1.3.3 (812672)
Текст из файла
Îò÷åò î âûïîëíåíèè ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû1.3.3Îïðåäåëåíèå âÿçêîñòè âîçäóõà ïî ñêîðîñòè òå÷åíèÿ÷åðåç òîíêèå òðóáêèÌèõàèë Ëàøèí, 813 ãðóïïà 1 êóðñà ÔÐÒÊ21 àïðåëÿ 2019 ã.Àííîòàöèÿýêñïåðèìåíòàëüíî âûÿâèòü ó÷àñòîê ñôîðìèðîâàííîãî òå÷åíèÿ, îïðåäåëèòü ðåæèìû ëàìèíàðíîãî è òóðáóëåíòíîãî òå÷åíèÿ;îïðåäåëèòü ÷èñëî Ðåéíîëüäñà. ðàáîòå èñïîëüçóþòñÿ: ìåòàëëè÷åñêèå òðóáêè, óêðåïëåííûå íàãîðèçîíòàëüíîé ïîäñòàâêå; ãàçîâûé ñ÷åò÷èê; ìèêðîìàíîìåòð òèïà ÌÌÍ;ñòåêëÿííàÿ U-îáðàçíàÿ òðóáêà; ñåêóíäîìåð.Öåëü ðàáîòû:Ðàññìîòðèì äâèæåíèå âÿçêîé æèäêîñòè èëè ãàçà ïî òðóáêå êðóãëîãîñå÷åíèÿ. Ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ ïîòîêà äâèæåíèå îêàçûâàåòñÿ ëàìèíàðíûì (ñëîèñòûì), ñêîðîñòè ÷àñòèö ìåíÿþòñÿ ïî ðàäèóñó è íàïðàâëåíûâäîëü îñè òðóáêè.
Ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè ïîòîêà äâèæåíèå ñòàíîâèòñÿ òóðáóëåíòíûì, è ñëîè ïåðåìåøèâàþòñÿ. Ïðè òóðáóëåíòíîì äâèæåíèèñêîðîñòü â êàæäîé òî÷êå áûñòðî ìåíÿåò âåëè÷èíó è íàïðàâëåíèå, ñîõðàíÿåòñÿ òîëüêî ñðåäíÿÿ âåëè÷èíà ñêîðîñòè. Õàðàêòåð äâèæåíèÿ ãàçà (èëèæèäêîñòè) â òðóáêå îïðåäåëÿåòñÿ áåçðàçìåðíûì ÷èñëîì Ðåéíîëüäñà:Re =vrρη(1), ãäå v ñêîðîñòü ïîòîêà, r ðàäèóñ òðóáêè, ρ ïëîòíîñòü äâèæóùåéñÿñðåäû, η åå âÿçêîñòü.
 ãëàäêèõ òðóáàõ êðóãëîãî ñå÷åíèÿ ïåðåõîä îòëàìèíàðíîãî äâèæåíèÿ ê òóðáóëåíòíîìó ïðîèñõîäèò ïðè Re ≈ 1000.Ïðè ëàìèíàðíîì òå÷åíèè îáúåì ãàçà V , ïðîòåêàþùèé çà âðåìÿ t ïî òðóáåäëèíîé l, îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé Ïóàçåéëÿ:QV = πr4P1 − P28lη(2) ýòîé ôîðìóëå P1 −P2 ðàçíîñòü äàâëåíèé â äâóõ âûáðàííûõ ñå÷åíèÿõ1 è 2, ðàññòîÿíèå ìåæäó êîòîðûìè ðàâíî l. Âåëè÷èíó Q îáû÷íî íàçûâàþò ðàñõîäîì. Ôîðìóëà Ïóàçåéëÿ ïîçâîëÿåò îïðåäåëÿòü âÿçêîñòü ãàçà ïîåãî ðàñõîäó.Îòìåòèì óñëîâèÿ, ïðè êîòîðûõ ñïðàâåäëèâà ýòà ôîðìóëà.
