阻力系数范文

2024-05-07

阻力系数范文（精选6篇）

阻力系数第1篇

汽车滚动阻力和空气阻力是汽车滑行阻力的主要组成部分。方便、快速、准确地计算这两项阻力对车辆动力性和燃料经济性研究、车辆性能改进以及排放试验中的功率计算等都具有重要的价值。汽车滑行阻力主要包括滚动阻力、空气阻力、传动系内摩擦阻力和轮毂轴承摩擦阻力以及涉及车轮定位的前束阻力等。

$F = F_{f} + F_{w} + F_{v} + F_{r} + F_{a} (1)$

式中:F 为滑行阻力之和;Ff 为滚动阻力;Fw 为空气阻力;Fv 为传动系内摩擦阻力;Fr 为轮毂轴承摩擦阻力;Fa 为前束阻力。

$\begin{array}{l} F = m g (f + f_{0} v + f_{1} v^{2}) + \frac{C_{D} A ρ v^{2}}{2} + \\ F_{v} + F_{r} + F_{a} (2) \end{array}$

式中: m为样车质量;g为重力加速度;f 、f0 和f1 为与滚动阻力有关的系数;CD 为空气阻力系数;A为迎风面积;ρ为空气密度[1],一般ρ=1.225 8N·s2·m-4;v为车速。

因传动系内摩擦阻力、轮毂轴承摩擦阻力和车轮定位前束阻力等在汽车滑行总阻力中所占比重较小,实际计算时通常可忽略不计[2],因此可将滑行阻力近似认为由滚动阻力和空气阻力组成,这2种阻力可以在道路试验上的滑行试验方法测定 [3]。

$F = m g (f + f_{0} v + f_{1} v^{2}) + \frac{C_{D} A ρ v^{2}}{2} (3)$

在滑行试验车速较低的情况下(受试验场地等限值和国家标准要求一般不超过100 km/h),滚动阻力系数可以近似为常数。即

$F = m g f + \frac{C_{D} A ρ v^{2}}{2} (4)$

在此前提条件下,通过实车道路滑行试验数据根据模型可获得汽车的滚动阻力系数和空气阻力系数,进而计算汽车的滑行阻力。笔者从实车道路滑行试验角度出发,选取两段法计算车辆的滚动阻力系数和空气阻力系数,并采用低速法、多车速法和功率法对试验结果进行深入分析和验证。

1 试验

试验样车参数及环境条件见表1。试验依据为GB/T 12536—1990《汽车滑行试验方法》和GB/T 12534—1990《道路试验方法通则》,试验道路为交通部公路科学研究院公路交通试验中心长直线性能路。道路为平直、坚实的水泥路面,纵向坡度<0.1%。试验测试仪器有综合气象仪DZM2-3和非接触式速度分析仪LC-5100S(日本小野,准确度为±0.5%)等。为提高试验精度,对试验数据进行了重复性检查,各测点平均值的统计精度小于或等于2%。

1.1 两段法滑行试验

测量样车从高速va1滑行至vb1=va1-5的滑行时间,记为t1,样车从低速va2滑行至vb2=va2-5的滑行时间,记为t2。根据模型计算空气阻力系数和滚动阻力系数[2]:

$C_{D} = \frac{6 m (a_{1} - a_{2})}{A (v_{1}^{2} - v_{2}^{2})} (5)$

式中:a为平均减速度,a=(va-vb)/t;v=(va+vb)/2。

$f = \frac{28.2 (a_{2} v_{1}^{2} - a_{1} v_{2}^{2})}{10^{3} (v_{1}^{2} - v_{2}^{2})} (6)$

研究表明,高速与低速滑行试验时速度的选取对研究结果有影响[4],依据试验方案及试验场条件确定车辆速度。试验数据及对应的处理结果见表2所列。

1.2 低速滑行试验

试验时选定长度为100 m的测试路段,将其分为2段,每段长度为50 m。样车以某一初速度滑行通过测量路段,该初速度确保样车在(20±2) s时间内通过100 m的测量路段。测量样车通过开始50 m路段和整个100 m路段的滑行时间t1和t2,取多次试验的平均值,试验数据见表3所列。车辆在低速下滑行时,行驶阻力中起主导作用的是滚动阻力,而空气阻力对车辆滑行结果影响较小,可以忽略不计,因此可根据式(7)所示模型计算滑行时的滚动阻力系数,结果见表3所列。

