Исследование изотермической свободной турбулентной струи

Цель работы:  исследование геометрических и аэродинамических свойств воздушной струи и сопоставление полученных данных с теоретическими.

Общие указания

Свободная затопленная турбулентная струя образуется при истечении газообразной или капельной жидкости в безграничное или достаточно большое пространство, заполненное той же, но покоящейся жидкостью. Изотермическая струя имеет по всему объёму одну температуру, равную температуре окружающей неподвижной жидкости.

Турбулентная струя характеризуется интенсивным поперечным перемещением частиц, что приводит к подтормаживанию периферийных слоёв струи и движению неподвижных слоёв воздуха, окружающих струю.

Согласно теории Г.Н.Абрамовича, воздух, вытекая из воздухораспределителя, образует струю с криволинейными границами, которые приближённо могут быть заменены прямыми АВ, ВC, DЕ и ЕF (рисунок 2.1).

Рис. 2.1 Схема турбулентной струи

В струе различают начальный участок АВDE и основной BCEF. Сечение BE называют переходным сечением. На начальном участке по оси струи скорость воздуха неизменная и равна скорости воздуха в выходном отверстии воздуховода. Область струи с постоянными скоростями называют ядром струи. Границей струи можно считать геометрическое место точек, в которых значение составляющей скорости движения частиц струи в направлении, параллельном её оси, равно 0.

Если соединить между собой ординаты границ струи, то получается прямая линия, идущая под углом a к оси струи. Этот угол называют углом расширения струи. Если продолжить линии границы струи по направлению к приточному отверстию, то они сойдутся в точке, которую принято называть полюсом струи. Расстояние П-0 от места выхода потока до полюса П носит название полюсного расстояния.

В задачу лабораторной работы входит определение длины начального участка l₀; скорости воздуха по оси струи v_x в сечениях Х_I и Х_II; диаметра струи D_х, в сечении Х_I и Х_II; угла расширения внешней границы струи a; угла сужения границ ядра струи b и сравнение полученных результатов с вычисленными по зависимостям вида:

Для начального участка:

а) длина начального участка

                                                                      (2.1)

где: d₀ – диаметр выходного отверстия, м;

а – коэффициент турбулентной структуры струи, который для выхода после короткого квадратного колена равен 0,1;

б) осевая скорость

v_x = v₀;                                                                                   (2.2)

где:   v₀ – осевая скорость на начальном участке, м/с;

в) диаметр

D_x = d₀ + 6,8×a×x;                                                                  (2.3)

где: x – расстояние от патрубка до основного участка, т.е. длина начального участка (x = l₀).

Для основного участка (на расстоянии x = l₀ + 1м):

а) осевая скорость

                                                                 (2.4)

б) диаметр

D_x = 6,8×(a×x + 0,145×d₀);      tga = 3,4×a;       tgb = 1,5×a. (2.5)

где: а – коэффициент турбулентной структуры струи. Этот коэффициент зависит от формы выходного отверстия;

d₀ – диаметр выходного отверстия воздухораспределителя, м;

v₀ – осевая скорость воздуха в плоскости выхода, м/с;

х – расстояние от устья воздухораспределителя до сечения Х_II, м.

Расстояние от полюса струи до выходного отверстия воздуховода:

                                                                     (2.6)

По данным С.Б.Старка, струя, вытекающая из прямоугольного патрубка, постепенно превращается в осесимметричную. Поэтому для приблизительного определения параметров струи на достаточно большом расстоянии от приточного отверстия (основной участок) можно пользоваться формулами для осесимметричной струи, заменив истинный диаметр приточного отверстия d₀ эквивалентным ему d_0э. При этом:

                                                                        (2.7)

где: d_0э – эквивалентный диаметр, м;

F₀ – площадь прямоугольного отверстия, м².

Порядок выполнения работы

Экспериментальная часть

1. С помощью крыльчатого анемометра замеряются скорости по оси струи в сечениях: Х₁; Х₂,; Х₃; …; Х_n.

Длину начального участка l₀ определяют из условия постоянства осевой скорости v₀ по длине начального участка. Следовательно, анемометр, установленный по оси потока, зафиксирует переходное сечение BE падением скорости.

2. На основном участке (начальное сечение BE) с помощью крыльчатого анемометра замеряются скорости по вертикали y₁ = 0; y₁ = 0,1 м; y₁ = 0,2 м и т.д. до тех пор, пока не выполнится условие: v_y = 0.

3. Проводятся аналогичные измерения на расстоянии 1 м от сечения BE (сечение Х_II).

Таблица 2.1 – Результаты измерений и расчетов параметров свободной струи

Обозначение сечения	Номер точки замера	Расстояния по вертикали, м, R = y	Скорость vx, м/с	Скорость vy, м/с	Скорость vx, м/с, по формулам (2.2) и (2.4)	Диаметр струи, м, по формулам (2.3) и (2.5)
1	2	3	4	5	6	7
Начальный участок
х0	0	–		–		–
х1	1	–		–		–
х2	2	–		–		–
хn	и т.д.	–		–		–
Основной участок
хI = l0	0	0		–
	1	0,1	–		–
	2	0,2	–		–
	и т.д.	и т.д.	–		–
хII = l0 + 1	0	0		–
	1	0,1	–		–
	2	0,2	–		–
	и т.д.	и т.д.	–		–

Аналитические расчеты

1. Определение длины начального участка l₀.

2. Определение диаметра струи в сечениях Х_I и Х_II.

3. Определение осевой скорости в сечениях Х_I и Х_II.

4. Определение угла расширения внешней границы струи a.

5. Определение угла сужения границ ядра струи b.

6. Сравнение полученных результатов с опытными.

Графическая часть

1. Построить эпюры скоростей в сечениях.

2. Построить по аналитическим данным свободную струю.

Результаты измерений сводятся в таблицу 2.1.

Лабораторная работа 3

---

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 618; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!