Федеральное государственное автономное

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА, ГЕОЛОГИИ И ГЕОТЕХНОЛОГИЙ

институт

__________________________________________________________________

кафедра

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОНОЙ РАБОТЕ 6

по ________________________гидромеханике___________________________

^{наименование дисциплины}

Определение коэффициентов лобового сопротивления тел. Вариант 10 ______

^{тема (вариант)}

__________________________________________________________________

Преподаватель _________ ________________

подпись, дата инициалы, фамилия

Студент ЗГГ17-04ГО, 121728870 _________ Гребенщиков А. Н.

номер группы, зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия

Красноярск 2021

Цель работы: опытным путем определить коэффициенты лобового сопротивления и скорости витания тел в вертикальной цилиндрической трубе.

Опытная установка

Установка (рисунок 1, б) состоит из стеклянной вертикальной трубы 1, специальной камеры 2, в которой размещаются тела: шарик, кубик и тело произвольной формы. Регулирование скорости потока осуществляется вентилем 3. Для предотвращения уноса тел из трубы 1 предусмотрена сетка 4.

Измерительная часть установки включает термометр, секундомер и расходомер 5.

Рисунок 1 – Обтекание тел: а – силы, действующие на тело; б – схемы установки для определения коэффициентов лобового сопротивления

На тело, обтекаемое потоком воды в трубе 1, действует силы гидродинамического взаимодействия R, инерции , архимедова P_А и тяжести G (рисунок 1, а). При равномерном падении тела в неподвижной жидкости или, наоборот, при обтекании свободно висящего в потоке неподвижного тела, когда , скорость его обтекания будет критической. Иногда ее называют скоростью витания, или “гидравлической крупностью”. Уравнение всех сил при этом будет иметь вид:

. (1)

Порядок выполнения опытов

а) Регулируя вентилем 4 (рисунок 1, б) скорость воды, наблюдаем поднимание и опускание тел разного веса и формы в трубе 1.

б) С помощью вентиля 4 добиться, чтобы наиболее легкое тело неподвижно повисло в потоке примерно в середине высоты трубы 1. Это будет соответствовать критической скорости обтекания (скорости витания).

в) Поддерживая с помощью вентиля 4 тело в зафиксированном положении, секундомером и расходомером 5 измеряем время протекания объема воды через установку. Результаты измерений заносим в таблицу 1 для условий первого опыта.

Второй и третий опыт выполняем аналогично первому, только с другими телами. При этом предыдущие тела сместятся в верхнюю часть трубы 1. Данные измерений заносим в соответствующие строки таблицы 1. По окончании опытов закрываем вентиль 4.

Таблица 1 – Результаты измерений и данные установки

Опыты	Измерено			Данные установки
Опыты	Объем воды W, м³	Время t, с	Температура, T°С	Вес тела, G, H	Эквивалентный диаметр тела, d_э, м	Диаметр трубы, D, м
Шарик	0, 1			0, 011105	0, 01284	3, 115· 10^-2
Кубик	0, 1			0, 011340	0, 01296	3, 115· 10^-2
Произвольная форма	0, 1			0, 011420	0, 01304	3, 115· 10^-2

Обработка опытных данных

Получаемые ниже величины записывают с точностью до пяти знаков после запятой ( ) и заносят в соответствующие колонки таблицы 2.

Таблица 2 – Результаты обработки опытных данных

Номер опыта	Р_А, H	υ _К, м/с	R, Н	С_ОП	ρ _T, кг/м³	Re	С_Т
Шарик	0, 01084	1, 72655	0, 00026	0, 00042	1021, 66585		0, 42
Кубик	0, 01115	2, 05028	0, 00019	0, 00023	1014, 59345		1, 00
Тело произвольной формы	0, 01136	2, 62436	0, 00006	0, 00004	997, 13965		1, 00

1. Определяем архимедову силу Р_А, H, воды на тело, по формуле:

, (2)

где .

Н;

Н.

2. Находим критическую скорость обтекания неподвижно висящего тела потоком воды в трубе υ _К, м/с, по формуле:

. (3)

м/с;

м/с.

3. Вычисляем силу гидродинамического воздействия R, Н, потока воды на тело, по формуле:

. (4)

Н;

Н.

4. Определяем коэффициенты лобового сопротивления тела по формуле:

. (5)

;

5. Определяем плотность материала тела ρ _Т, кг/м³ по формуле:

. (6)

кг/м³;

кг/м³.

6. В соответствии с температурой Т принимаем кинематический коэффициент ее вязкости и вычисляем число Рейнольдса по формуле:

. (7)

В соответствии с измеренной температурой принимается кинематический коэффициент вязкости воды ν · 10^-6, м²/с.

По справочным данным при температуре T=15°С принимаем ν =1, 20175 м²/с.

;

7. По литературным данным принимаем и записываем в таблицу 2 соответствующие коэффициенты лобового сопротивления (С_Т), полученные на основе исследований других авторов.

;

(присутствует турбулентный режим обтекания, судя по числу Рейнольдса для кубика);

(присутствует турбулентный режим обтекания, судя по числу Рейнольдса для тела произвольной формы – уголь кусковой, кубообразной формы окатанный).

8. Анализ результатов опытных исследований показал, что для всех трех тел присутствует турбулентный режим обтекания тела, благодаря не маленькой скорости обтекания неподвижно висящего тела потоком воды в трубе.