مهندسی نساجی گیلان:. گیل تکس

سایت تخصصی نساجی و پوشاک

مهندسی نساجی گیلان:. گیل تکس

سایت تخصصی نساجی و پوشاک

آزمایش نهم :تونل باد

آزمایش نهم :تونل باد

 

هدف آزمایش :

هدف از این آزمایش آشنایی با تونل باد و عملکرد آن و اندازه گیری و محاسبه ضریب دراگ     (CD) برای اجسام مختلف، مقایسه آنها و رسم منحنی تغییرات CD  برحسب عدد رینولدز می باشد.
تئوری آزمایش  :

حل مسائل جریان حقیقی معمولاً شامل ترکیبی از اطلاعات تحلیلی و آزمایشی است. ابتدا حالت جریان فیزیکی حقیقی با مدل ریاضی که حل آن ساده است تخمین زده می شود. سپس برای بررسی نتایج تحلیلی اندازه گیریهائی آزمایشی انجام می گیرد و از روی آن تحلیل اصلاح می شود. تحلیل ابعادی روش مهمی است که اغلب در دستیابی به این هدف به ما کمک می کند.

با استفاده از پارامترهای بی بعدی که بدست آورده می شود از حجم آزمایشهای لازم برای انجام مطالعه تجربی به مقدار زیادی کاسته می شود و نتایج بدست آمده از آزمایش برای تمامی جریانهایی که با جریان مورد آزمایش دارای تشابه دینامیکی هستند معتبر خواهد بود. برخی از وسایلی که می توانند این شرایط را بوجودآورند عبارتنداز کانال آب، تونل باد و ... .

برای توصیف عملکرد تونل باد جسمی را در نظر بگیرید که در معرض جریان سیال قرار دارد.

سیال نیرویی به جسم وارد می کند طبق تعریف مؤلفه راستای حرکت این نیرو دراگ(Drag) و مؤلفه عمود بر آن لیفت(Lift) گفته می شود. در اینجا منظور از سرعت سیال، سرعت نسبی آن در هنگام نزدیک شدن به جسم است.

بر روی سطح جسم هم تنش فشاری اثر می کند و هم تنش برشی که هر دو در ایجاد نیروهای لیفت و دراگ سهیمند. شکل (1) این نیرو ها را نشان می دهد.

شکل (1) نیروهای فشاری و برشی وارد به ایرفویل

 

لیفت و و دراگ بر اثر کنش دینامیکی سیال متحرک ایجاد می شوند و نیروهایی مانند وزن و شناوری در آنها دخالتی ندارند.

نیروی دراگ را می توان به صورت حاصلضرب ضریب دراگ (CD) و فشار دینامیک،     بیان کرد.

                                                                            (9-1)                                                                 

A‌ تصویر سطح جسم روی صفحه ای عمود بر جریان سیال است.

برای روشن شدن موضوع جریان در پیرامون کره در اعداد رینولدز بسیار کوچک یعنی ‌ و برای اعداد رینولدز بزرگ و مقادیر ضریب دراگ، در شکل (2) نشان داده شده است.

 

u
 








u
 

 

 

 

 

 

 

 


u
 

 

شکل (2) جریا ن در پیرامون کره

 

همانطور که در شکل نشان داده شده است نقطه سکون جایی است که سرعت سیال در یک لحظه صفر شده و نقطه جدایی وقتی اتفاق می افتد که خط جریان از مرز جدا می شود.

برای بدست آوردن ضریب دراگ CD بایستی سرعت سیال در هنگام نزدیک شدن به جسم مشخص باشد که می توان آن را با استفاده از رابطه برنولی بدست آورد.

 

O
 

u
 
                                                         (9-2)         

 


در نقطه O سیال برای یک لحظه به حالت سکون در می آید. PS فشار استاتیکی و P0 فشار سکون سیال می باشد.

                                                                                                  (9-3)                                                                               

اگر رابطه فوق را بر حسب ارتفاع فشار Δh بیان کنیم خواهیم داشت :

                                                       (9-4)                                                                       Δh اختلاف ارتفاعی که از لوله پیتوت خوانده می شود. این Δh برحسب میلی متر الکل می باشد و باید به میلی متر هوا تبدیل شود:                                                                                                                

در شکل (3) نمودار ضریب دراگ کره و دیسک بر حسب عدد رینولدز آورده شده است. برای سایر اجسام سه بعدی نیز مقادیر این ضریب  در شکل (4) ارائه شده است.

