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气垫导轨实验中误差分析及修正
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3秒自动关闭窗口研究如何减小阻力
物体穿过液体或空气时，也会产生摩擦力，这种摩擦力叫阻力。
设计实验，如何减小液体阻力
1、找一个长形的塑料瓶，装入大半瓶油或洗洁精。
2、用等重量的橡皮泥，做成形状不同的模型。
3、将模型同时放入油或洗洁精中，比较下沉的速度。
通过实验发现：水滴状下沉最快。流线型能更好地减小阻力。
设计实验，如何减小空气阻力
1、相同两张纸，一张做成纸团，一张做成纸伞。
2、同高度下落。
3、比较落地时间。
通过实验发现：纸团先落地。流线型能更好地减小阻力。
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今日搜狐热点【暖通那些事儿】通风管道中的“小秘密”---局部阻力分布规律
1.局部阻力
一般情况下，通风除尘、空气调节和气力输送管道都要安装一些诸如断面变化的管件(如各种变径管、变形管、风管进出口、阀门)、流向变化的管件（弯头）和流量变化的管件(如三通、四通、风管的侧面送、排风口)，用以控制和调节管内的气流流动。
流体经过这些管件时，由于边壁或流量的变化，均匀流在这一局部地区遭到破坏，引起流速的大小，方向或分布的变化，或者气流的合流与分流，使得气流中出现涡流区，由此产生了局部损失。
多数局部阻力的计算还不能从理论上解决，必须借助于由实验得来的经验公式或系数。局部阻力一般按下面公式确定：
局部阻力系数也不能从理论上求得，一般用实验方法确定。
2.减小局部阻力的措施
局部阻力在通风、空调系统中占有较大的比例，在设计时应加以注意。减小局部阻力的着眼点在于防止或推迟气流与壁面的分离，避免漩涡区的产生或减小漩涡区的大小和强度。
产生局部损失的原因多种多样，而且十分复杂，因此很难概括全面。这里结合几种常见的管道来说明。
（1） 渐扩管
几种常见的局部阻力产生的类型：
流体流过逐渐扩张的管道时，由于管道截面积的逐渐扩大，使得流速沿流向减小，压强增高，且由于粘性的影响，在靠近壁面处，由于流速小，以至于动量不足以克服逆压的倒推作用，因而在靠近壁面处出现倒流现象从而引起旋涡，产生能量损失。渐扩管的扩散角 越大，旋涡产生的能量损失也越大， 越小，要达到一定的面积比所需要的管道也越长，因而产生的摩擦损失也越大。所以存在着一个最佳的扩散角 。在工程中，一般取
，其能量损失最小。 在 左右损失最大。渐扩管的局部损失系数为
为了减小突然缩小的流动损失，通常采用渐缩管。在渐缩管中，流线不会脱离壁面，因此流动阻力主要是沿流程的摩擦引起的。对应于缩小后的流速的局部损失系数为
，由此可见，在渐缩管中的流动损失很小。
３、转弯处
４、分岔与会合
（2） 三通
工程中有各种各样的三通接头，其局部阻力系数也各不相同，使用时可查阅流体力学手册。这里说的是为了减少流体流过三通的能量损失，可以在总管中根据支管的流量安装分流板和合流板从减小局部损失的角度来讲，应尽量避免采用直角三通 。
三通支管和干管的连接
由弯管的局部损失计算公式可知，弯管的局部损失取决于管道的直径、曲率半径和管道的弯曲角。因此在设计管道时，为了减小局部损失，应尽量避免采用弯转角过大的死弯。对于直径较小的热力设备管道，通常采用 。对于直径较大的排烟风道来说，横向的二次流动比较突出。为了减小二次流动损失，一方面可以适当的加大管道的曲率半径，以减小流体转弯时的离心力，另一方面通常在弯管内安装导流叶片。这样既可减小弯道两侧的压强差，又可以减小二次流影响的范围。
圆形风管弯头
矩形风管弯头（4） 管道进出口
风管进出口阻力（5） 管道和风机的连接
风机进出口管道连接
空气在风管中流动时，由于风管阻力和流速变化，空气的压力是不断变化的。研究风管内的阻力的分布规律，有助于我们正确设计通风和空调系统并使之经济合理、安全可靠的运行。
同时在各种管道的设计中，应尽量减小局部损失。为了减小局部损失，应尽量避免流通截面积发生突然的变化，在截面积有较大变化的地方常采用锥形过渡，在要求比较高的管道中应采用光滑的流线型壁面。
管道阻力计算
用Excel进行空调通风管道阻力计算
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文档介绍：
重庆大学物理学院
设计性物理实验研究报告
项目名称气垫导轨实验中系统误差的研究
项目组长王佳华
项目组成员王高鲜一梁欢
年级专业班 2013 年级应用物理专业 01班
指导教师吴世春
本小组项目任务书
气垫导轨实验中系统误差的研究
器材:气垫导轨,滑块,计时器,光电门等.
