WYDZIAŁ OCEANOTECHNIKI I OKRĘTOWNICTWA. Katedra Hydromechaniki i Hydroakustyki

Podobne dokumenty
WYDZIAŁ OCEANOTECHNIKI I OKRĘTOWNICTWA. Katedra Hydromechaniki i Hydroakustyki

J. Szantyr Wykład nr 19 Warstwy przyścienne i ślady 1

OPŁYW PROFILU. Ciała opływane. profile lotnicze łopatki. Rys. 1. Podział ciał opływanych pod względem aerodynamicznym

J. Szantyr Wykład nr 20 Warstwy przyścienne i ślady 2

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Celem ćwiczenia jest eksperymentalne określenie rozkładu ciśnienia na powierzchni walca kołowego oraz obliczenie jego współczynnika oporu.

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

WYDZIAŁ LABORATORIUM FIZYCZNE

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Dynamika

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

J. Szantyr Wykład nr 27 Przepływy w kanałach otwartych I

J. Szantyr Wyklad nr 6 Przepływy laminarne i turbulentne

. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest porównanie na drodze obserwacji wizualnej przepływu laminarnego i turbulentnego, oraz wyznaczenie krytycznej licz

Mechanika płynów : laboratorium / Jerzy Sawicki. Bydgoszcz, Spis treści. Wykaz waŝniejszych oznaczeń 8 Przedmowa

Fizyka dla Informatyków Wykład 8 Mechanika cieczy i gazów

J. Szantyr Wykład nr 18 Podstawy teorii płatów nośnych Płaty nośne są ważnymi elementami wielu wytworów współczesnej techniki.

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY NA PODSTAWIE PRAWA STOKESA

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

J. Szantyr Wykład 4 Podstawy teorii przepływów turbulentnych Zjawisko występowania dwóch różnych rodzajów przepływów, czyli laminarnego i

[ ] ρ m. Wykłady z Hydrauliki - dr inż. Paweł Zawadzki, KIWIS WYKŁAD WPROWADZENIE 1.1. Definicje wstępne

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI. Ćwiczenie 5 POMIAR WZGLĘDNEJ LEPKOŚCI CIECZY PRZY UŻYCIU

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Wykład FIZYKA I. 3. Dynamika punktu materialnego. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Oddziaływania. Wszystkie oddziaływania są wzajemne jeżeli jedno ciało działa na drugie, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze.

18. Siły bezwładności Siła bezwładności w ruchu postępowych Siła odśrodkowa bezwładności Siła Coriolisa

Tarcie poślizgowe

STATYKA I DYNAMIKA PŁYNÓW (CIECZE I GAZY)

Pomiar rozkładu ciśnień na modelu samochodu

Prędkości cieczy w rurce są odwrotnie proporcjonalne do powierzchni przekrojów rurki.

MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

Opory ruchu. Fizyka I (B+C) Wykład XII: Tarcie. Ruch w ośrodku

Aerodynamika I. wykład 3: Ściśliwy opływ profilu. POLITECHNIKA WARSZAWSKA - wydz. Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa A E R O D Y N A M I K A I

Mgr inż. Wojciech Chajec Pracownia Kompozytów, CNT Mgr inż. Adam Dziubiński Pracownia Aerodynamiki Numerycznej i Mechaniki Lotu, CNT SMIL

WSPÓŁCZYNNIK PRZEJMOWANIA CIEPŁA PRZEZ KONWEKCJĘ

Jan A. Szantyr tel

Aerodynamika I Efekty lepkie w przepływach ściśliwych.

Gęstość i ciśnienie. Gęstość płynu jest równa. Gęstość jest wielkością skalarną; jej jednostką w układzie SI jest [kg/m 3 ]

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

Hydrostatyczne Układy Napędowe Laboratorium

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Ćwiczenie laboratoryjne Parcie wody na stopę fundamentu

Podstawowy problem mechaniki klasycznej punktu materialnego można sformułować w sposób następujący:

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Ładunki elektryczne i siły ich wzajemnego oddziaływania. Pole elektryczne. Copyright by pleciuga@ o2.pl

W NACZYNIU WIRUJĄCYM WOKÓŁ OSI PIONOWEJ

J. Szantyr Wykład nr 21 Aerodynamika płatów nośnych Płaty nośne są ważnymi elementami wielu wytworów współczesnej techniki.