滚动阻力系数可表示为

$f = \frac{a}{9.8} (7)$

其中汽车减速度可表达为

$a = \frac{100}{t_{2}} (\frac{1}{t_{1}} - \frac{1}{t_{2} - t_{1}}) (8)$

1.3 多车速滑行试验

根据试验要求,试验样车以95 km/h的初速度开始滑行试验至试验结束,试验结果见表4所列。

2 试验结果分析及验证

在采用低速滑行试验测定滑行阻力系数(或滚动阻力系数)时,由于忽略了空气阻力对样车运动的影响,即将空气阻力归入到滚动阻力中,因此在理论上会使计算所得滚动阻力系数比实际数值略大,这通过滑行试验可得到验证(样车1由两段法滑行试验计算的滚动阻力系数为0.008 60,较低速法测定的滚动阻力系数0.010 13小,样车2由两段法滑行试验计算的滚动阻力系数为0.010 76,较低速法测定的滚动阻力系数0.012 56小)。因此采用两段法因考虑了空气阻力的影响使计算所得的滚动阻力系数较低速法更加接近于真实值,同时也初步验证了计算方法的有效性。

滑行试验在公路交通试验中心长直线性能路上进行,由于道路的纵向坡度<0.1%,且试验数据采用多次往返测量的平均值,可以忽略道路坡度对试验结果的影响,即坡度阻力为零。则试验样车滑行时力的平衡方程[5]为

$F_{f} + F_{w} + F_{i} = 0 (9)$

整理得

$m g f + \frac{C_{D} A ρ v^{2}}{2} + δ m \frac{d v}{d t} (10)$

式中: δ为汽车旋转质量换算系数,一般载货汽车取值为0.07,轿车、轻型客车及客车取为0.05。

可以推导出时间t与车速v的关系模型为

$\begin{array}{l} t = \frac{\sqrt{2 m δ}}{\sqrt{C_{D} ρ g f}} [\arctan (\frac{v_{0}}{3.6} \sqrt{\frac{C_{D} A ρ}{m g f}}) - \\ \arctan (\frac{v}{3.6} \sqrt{\frac{C_{D} A ρ}{m g f}})] (11) \end{array}$

式中:v0为滑行初速度。

同理可得滑行距离与速度的关系模型为

$S = \frac{δ m}{C_{D} A ρ} \ln (\frac{25.92 \times m g f + C_{D} A ρ v_{0}^{2}}{25.92 \times m g f + C_{D} A ρ v^{2}}) (12)$

将两段法滑行试验计算所得的滚动阻力系数和空气阻力系数代入式(11)和式(12),表4中的速度参数分别代入式(11)和式(12),计算得到对应时间和距离。通过对比分析,样车1和样车2的距离误差分别为3.82%和4.32%,时间误差分别为4.32%和3.99%,分别见图1、2、3和图4。从图中可以看出,采用两段法滑行试验所得的滚动阻力系数和空气阻力系数以速度为自变量分别计算所得时间与距离数值与多车速试验数值接近,能够满足工程实际需要。同时还表明计算数据在滑行开始初期高速阶段有很好的一致性,但随着车速的降低数据之间的累计偏差增大。

为了更好验证两段法计算所得滚动阻力系数和空气阻力系数的准确性,采用功率计算方法[6]依据式(13)计算样车的滑行阻力功率,并与两段法的滚动阻力系数和空气阻力系数根据式(14)计算所得阻力功率进行比对。

$Ρ = \frac{m v Δ v}{500 t} (13)$

式中:Δv为与车速v的速度偏差。

$Ρ = F_{f} v + F_{w} v (14)$

研究发现,样车1除在个别数据点的最大误差超过5%以外,其它数据的误差均较小;相比样车1而言,样车2数据有更好的一致性,其最大相对误差仅为3.10%,分别见图5和图6。该方法同样验证了采用两段法计算滚动阻力系数和空气阻力系数的正确性。

