گزارش کارهای مکانیک سیالات

فهرست مطالب :

---

هدف

تئوری

شرح دستگاه

روش آزمایش

محاسبات

سئوالات

مقادیر اندازه گیری شده

خواسته های آزمایش

سؤالات آزمایش 

قسمتی از متن :

---

هدف:
هدف از انجام این آزمایش اندازه‌گیری نیروی مقاوم حرکت (drag force) بر موانع مختلف با اشکال گوناگون می‌باشد.
مقدمه:
یکی از مسائل مهمی که در طراحی اجسام متحرک از قبیل اتومبیل، کشتی، هواپیما و غیره حائز اهمیت است محاسبه نیروی مقاوم حرکت می‌باشد. نیروی مقاوم حرکت به علت مقاومتی که از خود در مقابل حرکت نشان می‌دهد باعث انرژی می‌گردد.
برای اندازه‌گیری نیروی مقاوم حرکت بر روی صفحه‌ای مسطح که موازی خطوط جریان باشد مطالعات زیادی به عمل آمده و از راه تئوری می‌توان این نیرو را محاسبه کرد اما مطالعه بر سطوح دیگر که دارای اشکال پیچیده‌تری هستند تقریباً از طریق آزمایش میسر می‌باشد. متداول‌ترین این آزمایشات تونل باد است با قرار دادن جسم مورد آزمایش در درون تونل باد می‌توان مقدار نیروی مقاوم حرکت را به ازاء سرعت‌های مختلف اندازه گرفت.
در این آزمایش نیروی مقاوم حرکت بر اجسامی با اشکال مختلف بررسی می‌شود و با بدست آوردن ضریب مقاومت (drag coefficient) می‌توان آنها را با یکدیگر مقایسه کرد.
تئوری:
چنانچه جریانی از یک سیال واقعی در اطراف جداره جامد یک جسم برقرار گردد، به علت وجود لزجت در سیال، سرعت روی جداره جامد جسم صفر بوده و به تدریج و در راستای عمود بر جداره، سرعت محوری افزایش می‌یابد تا به سرعت آزاد سیال برسد. بنابراین لایه‌ای از سیال در کناره جامد جسم شکل می‌گیرد که در داخل آن سرعت سیال از صفر به حداکثر مقدار خود می‌رسد یعنی گرادیان سرعت در داخل آن وجود خواهد داشت. این گرادیان سرعت باعث ایجاد تنش برشی بین لایه‌های سیال خواهد شد که در نهایت باعث شکل‌گیری نیروی مقاوم در برابر سیال می‌شود که به آن نیروی پسا (Drag) گویند.
علاوه بر وجود گرادیان سرعت در راستای عمود بر جداره، در امتداد جداره نیز گرادیان فشار بوجود خواهد آمد. این تغییرات را می‌توان با استفاده از معادلات پیوستگی و اندازه حرکت برای یک سیال واقعی که همان معادلات ناویر- استوکس تشریح کرد.
  ضریب مقاومت
  سرعت سیال در بالا دست جریان
  مقدار کل نیروی مقاوم حرکت
  مساحت جلوی جسم عمود بر خطوط جریان
  عدد رینولدز
  جرم مخصوص سیال
  ویسکوزیته سینماتیک سیال
روش آزمایش:
با کمک مسئول آزمایشگاه یکی از موانع را درون تونل باد قرار می‌دهیم و دستگاه را روشن می‌کنیم. تکمه تنظیم سرعت پنکه (Fan) را بر روی عدد 4 قرار می‌دهیم. صفحه‌ی مانومتر را می‌چرخانیم تا پیچ تنظیم آن در آخرین سوراخ قرار بگیرد، در این حالت صفحه‌ی مانومتر زاویه‌ای برابر با 30 درجه با افق تشکیل می‌دهد. لوله‌های پلاستیکی پیتوت را به مانومتر متصل می‌کنیم  و لوله پیتوت را در درون تونل از طریق سوراخ مخصوص آن وارد می‌کنیم، بعد لوله پیتوت را در عرض تونل به حرکت در می‌آوریم. در این حالت دو شاخه مانومتر نباید دارای تغییرات محسوسی باشند. لوله پیتوت را در فاصله‌ای نه چندان دور از مانع تا آخر آزمایش نگاه می‌داریم به طوری که باعث اغتشاش در جریان نشود.
در این حالت شاخص مخصوص اندازه‌گیری نیروی مقاومت را بالانس می‌کنیم، نیرو و اختلاف ارتفاع دو شاخه مانومتر را یادداشت می‌کنیم.
آزمایش را برای اعداد 5، 6، 7 و 8 تکمه تنظیم سرعت پنکه تکرار می‌کنیم و موانع دیگر مانند ایرفویل، کره، نیم‌کره محدب و مقعر،  دیسک و پایه تکرار می‌کنیم.
روابط مورد استفاده:
استفاده از سرعت‌سنج:
سرعت هوا
سوالات آزمایش
1- قضیه برنولی را بیان کرده و بطور مشروح مراحل بدست آوردن آن را توضیح دهید.    
معادله برنولی تغییرات فشار را به تغییرات سرعت در امتداد یک خط جریان ربط می دهد .
این معادله از معادله اویلر بدست می آید :