Płyny newtonowskie (1.1.1) RYS. 1.1

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Aerodynamika i mechanika lotu

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

Ćwiczenie 2: Wyznaczanie gęstości i lepkości płynów nieniutonowskich

13. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK ORAZ PRZEŁOŻENIA UKŁADU KIEROWNICZEGO

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Ćw. M 12 Pomiar współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa i za pomocą wiskozymetru Ostwalda.

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXI: Statyka Prawa ruchu Moment bezwładności Energia ruchu obrotowego

WPŁYW POWŁOKI POWIERZCHNI WEWNĘTRZNEJ RUR PRZEWODOWYCH NA EKSPLOATACJĘ RUROCIĄGU. Przygotował: Dr inż. Marian Mikoś

J. Szantyr Wykład nr 26 Przepływy w przewodach zamkniętych II

ZAKŁAD POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH ZPSiSS WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I LOTNICTWA

DYNAMIKA SIŁA I JEJ CECHY

Bryła sztywna. Wstęp do Fizyki I (B+C) Wykład XIX: Prawa ruchu Moment bezwładności Energia ruchu obrotowego

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła dla przegrody płaskiej

Mechanika teoretyczna

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

SPRAWDZENIE PRAWA HOOKE'A, WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA, WSPÓŁCZYNNIKA POISSONA, MODUŁU SZTYWNOŚCI I ŚCIŚLIWOŚCI DLA MIKROGUMY.

Modele matematyczne procesów, podobieństwo i zmiana skali

Ma x licz ba pkt. Rodzaj/forma zadania

Sprawdzian Na rysunku przedstawiono siłę, którą kula o masie m przyciąga kulę o masie 2m.

Zasady dynamiki Newtona. WPROWADZENIE DO MECHANIKI PŁYNÓW

PRZEPŁYW CIECZY W KORYCIE VENTURIEGO

Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni.

Prawa ruchu: dynamika

Człowiek najlepsza inwestycja FENIKS

LXVIII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY II STOPNIA

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

Elementy dynamiki klasycznej - wprowadzenie. dr inż. Romuald Kędzierski

Podstawowe narzędzia do pomiaru prędkości przepływu metodami ciśnieniowymi

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Zasada działania maszyny przepływowej.

Parametry układu pompowego oraz jego bilans energetyczny

Podstawy fizyki wykład 5

Badanie własności aerodynamicznych samochodu

wiczenie 15 ZGINANIE UKO Wprowadzenie Zginanie płaskie Zginanie uko nie Cel wiczenia Okre lenia podstawowe

MECHANIKA 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Kurs teoretyczny PPL (A) Dlaczego samolot lata?

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Rozważmy nieustalony, adiabatyczny, jednowymiarowy ruch gazu nielepkiego i nieprzewodzącego ciepła. Mamy następujące równania rządzące tym ruchem:

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA 2016/ /20 (skrajne daty)

Materiały pomocnicze 5 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

D Y N A M I K A Na początek kilka powodów dla których warto uczyć się dynamiki:

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

I. KARTA PRZEDMIOTU FIZYKA

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Zasady dynamiki Isaak Newton (1686 r.)

Transkrypt:

WYDZIAŁ OCEANOTECHNIKI I OKRĘTOWNICTWA Katedra Hydromechaniki i Hydroakustyki ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z HYDROMECHANIKI OKRĘTU Ćwiczenie Nr 20 Pomiar oporu ciał o różnych kształtach, wizualizacja opływu. Opracował: dr inż. Andrzej Jarosz Pod redakcją: mgr inż. Mirosław Grygorowicz Gdańsk 1988