1.改造仪器,分析、设计实验方案测量气垫导轨实验中未考虑的系统误差;
2要求查阅两篇以上相关论文,附加到研究报告后面;
3系统误差至少包括空气粘滞阻力、平均速度代替瞬时速度,光电们计时误差这三顶;
4测量空气对滑块的粘滞阻力系数。对各项误差提出修正的公式;
5、完成研究报告.
本小组同学分工情况
王高研究光电计时中的系统误差和负责PPT制作
鲜一研究导轨不平对测量结果的影响以及PPT制作
王佳华研究空气粘滞阻力的分析与修正以及研究报告完成
梁欢研究平均速度代替瞬时速度所引起的系统误差以及答辩
对收集论文资料的综述
虽说找到这几份论文可谓是费了九牛二虎之力,但是它也给我们带来了很大作用, 这是几篇比较优秀的论文, 对我们的研究有较强的实用价值,提供了新的依据。作者思路清晰,论述过程严谨分析合理,结果于实际应用性较强。而且论文写作规范,语句通顺,综合运用知识能力强, 内容完整,层次结构安排科学,主要观点突出,逻辑关系清楚,文题完全相符,论点突出,论述紧扣主题,各种数据,图标齐备,科学性特强.
§1空气粘滞阻力的分析与修正
1深入分析气垫导轨中空气粘滞阻力的来源,影响因素,并对其进行修正.
2测量空气的粘滞系数.
3计算空气粘滞阻力及其所带来的误差.
4讨论减少空气粘滞阻力带来的误差的方法.
空气粘滞阻力
气体和液体统称为流体,流体对运动物体的阻力,主要有粘性阻力、压差阻力和兴波阻力三种。任何流体在流动的时候都存在粘滞性,只是不同流体的粘滞性大小不同而已。越粘稠的液体,越不容易发生流动。和固体相比,气体和液体的形状可以随容器而变化,这是因为流体中的各层分子之间会发生相对滑动,从而造成总体形状上的变化。而粘稠的流体不易发生流动,这是不同流体分子结构上的差异造成的。粘稠流体的分子结构,导致不同流层之间存在一种阻碍相对运动的阻力,称为“粘滞阻力”,又叫“内摩擦力”。正是这种“粘滞阻力”,影响了流体的正常流动。牛顿在1687年用在流体中拖动的平板,做了著名的粘性流动实验.两块板的面积均为ΔS,相互间距为h,上板以速度V运动,下板静止不动,板间的流体运动为层流。牛顿通过实验测定板所受到粘滞阻力的大小。实验结果是:阻力f的大小与物体的截面积ΔS、流体的粘性系数η、流体的速度梯度(d v / d y)存在线性关系。粘滞阻力为
f =ηΔ S (d v/d y)
在流体缓慢流过静止的物体或者物体在流体中运动时,流体内各部分流动的速度不同,存在粘滞阻力。粘滞阻力的大小与物体的运动速度成正比,即f∝v,可以写为f = C1v,C1称为粘滞阻力系数。斯托克斯测出球形物体在流体中缓慢运动时,所受到的粘滞阻力大小为
f = 6πηvr
上式称为斯托克斯公式,式中的η为流体的粘性系数、r为球形物体的半径。
在理论力学中所说的“与物体速度一次方成正比的阻力”,指的就是粘滞阻力。在空气中运动速度不十分快的物体,受到的阻力主要是粘滞阻力。当η为空气的粘性系数, 它随温度,气压,湿度,细微粒数量的升高而增加.