3 结论

1) 基于实车道路滑行试验,利用低速法、多车速滑行试验数据与功率法进行验证分析,证明了采用两段法滑行试验计算车辆的滚动阻力系数和空气阻力系数是目前较为实用的测试方法,能够满足工程使用的实际需要,减少采用风洞试验室实车测试空气阻力系数等试验费用。

2) 提出了一种汽车滚动阻力和空气阻力系数的试验研究方法。

3) 在保证数据准确性的前提下,采用两段法能够显著缩短所需试验道路长度,试验可操作性强,易于实现。

4) 由于缺少样车的准确参数而无法比对,需用已知滚动阻力系数和空气阻力系数的车辆和道路参数进行进一步验证。

参考文献

[1]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000

[2]顾柏良.汽车工程手册试验篇[M].北京:人民交通出版社,2001

[3]刘福才,潘江华,韩宗奇.基于遗传算法的汽车滑行阻力系数测定方法[J].汽车工程,2003(25):610

[4]吴诰=,刘绍辉.汽车空气阻力系数的二次滑行测量法[J].华南理工大学学报:自然科学版,2000(6):45

[5]韩宗奇,李亮.测定汽车滑行阻力系数的方法[J].汽车工程,2002(4):364

阻力系数第2篇

大口径机枪双头弹空气阻力系数的实验研究

介绍了大口径机枪双头弹空气阻力系数的2种实验方法和实验结果.采用模型风洞测试和实弹射击的方法获得了大口径机枪双头弹弹头飞行的空气阻力系数,对2种方法所得的阻力系数进行了比较分析.分析结果表明,2种方法所得结果基本接近,双头弹前弹头所测得的阻力系数跟风洞测试攻角为0°时的`测试结果接近,后弹头的阻力系数与风洞测试攻角为4°时的结果相近,说明前弹头对后弹头具有一定的空气干扰,实弹射击更能体现各种综合因素对弹头飞行的影响.

作者：赵成刚吴志林作者单位：赵成刚(安阳大学机械系,安阳455000)

吴志林(南京理工大学机械工程学院,南京210094)

刊名：南京理工大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF NANJING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 26(6) 分类号：P255.7 V211.7 关键词：枪弹双头弹风洞实验阻力系数

阻力系数第3篇

管路广泛应用于工、农业生产中,被用来运输气体、液体、气液混合物、气固混合物等[1],管路一般均较长,管路沿线包括各种阀类、各种折弯等,必然带来一定的压力损失,所以在管路设计之初,需要考虑管路走向及管路匹配对压力损失的影响。

管路的压力损失[2]主要包括沿程压力损失和局部压力损失两部分,沿程压力损失是指流体通过直管段所产生的压力损失;局部压力损失是指流体通过各种管路突变处由于流速的大小和方向发生剧烈变化而导致的压力损失。管路的压力损失计算关键在于沿程阻力系数和局部阻力系数的确定。对于沿程阻力系数,前人通过大量的实验测量分析,总结并形成了比较完善的理论。而对于局部阻力系数,前人也进行了大量的研究,但是由于局部阻力实验的局限性、不完整性等,从而导致各种局部阻力的试验数据与工程实际存在一定的误差。且对于局部阻力系数,多数学者均是研究的高雷诺数下的局部阻力系数,对低雷诺数下的局部阻力系数很少详细研究。

对于液压助力转向管路系统,由于其系统流量较低,决定了其系统的流体流动状态为层流,即Re<2300,为低雷诺数流动状态。液压助力转向管路系统包括硬管和软管,且走向需要根据整车布置而定,管路粗细变化及折弯处较多,因此,在转向管路匹配设计时,需要考虑这些因素对转向管路压力损失的影响。

本文利用CFD软件在低雷诺数情况下,分析了不同突扩比、同折弯半径不同折弯角度两种状态下的多个管路的流场,提取了各个管路的压力损失,然后利用压力损失公式对各个管路的局部压力损失系数进行了计算分析,得出了相关规律,为后续的转向管路匹配设计提供参考。

1、模型建立

1.1 物理模型

管路水平放置,管路内部介质以一定的速度在管路中流动,流动介质为ATF3自动变速箱油,其性能曲线如图1所示。由图1可以看出,在0度之前,ATF3的运动粘度随着温度的升高而急剧下降,0度之后,变化比较平缓。