1 1. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest pomiar oporu ciał o różnym kształcie oraz wizualizacja opływu. Doświadczenie przeprowadzane jest w kanale obiegowym, znajdującym się w hali zajęć dydaktycznych Laboratorium Hydromechaniki Katedry Hydromechaniki i Hydroakustyki WOiO PG. 2. Wiadomości podstawowe. 2.1. Pochodzenie oporu. Jeżeli ciało sztywne znajduje się w przepływie płynu nielepkiego, to pole prędkości w okolicy ciała jest symetryczne. Ilustruje to rys. 1, przedstawiający opływ kuli, względnie walca kołowego w przepływie płaskim. Punkty spiętrzenia czyli punkty, w których prędkość przepływu jest równa zeru, leżą na osi symetrii przepływu. Znając rozkład prędkości wzdłuż linii prądu leżącej na powierzchni ciała można, na podstawie prawa Bernoulliego ρ U2 p + = const 2 wyznaczyć odpowiadający rozkład ciśnienia. Rozkład ten jest również symetryczny, wypadkowa sił indukowana ciśnieniem równa jest zeru. A zatem ciało sztywne nie napotyka w ruchu jednostajnym na żaden opór ze strony płynu nielepkiego. Twierdzenie powyższe nazywa się twierdzeniem albo paradoksem d Alemberta. Oczywista niezgodność twierdzenia d Alemberta z doświadczeniem spowodowana jest lepkością płynu rzeczywistego, która zmienia charakter opływu w bardzo cienkiej warstwie w bezpośrednim sąsiedztwie ciała, zwanej warstwą przyścienną. Koncepcję warstwy przyściennej, umożliwiającą badanie przepływu płynów rzeczywistych, wprowadził Prandtl.

2 Rys.1. Opływ walca płynem nielepkim. Rys.2. Rozkład prędkości w warstwie granicznej. Rys.3. Opływ walca płynem rzeczywistym. a) Rn 10 5 b) Rn 5 10 5

3 Zgodnie z koncepcją Prandtla obszar opływu w płynie rzeczywistym można podzielić na dwa podobszary: a) warstwę przyścienną, w której prędkość płynu rośnie od zera na powierzchni ciała, zmierzając do prędkości strumienia płynu nielepkiego i w której zachodzą zjawiska wywołane lepkością; b) podobszar zewnętrzny względem warstwy przyściennej, w którym płyn może być traktowany jako nielepki. Jako grubość warstwy przyściennej przyjmuje się odległość mierzoną wzdłuż normalnej do powierzchni ciała, do punktu w którym prędkość przepływu wynosi 0,98-0,99, prędkości strumienia nie lepkiego. W omawianym przypadku walca kołowego na przedniej tworzącej walca pojawia się warstwa przyścienna, której grubość rośnie z kierunkiem przepływu (rys. 2). Profil prędkości zmienia się szybko, aż w pewnym punkcie - zwanym punktem oderwania - linie prądu przestają przylegać do powierzchni ciała, prędkość przepływu w sąsiedztwie ciała zmienia kierunek na przeciwny, tworzy się wir, który odpływa dając miejsce następnemu, powstaje ślad turbuletny zwany śladem hydro- albo aerodynamicznym. Rozkład prędkości na przedniej i tylnej stronie walca staje się niesymetryczny (rys. 3). W rezultacie siły pochodzące od ciśnienia przestają się równoważyć, pojawia się wypadkowa na kierunek przepływu swobodnego, zwana oporem ciśnienia albo oporem normalnym (spotyka się również termin: opór odrywania). Jednocześnie, pod wpływem lepkości na powierzchni ciała, gdzie gradient prędkości jest duży, pojawiają się naprężenia styczne, powstają siły styczne, których wypadkowa na kierunek przepływu swobodnego stanowi drugi składnik oporu, zwany oporem tarcia albo oporem stycznym. Podobny mechanizm powstawania oporu odnosi się oczywiście do ciał o dowolnych kształtach. 2.2. Współczynnik oporu, liczby kryterialne W najogólniejszym wypadku jakim jest opływ ciała częściowo pogrążonego w płynie rzeczywistym, siła F wywierana na ciało o zadanym kształcie geometrycznym, jest funkcją następujących zmiennych: zmienna wymiar U - prędkość strumienia swobodnego L T -1 μ - lepkość dynamiczna płynu M T -1 L -1 ρ - gęstość płynu M L -3

