидкости относительно модели может быть хорошо скорректирована, путем осторожного скольжения поперечных осей инжектора к необходимой позиции.

Установите цилиндр в центральное положение тестовой секции с осью вдоль течения окраски жидкости. Окончательная модель линий течения должна быть симметрична без образования вихрей или разделений. Сужение линий течения в поперечной части цилиндра указывает на поверхность низкого давления. Симметрия модели, на обоих уровнях показывает, что нет возникающего вследствие этого давления.

 

Р
ис 3.1.1

7.3.2    Упражнение 2: Идеальный поток вокруг погруженного профиля

7.3.2.1  Цель

• 
  Изучение идеального потока вокруг погруженных тел.
  

7.3.2.2  Необходимый материал

• 
  Оборудование FME-20
  
• 
  Гидравлический стенд или Группа
  
• 
  Профиль
  
• 
  7.3.2.3  Проработка упражнения
  

Рис 3.2.1

Секция поверхности располагается в центральной позиции в тестовой секции с небольшим углом наклона к потоку. (см.рис 3.2.1). Точка стагнации в направляющем крае должна быть размещена в позиции прилегающей к потоку окрашиваемой жидкости.

Сужение площадей в линии течения должно произойти на поверхности, и соответствующее расширение в нижней части, что показывает силы всасывания и давления на поверхности, которые генерируют подъем (повышение). Повторите предыдущий процесс для различных углов наклона для демонстрации изменения в точке стагнации.

7.3.3    Упражнение 3: Идеальный поток вокруг тела на пике

7.3.3.1  Цель

• 
         Изучение идеального потока вокруг погруженных тел.
  

7.3.3.2  Необходимый материал

• 
  
  

7.3.3.3  Проработка упражнения

Расположите квадрат в центральную позицию тестовой секции с ее краями, расположенными параллельно направлению потока.

Течение центральной линии окраски должно совпадать с осью. Данный эксперимент позволить визуализовать условия потока на столе. Таким образом, для условий идеального потока линии течения должны быть симметричны по обоим сторонам квадрата.

Любая тенденция при которой жидкость отделяется полностью от тела (удаляется от нее) и при этом не получается идеального потока.

Р
ис 3.3.1

7.3.4    Упражнение 4: Идеальный поток в сходящемся канале

7.3.4.1  Цель

• 
  Изучение идеального потока в каналах.
  

2. Необходимый материал

• 
  Оборудование FME-20
  
• 
  Гидравлический стенд или Группа
  

-   Твердые края.

7.3.4.3  Проработка упражнения

Для данного вида экспериментов, Таблица Ламинарных Потоков должна быть приспособлена как показано в главе «Установка».

Расположите пару твердых краев канала (прилагаемых с оборудованием) в центре тестовой секции вдоль направления потока (см. Рис 3.4.1). Разделение между отмеченными поверхностями должно будет откорректировано, чтобы получить адекватное число течений окрашенной жидкости. Вы заметите сужение пространства между линиями течения в направлении выемки, что указывает на наращение скорости жидкости и снижение давления.

Повторите тот же эксперимент для различных пространств. Кроме угла схождения могут изменяться различные секции относительно направлений потока.

7.3.5 Упражнение 5: Идеальный потока в сходящемся канале

7.3.5.1  Цель

• 
  -       Изучение идеального потока в каналах.
  

7.3.5.2  Необходимый материал

• 
  Оборудование FME-20
  
• 
  Гидравлический стенд или Группа
  
• 
  Профиль
  

7.3.5.3  Проработка упражнения

Расходящийся канал представлен в конце течения секций. Рис 3.5.1 показывает модель типичной линии течения. Пространство и расходящийся угол могут регулироваться.

Р
ис 3.5.1

7.3.6    Упражнение 6: Идеальный поток в локте под углом 90º

7.3.6.1  Цель

• 
  Изучение идеального потока в локтях.
  

7.3.6.2  Необходимый материал

• 
  Оборудование FME-20
  
• 
  Гидравлический стенд или Группа
  
• 
  Профиль
  
• 
  7.3.6.3  Проработка упражнения
  

Модель текущей линии для типичного локтя в 90º показано на Рис. 3.6.1.

Р
ис 3.6.1

7.3.7    Упражнение 7: Идеальный поток при внезапном сжатии

7.3.7.1  Цель

• 
  -       Изучение идеального потока в каналах.
  

7.3.7.2  Необходимый материал

• 
  -       Оборудование FME-20
  
• 
  Гидравлический стенд или Группа
  
• 
  Твердые края.
  

7.3.7.3  Проработка упражнения

Расположите модели так, чтобы генерировать сокращение перехода в ширине канала. Типичная модель течения показана на рис. 3.7.1. В этом случае идеального потока, модель очень похожа модели в сходящейся секции.

Р
ис 3.7.1

7.3.8    Упражнение 8: Идеальный поток внезапного сжатия

7.3.8.1  Цель

• 
  Изучение идеального потока при внезапном сжатии
  

7.3.8.2  Необходимый материал

• 
  Оборудование FME-20
  
• 
  Гидравлический стенд или Группа
  
• 
  7.3.8.3  Проработка предложения
  

Обратная ситуация к предыдущему симулируется с наращением перехода в ширине канала. Окончательная модель линии течения показана на рис. 3.8.1. Модель очень похожа модели полученной при постепенном расхождении. one produced by the gradual

Р
ис 3.8.1

7.3.9    Упражнение 9: Замена линии течения для твердого

7.3.9.1  Цель

• 
  -       Изучение идеального потока в каналах.
  

7.3.9.2  Необходимый материал

• 
  Оборудование FME-20
  
• 
  Гидравлический стенд или Группа
  
• 
  Твердый край
  

7.3.9.3  Проработка упражнения

Т.к. никакая жидкость не может пересечь линию течения, есть возможность заменить любую линию твердым краем без изменения остальной модели линии течения.

Это может продемонстрировано путем корректировки любого из предыдущих экспериментов и наблюдая за полученной моделью. Вам необходимо внедрить твердый край для замены линии течения (адаптируя ее к былой форме) без изменения любого из параметров. Окончательная модель будет сравниваться с первоначальной для демонстрации того, что не было какого-либо изменения в других линиях течения.