Ïðåæäå âñåãî íåîáõîäèìî, ÷òîáû ñ äîñòàòî÷íûì çàïàñîì âûïîëíÿëîñü íåðàâåíñòâîRe < 1000. Íåîáõîäèìî òàêæå, ÷òîáû ïðè òå÷åíèè íå ïðîèñõîäèëî ñóùåñòâåííîãî èçìåíåíèÿ óäåëüíîãî îáúåìà ãàçà (ïðè âûâîäå ôîðìóëû óäåëüíûé îáúåì ñ÷èòàëñÿ ïîñòîÿííûì).
Äëÿ æèäêîñòè ýòî ïðåäïîëîæåíèå âûïîëíÿåòñÿ ïðàêòè÷åñêè âñåãäà, à äëÿ ãàçà ëèøü â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäàïåðåïàä äàâëåíèé âäîëü òðóáêè ìàë ïî ñðàâíåíèþ ñ ñàìèì äàâëåíèåì.1 íàøåì ñëó÷àå äàâëåíèå ãàçà ðàâíî àòìîñôåðíîìó (103 ñì âîä. ñò.), àïåðåïàä äàâëåíèé ñîñòàâëÿåò íå áîëåå 10 ñì âîä. ñò., ò. å. ìåíåå 1% îòàòìîñôåðíîãî.
Ôîðìóëà (2) âûâîäèòñÿ äëÿ ó÷àñòêîâ òðóáêè, íà êîòîðûõçàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ ñêîðîñòåé ãàçà ïî ñå÷åíèþ íå ìåíÿåòñÿ ïðè äâèæåíèè âäîëü ïîòîêà.Ðèñ. 1: Ôîðìèðîâàíèå ïîòîêà ãàçà â òðóáå êðóãëîãî ñå÷åíèÿÏðè âòåêàíèè ãàçà â òðóáêó èç áîëüøîãî ðåçåðâóàðà ñêîðîñòè ñëîåâ âíà÷àëå ïîñòîÿííû ïî âñåìó ñå÷åíèþ (ðèñ. 1). Ïî ìåðå ïðîäâèæåíèÿãàçà ïî òðóáêå êàðòèíà ðàñïðåäåëåíèÿ ñêîðîñòåé ìåíÿåòñÿ, òàê êàê ñèëà òðåíèÿ î ñòåíêó òîðìîçèò ïðèëåæàùèå ê íåé ñëîè. Õàðàêòåðíîå äëÿëàìèíàðíîãî òå÷åíèÿ ïàðàáîëè÷åñêîå ðàñïðåäåëåíèå ñêîðîñòåé óñòàíàâëèâàåòñÿ íà íåêîòîðîì ðàññòîÿíèè a îò âõîäà â òðóáêó, êîòîðîå çàâèñèòîò ðàäèóñà òðóáêè r è ÷èñëà Ðåéíîëüäñà ïî ôîðìóëå a ≈ 0, 2 · r · Re(3). Ãðàäèåíò äàâëåíèÿ íà ó÷àñòêå ôîðìèðîâàíèÿ ïîòîêà îêàçûâàåòñÿáîëüøèì, ÷åì íà ó÷àñòêå ñ óñòàíîâèâøèìñÿ ëàìèíàðíûì òå÷åíèåì, ÷òîïîçâîëÿåò ðàçäåëèòü ýòè ó÷àñòêè ýêñïåðèìåíòàëüíî.
Ôîðìóëà (3) äàåòâîçìîæíîñòü îöåíèòü äëèíó ó÷àñòêà ôîðìèðîâàíèÿ.Ýêñïåðèìåòàëüíàÿ óñòàíîâêà:Ðèñ. 2: Ñõåìà óñòàíîâêè äëÿ îïðåäåëåíèÿ âÿçêîñòè âîçäóõà2Èçìåðåíèÿ ïðîèçâîäÿòñÿ íà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêå, ñõåìà êîòîðîé èçîáðàæåíà íà ðèñ. 2. Ïîòîê âîçäóõà ïîä äàâëåíèåì, íåñêîëüêîïðåâûøàþùèì àòìîñôåðíîå (íà 57 ñì âîä. ñò.), ÷åðåç ãàçîâûé ñ÷åò÷èêÃÑ ïîñòóïàåò â ðåçåðâóàð À, ê êîòîðîìó ïðèïàÿíû òîíêèå ìåòàëëè÷åñêèå òðóáêè. Ïðèìåðíûå ðàçìåðû òðóáîê óêàçàíû íà ðèñóíêå (òî÷íûåðàçìåðû îáîçíà÷åíû íà óñòàíîâêå).