4 L - charakterystyczny wymiar liniowy ciała L K - współczynnik ściśliwości płynu M L -1 T -2 g - przyspieszenie grawitacyjne L T -2 σ - napięcie powierzchniowe M T -2 czyli: F = Φ(U, μ, ρ, L, K, g, σ) Jakkolwiek wszystkie wymienione zmienne nie występują na ogół jednocześnie, to i tak operowanie powyższą zależnością jest niecelowe, a nawet niemożliwe. Stosując którąś z metod analizy wymiarowej można, jak wiadomo, powyższą funkcję ośmiu zmiennych zastąpić funkcją pięciu współczynników bezwymiarowych (zgodnie z podstawowym twierdzeniem analizy wymiarowej, liczba współczynników bezwymiarowych równa jest liczbie zmiennych, występujących w zjawisku, minus liczba wymiarów podstawowych, w danym wypadku trzech: długość L, masa M, czas T): F ρu 2 L = f ρul 2 μ, U2 gl, ρu2 K, σ U 2 L Postać tych pięciu ilorazów bezwymiarowych jest do pewnego stopnia dowolna, toteż zwykle nadaje się powyższej funkcji formę bardziej dogodną (która jest zresztą umowna): gdzie: 1 F = f UL 1 2 ρu2 A ν, U gl, σ U 2 L 2 ρu2 = q - ciśnienie prędkości, ρ = ν kinematyczny współczynnik prędkości, μ A - charakterystyczna powierzchnia ciała (umowna), co zapisuje się ostatecznie w postaci: C F = f(rn, Fn, Cn, Wn)

5 Współczynnik C F wyrażający stosunek siły P wywieranej na ciało przez ciecz, do sił bezwładności nazywa się współczynnikiem oporu albo czasem liczbą Newtona. Pozostałe współczynniki, charakteryzujące zjawisko nazywają się liczbami kryterialnymi: Rn - liczba Reynoldsa, wyrażająca stosunek sił bezwładności do sił lepkości, Fn - liczba Froude'a, wyrażająca stosunek sił bezwładności do sił ciężkości, Cn - liczba Cauchy ego, którą - ponieważ iloraz K/ρ równy jest kwadratowi prędkości dźwięku a 2 - zastępuje się współczynnikiem U 2 /a 2, reprezentującym stosunek energii kinetycznej strumienia płynu do energii kinetycznej cząsteczek, współczynnik U/a nazywa się liczbą Macha, Wn - liczba Webera, reprezentująca wpływ napięcia, powierzchniowego. Jak już wspomniano, nie wszystkie zmienne fizyczne występują jednocześnie. I tak, w zagadnieniach dotyczących hydromechaniki wodę można uznać za nieściśliwą, a zatem wpływ liczby Macha można pominąć. Podobnie można pominąć wpływ liczby Webera, ponieważ napięcie powierzchniowe odgrywa istotną rolę tylko w zjawiskach zachodzących w małej skali gdy trzeba uwzględnić obecność fali kapilarnej. W rezultacie, w wypadku ciała częściowe zanurzonego w wodzie, gdy na powierzchni swobodnej pojawia się fala grawitacyjna, siła oporu wywieranego na ciało poruszające się ruchem jednostajnym, którą określa się symbolem R, będzie funkcją dwu tylko liczb kryterialnych: liczby Reynoldsa i Froude'a: C R = f(rn, Fn) czego typowym przykładem jest opór okrętu powierzchniowego, który tu nie będzie omawiany. 2.3. Opór ciał całkowicie zanurzonych W wypadku ciał całkowicie zanurzonych, zaniedbując jak poprzednio wpływ ściśliwości oraz - ze względu na brak swobodnej powierzchni - wpływ napięcia powierzchniowego i grawitacji, opór ciał oznaczany w tym wypadku symbolem D, jest funkcją jedynie liczby Reynoldsa:

6 C D = f(rn) Liczba Reynoldsa wyraża stosunek sił bezwładności do sił lepkości, a zatem można oczekiwać, że w wypadku małych wartości Rn główną składową oporu będzie opór tarcia, a w wypadku dużych Rn o wielkości oporu będą decydowały siły bezwładności, a głównym składnikiem oporu będzie opór ciśnienia. Ostatecznie: C D = D 1 2 ρu2 A = f (Ud ν ) gdzie jako charakterystyczny wymiar liniowy ciała przyjmuje się w hydrodynamice ogólnej zwykle grubość ciała mierzoną prostopadle do kierunku przepływu, a jako powierzchnie A - powierzchnie rzutu ciała na kierunek prostopadły do przepływu. 2.3.1. Opór przy małych liczbach Reynoldsa W wypadku małych liczb Reynoldsa zjawisko odrywania przepływu nie występuje, a zatem opór ciał można przedstawić wzorem: C D = (const) Rn 1 gdzie wartość stałej zależy od kształtu ciała i od tzw. krytycznej liczby Reynoldsa, poniżej której wzór obowiązuje. Dla kuli o średnicy d, współczynnik oporu wyraża się wzorem: znanym jako wzór Stokesa. C D = 24 Rn 1 2.3.2. Opór ciał przy dużych liczbach Reynoldsa W zakresie liczb Reynoldsa większych od 10, o wielkości oporu decydują siły bezwładności, przy czym udział w oporze części pochodzącej od bezwładności do części pochodzącej od lepkości zależy od charakteru

7 przepływu w warstwie przyściennej i od kształtu ciała. Dlatego dogodne jest wprowadzenie klasyfikacji ciał w zależności od kształtu, dla których współczynniki oporu są podobne. Będą to tzw. ciała tępe, zaokrąglone i opływowe. Ciała tępe zwane również ciałami urwistymi albo ciałami o dużym oporze. Charakteryzują się płaską ścianą czołową zakończoną ostrymi krawędziami i o wymiarach poprzecznych znacznych w stosunku do długości. Typowym przykładem takiego ciała jest płaska płyta lub tarcza ustawiona prostopadle do kierunku przepływu (rys.4). Po stronie czołowej płyty prędkość przepływu spada do zera w punkcie spiętrzenia leżącym na osi symetrii przepływu, a wzdłuż czoła płyty rośnie aż do krawędzi, gdzie następuje przymusowe odrywanie. Za płytą powstaje obszar zawirowań czyli ślad turbuletny. Dominującą, niemal wyłączną częścią oporu ciała tępego jest opór ciśnienia, ponieważ naprężenia styczne działają w kierunku prostopadłym do kierunku strumienia swobodnego. Opór ciał tępych przy liczbach Reynoldsa większych od 10 3, jest niemal stały i niezależny od Rn (rys.6). Ciała zaokrąglone, podobnie jak ciała tępe charakteryzują się wymiarem poprzecznym znacznym w stosunku do długości, jednak pozbawione są ostrych krawędzi, jak np. kula, elipsoida czy walec kołowy. Opływ takich ciał był przedstawiony na rys. 3. Występuje tu również odrywanie przepływu, jednak przyczyna odrywania jest inna. Nie jest nią już nieciągłość powierzchni opływanej ale zahamowanie warstwy przyściennej dodatnim gradientem ciśnienia. Punkt odrywania nie jest przymusowy ale pojawia się w tym miejscu gdzie warstwa przyścienna posiada zbyt małą energię kinetyczną aby przedostać się z obszaru wysokiego ciśnienia, kumuluje się i następnie odrywa w pewnych odstępach czasu. Dla ciał zaokrąglonych położenie punktu oderwania jest więc nieustalone i zależy od liczby Reynoldsa. W odróżnieniu od ciał urwistych występuje tu również opór tarcia, jest on jednak mały w porównaniu z oporem ciśnienia, ponieważ większa część powierzchni ciała graniczy z obszarem odrywania. Zależność współczynnika oporu C D od liczby Reynoldsa ciał zaokrąglonych przedstawia rys.6. Warto zauważyć, że w zakresie zmienności liczb Reynoldsa od 10 3 do 10 5, współczynniki oporu ciał tępych i zaokrąglonych są tego samego rzędu, co wynika z podobnej szerokości śladu.

