Environmental Fluid Mechanics Laboratory

Transcript

1 Environmental Fluid Mechanics Laboratory University of Cyprus Department Of Civil & Environmental Engineering ΣΥΣΚΕΥΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ ΡΟΗΣ ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟ ΟΔΗΓΙΩΝ HM 134

2 ΣΥΣΚΕΥΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ ΡΟΗΣ Εγχειρίδιο Οδηγιών Παρακαλώ διαβάστε και ακολουθήστε τις οδηγίες του οδηγού πριν από κάθε πείραμα

3 Πίνακας περιεχομένων 1. Εισαγωγή Περιγραφή Συσκευής Μέρη μονάδας Λειτουργία μονάδας Ξεκίνημα μονάδας Χειρισμός μονάδας Ξέπλυμα της μονάδας Τοποθέτηση του γυάλινου καλύμματος Γέμισμα και έγχυση του μελανιού Συντήρηση και προφύλαξη Οδηγίες Ασφάλειας Κίνδυνος Τραυματισμού ή Θανάτου Κίνδυνος βλάβης της μονάδας Θεωρητική Πρακτική και Πειράματα Ορισμοί Πειράματα Διαμόρφωση ροής γύρω από κύλινδρο Διαμόρφωση ροής γύρω από αεροτομή Εστίες και Συλλέκτες Επιπρόσθετα σχήματα για μελέτη της ροής Παράρτημα Σύμβολα και Μονάδες Διάφορα αντικείμενα για μελέτη της ροής Τεχνικά Στοιχεία... 12

4 1. Εισαγωγή Η ΗΜ 152 Συσκευή Απεικόνισης Ροής χρησιμοποιείται για την απεικόνιση των γραμμών του ρεύματος διαφορετικών τύπων ροής γύρω από διάφορα σώματα. Η μονάδα χρησιμοποιεί το νερό σαν μέσο ροής. Για την λειτουργία της μονάδας πρέπει να υπάρχει παροχή νερού και αποχέτευση (δηλ. έξοδος του νερού). Διαφορετικά δεν μπορεί να λειτουργήσει. Ένα μέσο αντίθεσης (χρωστική ουσία) εγχέεται μέσω των μικρών ακροφυσίων στην περιοχή ροής μεταξύ δύο παράλληλων γυάλινων μεμβρανών. Οι γυάλινες μεμβράνες είναι άριστα μέσα για την παρακολούθηση της διαμόρφωσης της ροής. Διάφορα σχήματα μπορούν να τοποθετηθούν στην περιοχή της ροής. Επιπρόσθετες εστίες και συλλέκτες που δημιουργούνται από οκτώ διαφορετικά ανοίγματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην περιοχή της ροής. Ο χειρισμός αυτής της μονάδας είναι σχετικά απλός, και επομένως είναι κατάλληλος για τη χρήση στα πειράματα φοιτητών (συνοπτικές οδηγίες απαιτούνται). Τα ακόλουθα θέματα μπορούν να ερευνηθούν χρησιμοποιώντας αυτήν την μονάδα: Προσδιορισμός των γραμμών ροής στην μηχανική των ρευστών. Παρουσίαση των παράλληλων γραμμών ροής σε διάφορα σώματα. Εξέταση της ροής μετά από την επιρροή εστίας και συλλέκτη. 1

5 2. Περιγραφή της Μονάδας 2.1 Μέρη της μονάδας 2

6 Μέρη της συσκευής: Πλαίσιο (1) Πλάκες για ευθυγράμμιση της μονάδας (2) Σύνδεση για παροχή νερού (3) Σύνδεση για αποχέτευση νερού (4) Μετακινούμενο δοχείο μελανιού (5) Γυάλινη βάση (6) Γυάλινο κάλυμμα με χερούλι (7) Βαλβίδες για δημιουργία εστιών ροής (8) Βαλβίδες για δημιουργία συλλεκτών ροής (9) Σωλήνας με ακροφύσια για εγχύσεις μελανιού (10) Διάφορα λαστιχένια σώματα για την μελέτη της ροής (11) Ρυθμιζώμενη πλάκα υπερχείλισης (12) Είσοδος νερού (13) Λάστιχο συνδεδεμένο με τα ακροφύσια (14) Βαλβίδα δοχείου μέσου αντίθεσης (μελάνι) (15) Αλυσίδα για ασφάλιση του γυάλινου καλύμματος (16) Βαλβίδα για καθαρισμό των ακροφύσιων (17) Δεξαμενή αποθήκευσης νερού (18) Δεξαμενή αποχέτευσης νερού (19) Βαλβίδα αποχέτευσης νερού (Δεν φαίνεται ) (20) Βαλβίδα παροχής νερού (21) 3