Îáå òðóáêè íà êîíöàõ ñíàáæåíû çàãëóøêàìè, íå ïðîïóñêàþùèìè âîçäóõ. Âî âðåìÿ èçìåðåíèé çàãëóøêà îòêðûâàåòñÿ òîëüêî íà ðàáî÷åé òðóáêå; êîíåö äðóãîé òðóáêè äîëæåí áûòüïëîòíî çàêðûò. Ïåðåä âõîäîì â ãàçîñ÷¼ò÷èê ïîñòàâëåíà U-îáðàçíàÿ òðóáêà, íàïîëîâèíó çàïîëíåííàÿ âîäîé. Îíà âûïîëíÿåò äâå çàäà÷è.
Ïåðâàÿ èçìåðåíèå äàâëåíèÿ ãàçà íà âõîäå â ãàçîñ÷¼ò÷èê. Âòîðàÿ ïðåäîõðàíåíèåãàçîñ÷¼ò÷èêà îò âûõîäà èç ñòðîÿ. Äåëî â òîì, ÷òî ãàçîñ÷¼ò÷èê óñòîé÷èâîðàáîòàåò, åñëè äàâëåíèå ãàçà íà åãî âõîäå íå ïðåâûøàåò 600 ìì âîäÿíîãî ñòîëáà. Âûñîòà U-îáðàçíîé òðóáêè ïðèìåðíî 600 ìì, ïîýòîìó, êîãäàäàâëåíèå íà âõîäå â ñ÷¼ò÷èê ïðåâûøàåò 600 ìì âîäÿíîãî ñòîëáà, âîäàèç U-îáðàçíîé òðóáêè âûïë¼ñêèâàåòñÿ â çàùèòíûé áàëëîí Á è, ñîçäàâàÿ øóì, ïðèâëåêàåò ê ñåáå âíèìàíèå ýêñïåðèìåíòàòîðà. Òàêàÿ ñèòóàöèÿ÷àñòî ñîçäà¼òñÿ â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ãàç ïîäàþò â ñèñòåìó ïðè çàêðûòûõ âûõîäàõ èçìåðèòåëüíûõ òðóáîê.
Äëÿ èçìåðåíèÿ äàâëåíèé â òðóáêàõïðîñâåðëåí ðÿä ìèëëèìåòðîâûõ îòâåðñòèé. Íà âðåìÿ îïûòà ê äâóì ñîñåäíèì îòâåðñòèÿì ïîäñîåäèíÿåòñÿ ìèêðîìàíîìåòð, à îñòàëüíûå ïëîòíîçàêðûâàþòñÿ çàâèí÷èâàþùèìèñÿ ïðîáêàìè. Ïîäà÷à âîçäóõà â óñòàíîâêóðåãóëèðóåòñÿ êðàíîì Ê.Ðèñ. 3: Ìèêðîìåòðè÷åñêèé ìàíîìåòð òèïà ÌÌÍ3 ðàáîòå ïðèìåíÿåòñÿ ìèêðîìàíîìåòð òèïà ÌÌÍ (ðèñ. 3), ïîçâîëÿþùèé èçìåðÿòü ðàçíîñòü äàâëåíèé äî 200 ìì âîä. ñò. Äëÿ ïîâûøåíèÿ÷óâñòâèòåëüíîñòè òðóáêà ìàíîìåòðà óñòàíîâëåíà â íàêëîííîì ïîëîæåíèè. ×èñëà 0,2; 0,3; 0,4; 0,6 è 0,8, íàíåñåííûå íà ñòîéêå 4, îáîçíà÷àþòêîýôôèöèåíò, íà êîòîðûé äîëæíû áûòü óìíîæåíû ïîêàçàíèÿ ìàíîìåòðà ïðè äàííîì íàêëîíå, äëÿ ïîëó÷åíèÿ äàâëåíèÿ â ìèëëèìåòðàõ âîäÿíîãî ñòîëáà. Ðàáî÷åé æèäêîñòüþ ÿâëÿåòñÿ ýòèëîâûé ñïèðò. Óñòàíîâêàìåíèñêà æèäêîñòè íà íóëü øêàëû ïðîèçâîäèòñÿ ïóòåì èçìåíåíèÿ óðîâíÿ ñïèðòà â ñîñóäå 1 ñ ïîìîùüþ öèëèíäðà 6.