8 Rys.6. Współczynnik oporu C D.

9 Ciała opływowe. Ciała opływowe albo ciała o małym oporze, są to ciała o wymiarach poprzecznych małych w stosunku do długości, zaprojektowane w taki sposób aby zmniejszyć do minimum obszar odrywania, a więc są smukłe, pozbawione nieciągłości powierzchni i zakończone ostrzem lub ostrą krawędzią spływu. Typowym przykładem ciała opływowego, zwanego również aerodynamicznym, jest płat nośny w pozycji zerowego kąta natarcia (rys. 5). Taki sposób ukształtowania ciała powoduje, że warstwa przyścienna rozciąga się niemal na całą jego powierzchnię a punkt odrywania leży bardzo blisko krawędzi spływu. Opływ ciała aerodynamicznego jest - poza bardzo wąskim śladem - zbliżony do opływu potencjalnego, bezwirowego, zachodzącego w płynie nielepkim. Opór ciśnienia musi być więc bardzo mały i rzeczywiście wynosi około 1/40 oporu ciśnienia ciał tępych i zaokrąglonych. Głównym składnikiem oporu pozostaje więc opór tarcia i jakkolwiek jest on zwiększony ze względu na dużą długość opływaną, to i tak opór całkowity jest o rząd mniejszy niż w wypadku ciał tępych lub zaokrąglonych (rys. 6). 3. Stanowisko badawcze. Pomiar oporu ciał przeprowadza się w kanale obiegowym. Jest wykonany ze stali i ma następujące wymiary: długość całkowita 9 m, szerokość 3 m i odcinek pomiarowy o długości 4.5 m i przekroju poprzecznym o wymiarach 1.0x1.0 m (rys. 7). Maksymalna prędkość przepływu wynosi 1.5 m/s. W ścianach bocznych i dnie odcinka pomiarowego umieszczono okna obserwacyjne a na górnych krawędziach prowadnice przeznaczone do mocowania urządzeń pomiarowych. Badane ciało umieszcza się w przestrzeni pomiarowej, umocowując do dynamometru tensometrycznego 6-ciu składowych (Fx, Fy, Fz, Mx, My i Mz), pozwalającemu na jednoczesny pomiar między innymi oporu, siły nośnej i momentu hydrodynamicznego (fot.1). W danym przypadku wykorzystuje się jedynie pomiar oporu. W trakcie pomiarów można zmieniać kąt ustawienia badanego obiektu w stosunku do przepływającej wody. Mierzona wartość siły rejestrowana jest w funkcji czasu na komputerze z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania do akwizycji danych pomiarowych. Pomiar prędkości przepływu dokonuje się za pomocą logu Dopplera umieszczonego pod powierzchnią wody, przed badanym ciałem (fot.2).

10 Ustaloną dla danego pomiaru prędkość przepływającej wody odczytujemy na komputerze. Rys.7. Kanał obiegowy o obiegu w płaszczyźnie poziomej. 1 prostownica, 2 okno obserwacyjne, 3 kierownice, 4 silnik napędowy, 5 wirnik pompy, 6 właz rewizyjny, 7 zbiornik odpowietrzający

11 Fot.1. Stanowisko badawcze. Fot.2. Log Dopplerowski. 4. Przebieg ćwiczenia. Należy przeprowadzić pomiar oporu dostarczonych ciał tępych, zaokrąglonych i opływowych (fot.3) dla jednej, możliwie dużej prędkości przepływu i następnie obliczyć odpowiednie współczynniki oporu i liczby Reynoldsa posługując się załączonymi tablicami gęstości i lepkości wody w funkcji temperatury, którą należy zmierzyć. Dla uproszczenia pomija się wpływ swobodnej powierzchni wody, traktując przepływ jako płaski, dwuwymiarowy. Sprawozdanie powinno zawierać: - schemat stanowiska badawczego, - rysunki i wymiary badanych ciał, - wyniki pomiarów oporu D, prędkości U i temperatury wody t,

12 - obliczenie współczynników oporu C D i liczb Reynoldsa. Fot.3. Ciała tępe, zaokrąglone i opływowe zastosowane w ćwiczeniu. 5. Przykłady pytań sprawdzających. - co to jest paradoks d Alemberta? - co to jest warstwa przyścienna? - co to jest odrywanie przepływu? - co to jest współczynnik oporu i od czego zależy? - co to jest liczba Reynoldsa? - jaki jest podział ciał ze względu na opór i jak wygląda ich opływ? 6. Literatura przedmiotu. 1. Duckworth R.A.: Mechanika płynów. Wydawnictwo Naukowo- Techniczne, Warszawa 1983. 2. Prosnak J.W.: Mechanika płynów. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1970.

13

14

15