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用控制容积法测定扁板的撞击力

Overview

资料来源: 里卡多梅希亚-阿尔瓦雷斯和 Hussam Hikmat, 密歇根州立大学机械工程系, 东兰辛, MI

本实验的目的是在物体周围的流动的线性动量的变化的结果显示力量在他们附近使用控制容量公式化 [1, 2]。控制容积分析侧重于对工程系统的宏观影响, 而不是通过差分分析实现的详细描述。这两种技术中的每一个都在工程分析员的工具箱中有一席之地, 它们应该被认为是互补的, 而不是相互竞争的方法。从广义上讲, 控制容积分析将使工程师对系统中的主导负荷有一个概念。这将给她/他一个初步的感觉, 在设计设备或结构时, 应该采取什么途径, 最好是在通过差分公式进行任何详细设计或分析之前, 首先要迈出的第一步。

控制容积公式化的主要原则是用一个被称为控制容积的假想闭合表面所定义的简化的自由体图来取代暴露在流体流动中的系统的细节。该图应包含所有的表面和体力, 通过控制容积的边界的线性动量的净通量, 以及控制容积内的线性动量的变化率。这种方法意味着巧妙地定义控制量, 从而简化分析, 同时捕获对系统的主要影响。这一技术将被证明与平面射流撞击在平板上的不同角度。我们将使用控制体积分析来估计板的空气动力负荷, 并将比较我们的结果与实际测量的产生力获得的气动平衡。

Procedure

1. 设置设施

  1. 确保设施中没有流动。
  2. 将压力传感器的正端口连接到压入压力分路器 ().
  3. 将压力传感器的负端口保持打开到大气 ().
  4. 将传感器的转换系数从伏特记录到帕斯卡 ().
  5. 记录喷气机出口宽度。
  6. 记录板块跨度。
  7. 记录力平衡的转换常数从伏特到牛顿 (水平力:; 垂直力:).
  8. 设置数据采集系统以100赫兹的速度采样, 共1000年样本 (即10s 的数据)。

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Results

图 3显示了将平板上的正常负载与空气动力平衡直接测量和线性动量守恒估计的比较。在一般情况下, 线性动量的分析捕获了直接测量的主要趋势, 即撞击角的变化。这些测量中的差异与撞击角不单调变化。对于范围内的冲击角, 对于, 差异小于 6%. 他们是较高的其他...

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Application and Summary

通过对线性动量守恒控制体积分析的应用, 确定了射流撞击平板的受力。这一分析证明简单适用, 并给出了满意的体积估计的负荷不需要详细了解的流动模式周围的板块。虽然由于动量的无粘变换的基本假设存在一些差异 (无论是大小还是趋势), 这项技术提供了一种方法, 可以获得系统行为的快速估计, 而无需深入研究流体流动。因此, 这是一个强大的工具, 工程分析师, 例如, 预测的可行性, 开发一?...

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References

  1. White, F. M. Fluid Mechanics, 7th ed., McGraw-Hill, 2009.
  2. Munson, B.R., D.F. Young, T.H. Okiishi. Fundamentals of Fluid Mechanics. 5th ed., Wiley, 2006.
  3. Buckingham, E. Note on contraction coefficients of jets of gas. Journal of Research,6:765-775, 1931.
  4. Lienhard V, J.H. and J.H. Lienhard IV. Velocity coefficients for free jets from sharp-edged orifices. ASME Journal of Fluids Engineering, 106:13-17, 1984.

Tags

Control Volume MethodImpingement ForcesFlat PlateFluid EngineeringAerodynamic DesignLinear MomentumWind Turbine BladeBoat SailAirplane WingEngineering AnalystFeasibility PredictionStructure CalculationControl Volume AnalysisControl SurfaceSurface ForcesPressure ForcesFlow induced Shear Forces

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0:07

Overview

1:08

Principles of Control Volume Analysis

5:45

Setup and Calibration

7:01

Data Acquisition

7:57

Data Analysis

8:53

Results

10:03

Applications

11:01

Summary

此集合中的视频:

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