7 2.2 Λειτουργία Συσκευής Η μονάδα ξεπλένεται με δυνατή ροή νερού που ρέει από αριστερά προς τα δεξιά. Η ποσότητα νερού πού ρέει μέσα στο γυάλινο κάλυμμα μπορεί να ελεγχθεί από την βαλβίδα παροχής (21).Το νερό ρέει από την είσοδο (13) στην δεξαμενή αποθήκευσης (18) και μέσω της περιοχή ροής στην δεξαμενή αποχέτευσης (19).Το νερό αποχετεύεται από την μονάδα μέσω της βαλβίδα αποχέτευσης (20). Το μελάνι ρέει μέσω του δοχείο μελανιού (5) στο λάστιχο (14) και στη συνέχεια στον σωλήνα με τα ακροφύσια (10). Το μελάνι εκχύνεται στην περιοχή ροής μέσω των ακροφύσιων. Η βαλβίδα στο δοχείο με το μελάνι (15) ελέγχει τον ρυθμό ροής του μελανιού. Τα ακροφύσια μπορούν να ξεπλυθούν με την αλλαγή της θέσης του συνδετικού λάστιχου (14) από το δοχείο μελανιού (15) με την βαλβίδα καθαρισμού (17). Το άνοιγμα τής βαλβίδας αποχέτευσης (20) επιτρέπει στο νερό να αποχετευτεί από την δεξαμενή αποθήκευσης όταν το πείραμα έχει τελειώσει. Οι βαλβίδες εστίας (8) και συλλεκτών (9) ανοίγουν και κλείνουν τις εστίες και τους συλλέκτες. Οι βαλβίδες είναι αριθμημένες από το 1 έως το Διαδικασία Πειράματος Ευθυγραμμίστε την μονάδα οριζόντια. Οι εσωτερικές επιφάνειες της γυάλινης πλάκας πρέπει να είναι καθαρές. Χρησιμοποιείστε ένα καθαρό ύφασμα και ένα καθαριστικό για λύπη. Ενώστε το λάστιχο με την σύνδεση παροχής νερού (3) για να ξεκινήσετε την παροχή νερού. Ενώστε το λάστιχο με την σύνδεση αποχέτευσης νερού (4) και στο κατάλληλο αποχετευτικό. 4

8 2.4 Λειτουργία Ξέπλυμα της Μονάδας Πριν να ξεκινήσετε τα πειράματα τα λάστιχα και οι βαλβίδες πρέπει να ξεπλυθούν. Άνοιξε το γυάλινο κάλυμμα και ασφάλισε το με της αλυσίδες (16). Οι αλυσίδες να τοποθετηθούν στους γάντζους που βρίσκονται πάνω στο γυάλινο κάλυμμα (Δες σχήμα 2.1). Κλείστε την βαλβίδα αποχέτευσης. Ανοίξτε τις βαλβίδες για δημιουργία εστιών (8) και συλλεκτών (9). Ανοίξτε την βαλβίδα παροχής νερού (21) και άφησε το νερό να περάσει στην μονάδα. Οι βαλβίδες πρέπει να ξεπλυθούν από ισχυρή ροή νερού. Ρυθμίστε την υπερχείλιση των δεξαμενών ώστε η στάθμη του νερού στην γυάλινη βάση (6) να είναι περίπου στην βάση του γυάλινου καλύμματος (5mm). Εάν χρειαστεί ο ρυθμός ροής μπορεί να ρυθμιστεί από την βαλβίδα παροχής νερού (21) Τοποθέτηση του γυάλινου καλύμματος. Εάν θέλετε τοποθετήστε ένα αντικείμενο για μελέτη στην γυάλινη πλάκα και ασφαλίστε το (6). Σιγά και με προσοχή χαμηλώστε το γυάλινο κάλυμμα (7). Ελευθερώστε τις αλυσίδες από τους γάντζους (16) (Δες σχήμα 2.1) κρατώντας το γυάλινο κάλυμμα (7) με ασφάλεια. Σιγουρευτείτε ότι δεν παγιδεύτηκαν φυσαλίδες. Εάν είναι απαραίτητο επαναλάβετε την διαδικασία. Η προσθήκη ενός μικρού ποσού απορρυπαντικού μπορεί να βοηθήσει στην αποφύγει σχηματισμού φυσαλίδων. ΠΡΟΣΟΧΗ! Κίνδυνος τραυματισμού και ζημιά στην συσκευή από την πτώση του γυάλινου καλύμματος. 5