一、气体的粘性
粘性是真实流体的一个重要输运性质,定义为流体在经受切向(剪切)力时发生形变以反抗外加剪切力的能力,这种反抗能力只在运动流体相邻流层间存在相对运动时才表现出来。为了理解这一概念,我们用一个能突出表现空气粘性的实例来说明。如图1-1所示,将一个无限薄的平板放置在风洞中,板面平行于气流方向,图中给出了用风速仪测量的平板附近沿法线方向上的气流速度分布。可以看出,在板面上气流速度为零,越向外速度越大,且直到离开板面一定距离δ处,速度才与来流速度V∞没有显著差别。平板附近的这种速度分布正是空气的粘性造成的,粘性使平板上的流体层完全贴附在静止的板面上,这种与板面完全没有相对速度的情况称为无滑移条件(no-slip condition)。稍外的一层空气受到气体层与气体层之间的摩擦作用,被板面上的那层静止空气所牵制,其速度也是下降到了接近于零,但由于它已离开板面一个极小的距离,速度比零要稍大些。粘性的牵制作用就这样一层一层的向外传递,因此,离开板面越远,气流速度越大。从速度的梯度变化来说,越靠***板板面,速度梯度越大,随着离开板面距离的增加速度梯度逐渐减小。
图1-1 平板附面层实验
根据速度测量结果,在离开板面距离δ处,空气速度已经非常接近于来流速度V∞。与平板的长度相比,δ是个极微小的量,若平板长度以米计,则δ只有几毫米至几十毫米而已。这就是说,气体粘性的影响范围是非常小的。通常将紧靠物体表面附近、厚度为δ的这层流体称为附面层或边界层(Boundary Layer)。严格地说,只有在离开物面无限远处,气流速度才会等于来流速度,流动才不再受到平板的影响,但在实用上一般将V=99% V∞作为附面层的边界。
从分子运动论的观点看,可以认为粘性是由于具有不同速度的相邻流体层之间的分子交换而产生的动量迁移的结果,是分子热运动引起的动量输运。
为了确定流体的摩擦力(由粘性引起的剪切力),考虑两个距离为n、长度和宽度足够大、面积均为A的相互平行的平板,平板间充满了某种粘性流体,如图1-2所示。在上层板上加一切向力Fτ,使该平板以某速度V向右运动,而下层板则保持静止。由于粘性,下层板上的流体速度为零,上层板上的流体速度为V。如果两板间的距离n很小,速度V也不是很大,则可以认为两板间的速度分布是线性的。实验表明,摩擦应力Fτ/A与速度V成正比,与两板间的距离n成反比,即
图1-2 粘性流体中的切变
式中,μ是与流体性质有关的比例系数,称为动力粘性系数(dynamic viscosity),简称粘性系数(coefficient of viscosity);V/n是流体发生变形的剪切率。所以,对两平板间的任意两流体层之间的摩擦应力可以写成
如果流体层之间的速度变化不是线性的,则应将摩擦应力改写为
式中,d V/d n应为物面法向上或流动方向法向上的速度梯度。上式即为牛顿内摩擦定律(Newton’s equation of viscosity)的数学表达式,凡是遵循该定律的流体称为牛顿流体(Newtonian Fluid),如气体、水、滑油等。不服从牛顿内摩擦定律的流体称为非牛顿流体(non-Newtonian Fluid),如血浆、泥浆、油漆、悬浮液以及接近凝固温度的石油产品等都是非牛顿流体。此外,牛顿内摩擦定律只适用于层流状态的流动。
一般流体的粘性系数主要取决于温度,而与压强的关系不大。液体的粘性系数随温度的增加而减小,气体则相反。气体的粘性系数只在远离临界压强的范围内才与压强1
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