Ãëóáèíà ïîãðóæåíèÿ öèëèíäðà â ñïèðò ðåãóëèðóåòñÿ âèíòîì 7. Ìèêðîìàíîìåòð ñíàáæåí äâóìÿóðîâíÿìè 9, ðàñïîëîæåííûìè íà ïëèòå 3 ïåðïåíäèêóëÿðíî îäèí äðóãîìó. Óñòàíîâêà ïðèáîðà ïî óðîâíÿì ïðîèçâîäèòñÿ äâóìÿ ðåãóëèðîâî÷íûìè íîæêàìè 10. Íà êðûøêå ïðèáîðà óñòàíîâëåí òðåõõîäîâîé êðàí 8,êîòîðûé èìååò äâà ðàáî÷èõ ïîëîæåíèÿ ¾0¿ è ¾+¿ (ðèñ. 3).  ïîëîæåíèè ¾0¿ ìåíèñê æèäêîñòè óñòàíàâëèâàåòñÿ íà íîëü.  ïîëîæåíèè ¾+¿ïðîèçâîäÿòñÿ ðàáî÷èå èçìåðåíèÿ. Ïåðåâîä èç ïîëîæåíèÿ ¾0¿ â ïîëîæåíèå ¾+¿ è íàîáîðîò îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ðû÷àæêà 5 (ðèñ.
3). Ïðèýòîì ó÷èòûâàåòñÿ, ÷òî â ðåçåðâóàðå óðîâåíü æèäêîñòè ïðàêòè÷åñêè íåìåíÿåòñÿ. Ãàçîâûé ñ÷åò÷èê ñëóæèò äëÿ èçìåðåíèÿ íåáîëüøèõ êîëè÷åñòâãàçà. Âíåøíèé âèä åãî èçîáðàæåí íà ðèñ. 4. Êîðïóñ ãàçîâîãî ñ÷åò÷èêà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé öèëèíäðè÷åñêèé áàëëîí, íà ïåðåäíåé òîðöåâîéñòåíêå êîòîðîãî íàõîäÿòñÿ ñ÷åòíî-ñóììèðóþùèé ìåõàíèçì è øêàëà ñîñòðåëêîé. Îäèí îáîðîò ñòðåëêè ñîîòâåòñòâóåò 5 ë ãàçà, ïðîøåäøåãî ÷åðåç ñ÷åò÷èê. Ãàçîâûé ñ÷åò÷èê çàëèâàåòñÿ âîäîé äî óðîâíÿ, îïðåäåëÿåìîãî ïî âîäîìåðíîìó óñòðîéñòâó 1.