9 Σχήμα 2.1. Ασφάλιση του γυάλινου καλύμματος Γέμισμα και έκχυση του μελανιού. Για καλά αποτελέσματα πρέπει το μελάνι πρέπει να αραιωθεί με νερό με αναλογία Κλείστε την βαλβίδα στο δοχείο που περιέχει το μελάνι (15). Γεμίστε το δοχείο μελανιού (5) με 2/3 μελάνι. Ανοίξτε λίγο την βαλβίδα (15) και περίμενε έως ότου το μελάνι ρέει από όλα τα ακροφύσια. Τοποθετήστε τον σωλήνα με τα ακροφύσια σε σημείο όπου τα ακροφύσια βρίσκονται μεταξύ του γυάλινου καλύμματος και της γυάλινης πλάκας. ΚΙΝΔΥΝΟΣ! Μυτερά ακροφύσια! Κίνδυνος σοβαρού τραυματισμού. 6

10 ΗΜ 152 Συσκευή Απεικόνισης Ροής Για την αποφυγή δημιουργίας φυσαλίδων σιγουρευτείτε ότι υπάρχει αρκετό μελάνι στο δοχείο μελανιού Συντήρηση και προφύλαξη Το μελάνι μπορεί να αφαιρεθεί από τα ρούχα μετά από πλύση. Εντούτοις, μένει στο αλουμίνιο και στα πλαστικά. Αφαιρέστε οποιεσδήποτε σταγόνες μελανιού από την μονάδα αμέσως με νερό. Οι γυάλινες πλάκες πρέπει να είναι πάντα καθαρές για την εξασφάλιση της καλής λειτουργίας της μονάδας. Χρησιμοποιείστε ένα καθαρό ύφασμα και καθαριστικό για λύπη όπως το οινόπνευμα. Τα βουλωμένα ακροφύσια μπορούν να καθαριστούν με ξέπλυμα ή με ένα λεπτό καλώδιο. Για αποφυγή βουλώματος του σωλήνα διανομής μελανιού (10) ξεπλύνετε τον σωλήνα έπειτα από κάθε χρήση. Κλείστε την βαλβίδα παροχής μελανιού και ενώστε το λάστιχο με την βαλβίδα καθαρισμού. Ανοίξτε την βαλβίδα καθαρισμού και ξεπλύνετε τον σωλήνα διανομής μελανιού. Μετά από το πείραμα άφησε το νερό να αποχετευτεί από την μονάδα. Είναι πολύ σημαντικό να στεγνώσετε και να καθαρίσετε τις γυάλινες πλάκες. 7