突扩管模型示意图如图2所示。图中,突扩界面前的管路直径为D1,突扩界面后的管路直径为D2,突扩比E=D2/D1[3,4],取D1=6mm,E分别取值为1.2,1.5,1.8,2,2.5.为了保证管路进口和出口的流动都是充分发展的,取突扩界面前的管长为L1,突扩界面后的管长为L2,L1=20*D1,L2=20*D2[5]。

弯管示意图如图3所示,D=6,a=120mm,R=30mm,θ分别取30度、60度、90度、120度、150度。

1.2 数学模型

采用层流模型和SIMPLE算法进行计算,并对问题做以下假设:

(1)、流动过程中粘性力起主导作用,忽略惯性力的影响;

(2)、流动是充分发展的。

1.3 边界条件

实际流动中,到达突扩截面处流动已达到充分发展段,入口速度分布为抛物形,且出口截面远离回流区,由于选取的计算区域足够长,在入口处采用速度入口边界条件进行计算,入口速度为均匀分布;出口边界为出流出口;边壁采用固壁无滑移条件[5];采用ATF3自动变速箱油为流动介质。

1.4 压力损失及雷诺数

由于实际液体具有粘性,以及液体在流动时会遇到阻力,为了克服阻力,液体会损失一部分能量,这种能量损失称为压力损失。

压力损失分为两类:沿程压力损失和局部压力损失。

沿程压力损失表达式为:

式中:l—管道长度;d—管道直径;ρ—液体的密度;v—液体的流速;λ—沿程阻力系数。

当液体为层流时,λ的理论值为λ=64/Re。

局部压力损失△pζ的计算公式为:

式中:ζ—局部阻力系数;ρ—液体的密度;v—液体的流速。

流体在管道中的流动状态与流体粘度v、流速v及管径有关,流体的层流和紊流两种状态可用雷诺数Re来判定。

式中,dH为通流截面的水力直径。对于圆形管道,dH等于管道直径。

2、模型计算及结果处理分析

2.1 模型校核验证

设计一直径为6mm,长度为120mm的直管,利用上文中的数学模型和边界条件对其进行CFD分析,提取其压力损失变化,通过压力损失计算其沿程阻力系数,并与经验计算值做对比。对比图如图4所示。

由上图可以看出,利用上文中的数学模型和边界条件模拟计算的沿程压力阻力系数趋势及数值与经验公式计算值基本一致,说明上文中的数学模型和边界条件设置合理,可以用于后续局部阻力系数的模拟计算。

2.2 不同突扩管的局部阻力系数计算分析

对突扩比E分别取值为1.2,1.5,1.8,2,2.5五种模型在流动介质温度分别为-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的条件下进行压力损失分析,通过计算,得到不同突扩比的管路在低雷诺数下的局部阻力系数对比曲线,如图5所示。

由图5可以看出,随着雷诺数的增大,局部阻力系数呈现减小趋势,特别是在Re<100时,局部阻力系数随着雷诺数的增大而呈现急剧下降趋势。

为了更清晰的分析上图,分别给出Re<100时不同突扩比管路局部阻力系数对比图和Re>100时不同突扩比管路局部阻力系数对比图。分别如图6和图7所示。

由图6可以看出,在Re<100时,相同突扩比条件下,局部阻力系数随着雷诺数的增大而减小;在相同雷诺数下,局部阻力系数整体趋势是随着突扩比的增大而减小。

由图7可以看出,在Re>100时,相同突扩比条件下,局部阻力系数的整体趋势是随着雷诺数的增大而降低;相同雷诺数条件下,局部阻力系数随着突扩比的增大而增大。

2.3 不同折弯角度的弯管的局部阻力系数计算分析

对折弯半径相等,折弯角度分别取30度、60度、90度、120度、150度时的弯管在流动介质温度分别为-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的条件下进行压力损失分析,通过计算,得到不同折弯角度的管路在低雷诺数下的局部阻力系数对比曲线,如图8所示。

由上图可以看出,在同等折弯角度条件下,局部阻力系数变化的整体趋势是随着雷诺数的增大而减小;在同等雷诺数条件下,局部阻力系数变化的整体趋势是随着折弯角度的增大而减小,这与实际相符,在实际情况中,折弯角度越大,流体流动越顺畅。

