Задачи общего физико-механического практикума по аэромеханике (1125742), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Она связывает напряжение Е, измеряемое вольтметром постоянного тока, со скоростью потока и, определяемой по разности статических давлений, измеряемых на стенках ресивера и рабочего сечения специальной тарировочной трубы, обеспечивающей течение с пренебрежимо малыми пульсациями скорости. Считается, что тарировочная кривая, полученная в потоке с очень низкой интенсивностью турбулентности, может быть использована для измерений мгновенных значений в потоке с интенсивностью а ~(20-30)5ь с погрешностью 10%. Любое изменение геометрии нли свойств нити датчика (вызванное, например, отложением пыли, касанием стенкзь провисанием нити, окислением материала нити и др.) может привести к изменению тарировочной характеристики датчика Тарнровочная характеристика предполагается справедливой для мгновенных значений напряжения Е и скорости и. При этом, величина напряжения соответствует нормальной к нити датчика составляющей скорости.

Количественные измерения интенсивности турбулентности основаны на определении величины производной ЫЕ/ йг тарировочной характеристики Е = г"(и): Е = Ео +В(и„) Пусть величины пульсаций составлшощих скорости потока и,' и напряжения е малы по сравнению с мгновенными значениями и н Е . В рассматриваемом случае нить датчика расположена перпендикулярно к направлению продольной составляющей скорости потока. Предположение о малости пульсационных значений скорости и напряжения — основное предположение, позволяющее расшифровать показания термоанемометра.

Имеем: 14 (1.2.5.7) 5=555+ ! „=~ф5' т ' ( ~ ' (!555! Выражение (1.2.5.5) подставляется в тарироаочную зависимость (1.2.5.4) пренебрегается при разложении в ряд величинами второго порядка малости, в результате получается соотношение (Е) +2(Ее) и Ео + В(55) 1+и— ()) (1.2.5.6) Осреднение его приводит к соотношению для средних величин (Е )=Ее+В(и) Тогда для пульсационных значений следует соотношение 2(Е)е и'(и) тв(и) 55(Е) Выражение для интенсивности продольной пульсации скорости записывается слелуюшим образом: =(»' ) /~ (и)= з 2 (е ) (12.5.8) Среднеквадратичное значение пульсаций напряжения на выходе термоиг анемометра (е) измеряется вольтметром среднеквадратичных значеннй.

Зависимости (1.2.5.4) и (1.2.5.7) используются для определения значений скорости н пульсаций скорости по измеренным термоанемометром значениям напряжения и пульсаций напряжения. Диаграмма чувствительности нити термоанемомегра является косинусной в широком диапазоне углов. Поэтому для двух нитей расположенных под углами ~~р к осн датчика применимы соображения, представленные в п.1.2.3. Такие датчики, называемые крестообразными (обычно <р=45 ) о применяются для измерения двух компонент скорости.

Существуют трехннтевые датчики для измерения трех компонент и даже чегырехнитевые для синхронного измерения пульсаций скорости и температуры. Принципиальным недостатком термоанемометра является его нечувствительность к направлению потока, поскольку он реагирует на так называемую «охлаждающую» скорость. Этот дефект приводит к большим погрешностям измерений в сильно турбулентных потоках. Так при одномерном течении с нулевым средним и = Азш оэг термоанемометр 15 Гг поведет себя как детектор и покажет среднее значение т = — А . По- 2 этому этот прибор не рекомендуется применять при уровне турбулентности выше 25%, Свободным от этих недостатков является так называемый пульсационный анемометр. Датчик этого прибора содержит три нити, расположенные поперек потока.

На среднюю нить подается периодический электрический сигнал, вызываюший ее нагрев. Нагретый газ сносится потоком к передней или задней нити, изменяя ее сопротивление и создавая ответный электрический сигнал. Далее скорость рассчитывается по принципам изложенным в начале раздела 1.2.3. Литература 1.

Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М., «Наукюх 1967. 2. Гарпин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения. Методы и приборы. М., «Наукюь 1964. 3. Андрианов И.В., Маневич Л.И. Наливайко Л.А. К расчету круглых цилиндрических орторопных пластин, подкрепленных радиальными ребрами. Строит. механика и расчет сооружений. 1975. № 5. С.19-23. 4. Попов С.Г.

Задачи обшего практикума по аэромеханике и газовой динамике для студентов 111 курса механико-математических факультетов государственных университетов. Лабораторный практикум. Специальность — механика. Изд-во МГУ. 1972. С.1-115. 16 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛА И СОПРОТИВЛЕНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННОГО ДАВЛЕНИЕМ Арафайлов С.И. Одной из наиболее важных аэродиюмических характеристик тела является сила лобового сопротивления.

Она определяет во многом траекторию летательного аппарата и его поведение в потоке. Наиболее простой способ определить эту величину экспериментально — весовой — с помощью специальных аэродинамических весов. Однако, в некоторых случаях весовой способ измерения силы оказывается неприемлемым. Например, если исследуемое тело находится на земле — это может быть высотное сооружение типа трубы предприятия, плотины, башни и т.п. Проблемы с весовым способом возникнут также и в случае, когда нам понадобится знать детальное распределение сил, например, вдоль несущей поверхности, которое необходимо для задания прочностных характеристик материала, из которого изготовлена эта поверхность.

Лобовое сопротивление, обусловленное давлением Для того чтобы справиться с подобными проблемами, в данной работе предлагается следующий способ измерения силового воздействня потока нв тело: сначала измеряется давление р на поверхности исследуемого тела, затем с помощью операции интегрирования по поверхности измеряется сила, создаваемая этим давлением: 3 Злесь индекс «л» означает, что сила соответствует только давлению, минус перед интегралом стоит из-за того, что нормальный вектор в имеет внешнее направление по отношению к телу, а, значит, направление элемента интегрирования аБ противоположно давлению, оказываемому обтекаемым потоком на тело (рис.1). Очевидно, что полное силовое воздействие потока Р не будет совпадать с силой, обусловленной только давлением — необходимо учитывать касательные напряжения, обусловленные вязкостью: Р=Р,+ 1т„5 3 17 В общем случае оба инте~рада в правой части этого равенства сопоставимы.

Однако, в некоторых случаях один из них может оказаться несущественным. Скажем, если мы хотим определить вертикальную составляющую этой силы У, называемую подъемной силой, — на большей части поверхности Я тел типа фюзеляжа самолета, ракеты, крылового профиля и т. п. проекция вектора т„на ось у будет невелика — т. е. вязкий интеграл для определения подъемной силы можно не учитывать. Тогда как для х — составюпошей силы, которую в дальнейшем будем называть лобовым сопротивлением Х, ситуация совершенно противоположна — т„на большей части поверхности практически полностью проецируется на ось х, поэтому, вклад вязкой составляющей силы сопротивления обычно весьма существенен, несмотря на относительную малость коэффициента вязкости.

Аналогично, расчитывая силу сопротивления при обтекании плоской пластины, поставленной перпендикулярно вектору скорости набегающего потока Зг„, получаем, что проекция вектора т„в равна нулю и в данном частном случае плоской пластины: Х=Х Если форма обтекаемого тела похожа на такую плоскую пластину (например, парашют) — очевидно, мы можем с большой точностью считать Х=Хд =-)рсозаЖ, Я где а — угол между нормалью н поверхностью.

18 Более того — эту аппроксимацию можно применить и для плохообтекаемых тел, то есть тел, поперечные потоку размеры которых сопоставимы с продольными — в частности для шара или для цилиндра. Конечно, отбрасывать вязкий интеграл можно только когда вязкость невелика — то есть при больших числах Рейнольдса. В данной работе рассматривается обтекание пилиндра и определяется лобовое сопротивление только за счет давления. Если число Рейнольдса, соответстауюшее условиям эксперимента окажется достаточно большим, то полученное значение будет достаточно хорошо аппроксимировать полное лобовое сопротивление цилиндра. Определение давления иа поверхности тела Для определения давления р проводится дренаж поверхности — на поверхности высверливаются отверстия и в них устанавливается датчик давления. Это может быть пьезоэлемент или конденсатор — устройства преобразуюшие механическое напряжение в электрический сигнал. В нашем эксперименте для наглядности используется «древний», но наиболее наглядный способ измерения давления — с помошью жидкостного маномеягра.

Отверстие с помошью шланга подсоединяется к У- образному сосуду с жидкостью известного удельного веса, второй конец которого либо открыт в атмосферу, либо давление во втором колене р известно из каких либо других соображений. Тогда искомое давление определяется по гидростатической формуле р-р =ядМзша где (г — коэффициент тарировки манометра, а — наклон манометра к поверхности горизонта.

Количество отверстий определяется необходимой точностью аппроксимации интеграла. Основная проблема при таком способе измерения — техническая. Для измерения давления необходимо просверлить отверстие строго по нормали к поверхности. Отклонение от нормального направления приводит к искажению измеряемого давления (рис. 2)— скос нормали навстречу потоку увеличивает снимаемое давление (за счет динамического напора потока), скос по потоку уменьшает давление (за счет срыва вихрей с острой кромки). Конечно нормаль невозможно выбрать абсолютно точно, приемлемое отклонение определяетсл числом Рейнольдса н скоростью потока на внешности пограничного слоя.

Характеристики

Список файлов учебной работы