Òðóáêà 2 äëÿ âõîäà ãàçà ðàñïîëîæåíàñçàäè ñ÷åò÷èêà, à òðóáêà 3 äëÿ âûõîäà ãàçà íàâåðõó ñ÷åò÷èêà. Ïàòðóáêè 4 ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðèñîåäèíåíèÿ U-îáðàçíîãî ìàíîìåòðà, àïàòðóáîê 5 äëÿ óñòàíîâêè òåðìîìåòðà. Êðàí 6 ñëóæèò äëÿ ñëèâà âîäû.Ñ÷åò÷èê ñíàáæåí óðîâíåì è ðåãóëèðîâî÷íûìè íîæêàìè äëÿ ïðàâèëüíîéóñòàíîâêè. Ïðèíöèï ðàáîòû ñ÷åò÷èêà ïîÿñíåí íà ðèñ. 5. Íà îñè, ïðîõîäÿùåé ïî îñåâîé ëèíèè öèëèíäðà, æåñòêî óêðåïëåíû ëåãêèå ÷àøè (äëÿóïðîùåíèÿ ÷åðòåæà íà ðèñóíêå èçîáðàæåíû òîëüêî äâå ÷àøè).
 ÷àøó,íàõîäÿùóþñÿ íàä òðóáêîé 2, ïîñòóïàåò âîçäóõ. Êîãäà ÷àøà íàïîëíÿåòñÿâîçäóõîì, îíà âñïëûâàåò, åå ìåñòî çàíèìàåò ñëåäóþùàÿ, è ò. ä. Âðàùåíèåîñè ïåðåäàåòñÿ ñ÷åòíî-ñóììèðóþùåìó óñòðîéñòâó.Ïðèìå÷àíèå: äëÿ óäîáñòâà ðàáîòû ñ áîëüøèì îáúåìîì äàííûõ áû-ëà ââåäåíà ñèñòåìà îáîçíà÷åíèé. Íà ðèñóíêå ðèìñêèìè öèôðàìè îáîçíà÷åíû âõîäû òðóáêè, ñîîòâåòñâåííî â áèíàðíîé çàïèñè 5-çíàêîâîãî÷èñëà åäèíèöàìè áóäóò îáîçíà÷åíû òå âõîäû, ê ê îòîðûì ïîäêëþ÷åíûâûõîäû ìàíîìåòðà.
Ñòàðøèé ðàçðÿä îáîçíà÷àåò òðóáêó, íà êîòîðîéïðîâîäÿòñÿ èçìåðåíèÿ (0 äëÿ òîíêîé òðóáêè, 1 äëÿ òîëñòîé)4Ðèñ. 4: Ê ïîÿñíåíèþ îáîçíà÷åíèÿ òðóáîêÂûïîëíåíèå ðàáîòûÃåîìåòðè÷åñêèå ðàçìåðû ÷àñòåé ýêñïåðèìåíàòëüíîé óñòàíîâêè:Äèàìåòð ïåðâîé òðóáêè: d1 = 0, 00395 ± 0, 00005 ìÄèàìåòð âòîðîé òðóáêè: d2 = 0, 00505 ± 0, 00005 ìÒàáëèöà 1: Ðàññòîÿíèÿ ìåæäó îòâåðñòèÿìè [ì3 ]l11000l01100l00110l000110, 115 ± 0, 0050, 3 ± 0, 0050, 4 ± 0, 0050, 5 ± 0, 005Îöåíèì äëèíó ó÷àñòêà ôîðìèðîâàíèÿ ëàìèíàðíîãî ïîòîêà â òîíêîéòðóáêå êàêa ≈ 0, 2 · r · Re = 0, 1 · d · Re ≈ 0, 1 · 0, 00395 · 1000 = 0, 395 ìïðè Re = 1000Ïîäñîåäèíèì ìèêðîìàíîìåòð ê äâóì ñîñåäíèì âûâîäàì òîíêîé òðóáêè ê îòâåðñòèÿì 00011. Ñíèìåì çàâèñèìîñòü ðàçíîñòè äàâëåíèé ∆P îòðàñõîäà Q = ∆V, ãäå ∆V èçìåðÿåòñÿ ãàçîâûûì ñ÷åò÷èêîì, à ∆t ñåêóí∆täîìåðîì. Ðåçóëüòàòû ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöå 2.5123456789101112131415∆V, äì0,5123455555555553Òàáëèöà 2: Òîíêàÿ òðóáêà 000113t, c Q, ìc · 10−5 ∆P, Ïà Êîëåáàíèÿ äàâëåíèÿ59,410,08416115,69656,630,17658527,46859,970,33350049,0565,120,46068868,6768,750,58181888,2970,780,706414107,9160,370,828226127,5355,060,908100149,11274-7852,560,951294168,73285-8750,500,990099194,23897-10147,721,047779233,478118-12043,281,155268286,452145-17440,341,239465343,35174-17638,161,310273384,552195-19735,681,401345436,545220-225∆P, ó.å.8142535455565768699119146175196222,5Çíà÷åíèå k êîýôôèöèýíòà ëèíåéíîé çàâèñèìîñòè ïîëó÷åíî èç ÌÍÊ.Îöåíèì âÿçêîñòü âîçäóõà ñ ïîìîùü ôîðìóëû Ïóàçåëÿ è îïðåäåëèì ïîãðåøíîñòü:kπr48lêã151215 · 3, 1416 · 0, 003954η≈≈ 1, 807 · 10−542 · 8 · 0, 5ì·ñÐàñ÷åò ïîãðåøíîñòåé:êãσk ñëó÷ ≈ 7 · 105 4ì ·ñrêãσ∆P 2 σ∆V 2 σ∆t 2σk ñèñò = k ·++≈ 5 · 105 4∆P∆V∆tì ·ñqêãσk = σk2 ñëó÷ + σk2 ñèñò ≈ 9 · 105 4ì ·ñs2 σ 2 σ 24 · σrêãkl++ση = η ·≈ 1, 4 · 10−6klrì·ñη= èòîãå èìååì çíà÷åíèå âÿçêîñòè:η = (18, 07 ± 1, 4) · 10−66êãì·ñÐèñ.
5: Çàâèñèìîñòü ðàçíîñòè äàâëåíèé îò ðàñõîäàÐàññ÷èòàåì ÷èñëî Ðåéíîëüäñà äëÿ ïåðåõîäíîé îáëàñòè ìåæäó ëàìèíàðíûì è òóðáóëåíòíûì òå÷åíèåì. Çíà÷åíèå ïëîòíîñòè âîçäóõà ρ = 1.258 êã/ì3âçÿòî èç ðàñ÷åòîâ ïðîøëîé ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû:Re =vrρ2Qρ=≈ 901ηdπηÏðè ðàñõîäå, çàâåäîìî îáåñïå÷èâàþùåì ëàìèíàðíîñòü ïîòîêà, èçìåðèì ðàñïðåäåëåíèå äàâëåíèÿ âäîëü òðóáêè. Äëÿ ýòîãî ìèêðîìàíîìåòðïîñëåäîâàòåëüíî ïîäñîåäèíèòå êî âñåì åå âûâîäàì. Ðåçóëüòàòû îòðàæåíû â òàáëèöå 3 è íà ãðàôèêå ðèñ.
6.Èç ãðàôèêà ñëåäóåò, ÷òî òî÷êè, ñîîòâåòâóþùèå òóðáóëåíòîìó ïîòêó,ñîîòâåòâóþò ïîëîæåíèÿì ïåðâîãî âûõîäà ìàíîìåòðà íà âòîðîì âûõîäå7123456Òàáëèöà 3:∆V, äì3333333Îïðåäåëåíèå ëèíåéíîñòè äàâëåíèÿ íà ìàëîé òðóáêå3t, cQ, ìc∆P, ó.å. ∆P, Ïà Ïîëîæåíèå ∆l, ì51,66 0,000058075098,100"00011"0,551,66 0,0000580788172,656"00101"0,951,66 0,000058074180,442"00110"0,451,66 0,00005807141276,642"01001"1,251,66 0,0000580793182,466"01010"0,751,66 0,0000580754105,948"01100"0,3Ðèñ. 6: Îïðåäåëåíèå ëèíåéíîñòè äàâëåíèÿ íà ìàëîé òðóáêåòóáêè (ñì.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