شکل (3) نمودار ضریب دراگ کره و دیسک

 

شکل (4) مقادیر تقریبی ضریب دراگ اجسام سه بعدی در R>10

 

شرح دستگاه و روش آزمایش :

همانطور که در شکل دستگاه دیده می شود تونل باد از بخش های همگرا، واگرا (نازل)، مقطع آزمایش و فن مکنده تشکیل شده است.

در انتهای نازل شبکه لانه زنبوری برای آرام کردن و جلوگیری از ایجاد اغتشاش هوای ورودی به کار می رود.در کل ساختار تونل باد به گونه ای است که در حد امکان جریان یکنواختی در مقطع آزمایش ایجاد می شود.

 

در مقطع آزمایش لوله پیتوت برای اندازه گیری اختلاف فشار سکون و استاتیکی (P0-PS) قرار داده شده است که طبق رابطه (-93) می توان سرعت سیال را محاسبه کرد. یک نیروسنج (Load Cell) نیز برای اندازه گیری نیروی دراگ قرار داده شده است.

قبل از شروع آزمایش می بایست دستگاه را تنظیم نمود. سپس آزمایش را در سه مرحله انجام داد. در مرحله اول نمونه کروی در مقطع آزمایش قرار میگیرد و در دبی های مختلف از هوا نیروی دراگ اندازه گیری می شود.

در مراحل دوم و سوم نمونه دوکی شکل و دیسک در سر راه هوا قرار داده شده و آزمایش تکرار می شود.

 

نتایج و محاسبات :

نتایج حاصل از مراحل سه گانه  را در جدولی مطابق با جدول (1) درج نمائید. سپس با محاسبات جداول فوق ضریب دراگ CD را بدست آورید. برای بدست آوردن ویسکوزیته سیال( μ می توان با داشتن دمای محیط آن را از نمودار (1) آنرا بدست آورد. دقت کنید برای بدست آوردن عدد رینولدز برای نمونه دوکی شکل باید قطر هیدرولیکی رادر فرمول عدد رینولدز قرار دهید. برای هرسه نمونه نمودار  CD برحسب عدد رینولدز را ترسیم نموده و آنرا با شکلهای تئوری (3) و (4) مقایسه نمائید.

                                                                                    (9-5)                                   

                                                                                    (9-6)                           

1- برای پایه سیستم ترازو و تمام مدل ها مقادیرنیروی کشش اندازه گیری شده را برحسب سرعت هوا روی یک نمودار رسم کنید.

2- مقدار ضریب درگ (Drag Coefficient) هر جسم را برای سرعت های مختلف اندازه گیری شده، محاسبه کرده، منحنی آن را بر حسب عدد رینولدز برای هرکدام از مدل ها جداگانه روی کاغذ لگاریتمی رسم کنید.

3- منحنی های قسمت قبل را با منحنی های ارائه شده، مقایسه کرده، در مورد آن بحث کنید و علل خطا را ذکر کنید.

4- با توجه به نتایج آزمایش انجام شده یک نظر کلی درباره رابطه بین نیروی کشش و شکل جسم بیان کنید.

5- برای کم کردن نیروی Form Drag( مؤلفه افقی نیروی فشاری= )چه می توان کرد؟   ( رجوع شود به (Unit Operation,Mc Cabe, Fig 7.1, Page 151

6- آیا پایه سیستم ترازو روی نتایج شما اثری دارد یا خیر؟ اگر دارد آن اثرات را بیان کنید.

7- اگر سرعت هوا در تونل خیلی زیاد بود، آیا باز فرضیه اینکه ضریب درگ فقط تابع عدد رینولدز است صحیح بود یا خیر و به چه عوامل دیگری می توانست بستگی داشته باشد و چرا؟ شرح دهید.

8- نقطه سکون (Stagnation Point) چیست و درجه حرارت و فشار در نقطه سکون چقدر است؟

9- آیا در مورد کره می توان از این آزمایش صحت قانون استوک (Stock’s Law) را تحقیق کرد؟

10- طراحی مکانیکی یک تونل باد به چه پارامترهایی نیاز دارد ؟

11- انواع تونل های باد را بیان نمائید.

 

مدیر سایت دوشنبه 29 آذر‌ماه سال 1389 ساعت 04:14 ب.ظ
نظرات 0 + ارسال نظر
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
ایمیل شما بعد از ثبت نمایش داده نخواهد شد