11 3. Οδηγίες Ασφάλειας 3.1 Κίνδυνος Τραυματισμού ή και Θανάτου ΚΙΝΔΥΝΟΣ! Προσοχή από πτώση του γυάλινου καλύμματος! Το γυάλινο κάλυμμα είναι πολύ βαρετό και για αυτό παρουσιάζει κίνδυνο τραυματισμού. Οι φοιτητές πρέπει να είναι ενήμεροι για τον κίνδυνο αυτό και να τους δοθούνε οι κατάλληλες οδηγίες για το πως να το χειρίζονται. ΚΙΝΔΥΝΟΣ! Μην χρησιμοποίησης τις γυάλινες επιφάνειες όταν έχουνε με καταστραμμένες άκρες! Κίνδυνος τραυματισμού. ΚΙΝΔΥΝΟΣ! Μυτερά ακροφύσια! Κίνδυνος τραυματισμού. 3.2 Κίνδυνος βλάβης της μονάδας ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ! Ξεκίνησε τη μονάδα μόνο κάτω από επίβλεψη! Οι λανθασμένες ρυθμίσεις βαλβίδων και δεξαμενών δημιουργούν τον κίνδυνο υπερχείλισης. ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ! Ασφαλίστε το γυάλινο κάλυμμα με τις αλυσίδες! Εάν το γυάλινο κάλυμμα πέσει μπορεί να προκαλέσει ζημία στη μονάδα και μερικές φορές προσωπικό τραυματισμό. 8

12 4. Θεωρητική Πρακτική και Πειράματα 4.1 Ορισμοί Η ροή των υγρών γύρω από ένα σώμα μπορεί να παρατηρηθεί κάνοντας τις γραμμές ρεύματος ορατές. Σε περιπτώσεις στατικής ροής οι γραμμές ρεύματος συμπίπτουν με τις γραμμές ροής. Όσο πιο κοντά είναι οι δυο γραμμές τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα ροής. 4.2 Πειράματα Διαμόρφωση ροής γύρω από κύλινδρο Σχήμα 4.1 Το σχέδιο 4.1 επεξηγεί την κυκλοφορία γύρω από τον κύλινδρο. Είναι προφανές ότι η ροή γύρω από το σώμα είναι ομαλή. Το διάγραμμα είναι συμμετρικό και δεν παρουσιάζει καμία αναταραχή (τυρβώδεις ροή). Στο διάγραμμα πού είναι κατά προσέγγιση φαίνονται οι περιοχές με τις υψηλότερες ταχύτητες Ροή γύρω από αεροτομή Η κυκλοφορία του ρευστού γύρω από μια αεροτομή (το σχέδιο 4.2) σαφώς δείχνει ότι η διαμόρφωση ροής είναι σχετικά μικρή. Εντούτοις, η αναταραχή θα αυξηθεί όταν ο αριθμός Reynold μειώνετε: Σχήμα 4.2 9

13 4.2.3 Εστίες και Συλλέκτες Ενδιαφέρων διαμορφώσεις ροής μπορούν να δημιουργηθούν με την προσθήκη πρόσθετου νερού (εστία) ή με την αποβολή νερού (συλλέκτες). Σχήμα 4.3 Διαμόρφωση ροής με μια εστία Τα σχήματα 4.3 και 4.4 δείχνουν παραδείγματα αυτών των ροών. Στην πραγματικότητα - στην περίπτωση ενός συλλέκτη, παραδείγματος χάριν στα αεροπλάνα τα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας ανύψωσης βελτιώνονται με το σκούπισμα με απορρόφηση του αέρα στο οπίσθιο τμήμα της επιφάνειας ανύψωσης. Σχήμα 4.4 Διαμόρφωση ροής με ένα συλλέκτη Επιπρόσθετα σχήματα για μελέτη της ροής Εκτός από τα σχήματα πού περιγράφονται πιο πάνω υπάρχουν επίσης κα αλλά σχήματα πού δίνονται για μελέτη. 10

14 5. Παράρτημα 5.1 Σύμβολα και Μονάδες w Ταχύτητα Ροής m/s l Μήκος Αεροτομής m ρ Πυκνότητα Νερού Kg/m 3 η Δυναμικό Ιξώδες Kg/ms 5.2 Διάφορα αντικείμενα για μελέτη της ροής 11

15 5.3 Τεχνικά Στοιχειά Κατάλληλο μέσο αντίθεσης: Μελάνι Όγκος δοχείου παροχής: 200 ml Είσοδος λάστιχου ακροφύσιων: Εξωτερική Ø 13 ml Έξοδος λάστιχου ακροφύσιων: Εξωτερική Ø 25 ml Βάρος: ca 140 kg Κύριες διαστάσεις (lxwxh): 1410x810x1310 mm 3 12