Учебное пособие: Експериментальна аерогідродинаміка та гідравліка

1.4 Дослідження гідравлічного опору труб

1.4.1 Лабораторна работа. Визначення коефіцієнта опору тертя

1.5 Дослідження місцевих опорів

1.6 Методика експериментального визначення коефіцієнтів місцевих опорів

1.6.1 Лабораторна работа. Визначення коефіцієнта місцевого опору

Передмова

Незважаючи на успіхи в розробці теоретичних методів, аерогідромеханіка, по суті, залишається наукою експериментальною. В аеродинамічному експерименті широко застосовуються прийоми візуалізації потоку, які дозволяють, зробивши потік "видимим", вивчати його характерні деталі. Для дослідження розподілу тиску на поверхні тіла використовується метод дренованих моделей, а для знаходження аеродинамічних характеристик тіл - метод терезів.

Сучасна матеріальна база експериментальної аеродинаміки досить розвинена. Вона охоплює широкий клас обладнання - від навчального демонстраційного обладнання, яке можна розмістити навіть на лабораторному столі, до велетенських промислових установок: аеродинамічних труб, дослідних стендів. Для виконання вимірювань в аеродинаміці застосовується багато різноманітних датчиків та реєструючих приладів.

Як бачимо, сучасна експериментальна аеродинаміка - складне і різнопланове господарство, з яким студенти, що спеціалізуються в галузі ракетної техніки, повинні бути добре обізнані.

У запропонованому виданні вміщений опис лабораторних робіт, виконання яких сприятиме формуванню навичок проведення експерименту, практичному ознайомленню з методикою вимірювання та прийомами обробки дослідних даних. У процесі виконання лабораторної роботи студент повинен добре усвідомити фізичну суть і закономірності досліджуваного явища, що дозволить краще сприймати лекційний матеріал.

1. Гідродинаміка

1.1 Короткі теоретичні відомості з гідродинаміки

Гідродинамікою називається розділ механіки рідини, у якому вивчаються закони її руху. Потік реальної рідини характеризують швидкістю, дотичними напруженнями та тиском у різних точках простору, зайнятого рідиною.

Перелічені параметри в загальному випадку залежать від координат простору та часу.

Рух рідини може бути усталеним (стаціонарним) або неусталеним (нестаціонарним).

Усталений рух не змінюється з часом, тобто це рух, при якому тиск і швидкість є функціями лише просторових координат:

Витратою рідини називається кількість рідини, яка протікає через поперечний переріз потоку за одиницю часу. Цю кількість рідини можна вимірювати одиницями об’єму, маси або ваги. Відповідно розрізняють витрати: об’ємні - Q, м³ /с;

масові - М, кг/с; ();

вагові - G, Н/c; ().

Швидкості реальних рідин у поперечному перерізі потоку розподілені нерівномірно (рис.1), зокрема через прилипання частинок рідини до поверхні труби швидкість рідини на її стінках дорівнює нулю.

Середньою швидкістю V рідини у поперечному перерізі потоку з площею F називається фіктивна, однакова для всіх точок перерізу, швидкість

.

Рух рідини описують такі основні закони:

1. Закон незмінності витрат уздовж потоку, який записується рівнянням нерозривності

.

2. Закон збереження енергії.

Рис.1. Епюра швидкостей реальної рідини в трубі

Потік рідини має енергію, яка характеризує його здатність виконувати механічну роботу. У загальному випадку повний запас механічної енергії в довільному перерізі можна виразити співвідношенням