对于同等折弯角度条件下的局部阻力系数曲线,其趋势均是先下降后小幅上升再下降的趋势,该趋势与文献[5]的分析趋势完全相同。出现这种趋势的原因主要是因为在雷诺数非常小时,粘性力对流体的流动起主导作用,随着雷诺数的增大,流体流动的惯性力在逐渐增大,最终惯性力起主导作用,粘性力对流动的作用忽略不计。

3、总结

本文利用CFD分析软件并结合压力损失公式计算分析了不同突扩比和不同折弯角度的管路的局部阻力系数,结果显示,局部阻力系数与突扩比、雷诺数、折弯角度之间存在一定的规律。分析结果表明,该局部阻力系数的计算可应用于后期的转向管路设计中,为管路设计提供指导。

参考文献

[1]张蓓.低雷诺数圆管突扩流场的数值模拟及阻力特性分析[D].哈尔滨工业大学.2007.

[2]许福玲.液压与气压传动[M].华中科技大学出版社.2001.

[3]王常斌,陈皖.低雷诺数下突扩管流得CFD数值计算[J].管道技术与设备,2009,(04):13~15.

[4]赵海燕,贾雪松,杨士海等.突扩管分离流场的数值模拟[J].管道技术与设备,2009,(17):8~13.

阻力系数第4篇

在液压制动装置的设计过程中,液压阻力系数起到了非常重要的作用,其不仅包含了液压制动装置内液体流动的各种损失,而且还包括了对理论分析不完善部分的修正,是一个理论与实际之间的符合系数。在液压制动装置的设计中,合理、正确地选择液压阻力系数是设计成功与否的关键。

1 液压制动装置的选取和工作原理

大多数火炮液压制动装置的结构都比较复杂,不利于对液压阻力系数的分析。某57G炮闩缓冲器相对其他液压制动装置在各方面都要简单许多,是一个比较理想的液压制动装置,本文选择了它作为研究对象,其结构如图1所示。

由图1可以看出,液压缓冲器由带紧塞器的缓冲器筒、带活塞杆头的活塞杆、液压调节器、调节筒和弹簧等组成。活塞杆中部是活塞,它套在调节筒内,后部中空,在活塞处有4个斜孔,前端固定活塞杆头,用来直接承受炮闩支架的冲击。活塞后面的弹簧用来使活塞杆恢复到前方位置。调节筒装在缓冲器筒内,在圆周上有3个互成120°的前宽后窄的通孔,与活塞配合形成流液孔,以产生液压阻力,节制炮闩的运动。液体调节器装在调节器本体内,调节器本体前方用螺纹连接着中间的定向筒,作为活塞杆的后导向。

当炮闩后坐时,炮闩撞击液压缓冲器的活塞杆头,使活塞杆后退,活塞杆即挤压其后方的液体,使液体沿调节筒通孔高速流向活塞杆的前方。由于活塞杆对其后方液体的挤压,在缓冲器筒内产生了很高的液体液压阻力,该压力对活塞的作用即形成了阻力,使得炮闩的运动在较短的行程上停止。

2 验证液压阻力系数对液压制动装置的影响

液压阻力系数实际上是一个包含了理论模型未考虑的各种因素综合影响的修正系数,是一个理论与实际的符合系数。液压阻力系数不但与制动装置的结构有关,而且还与液体流动的速度有关。在这里主要对某57G炮闩缓冲器的标准液压阻力系数与另外两个非标准液压阻力系数进行比较,来了解液压阻力系数对某57G炮闩缓冲器的液压阻力与后坐速度之间关系的影响。

液压阻力系数Kp=2.5为某57G炮闩缓冲器在某射角时的标准值,而在液压阻力系数区间范围内选取另外两个数值时,应该选择一个适当大于标准值,一个小于标准值,所以本文中选择的系数为Kp 1=1.8,Kp 2=5。在炮闩的缓冲行程上,炮闩与缓冲器开始运动时共同的初始速度为v0=6.93 m/s。缓冲器液压阻力为:

其中:FΦf j为平均阻力;L为最大缓冲行程;为后坐行程;D为系数,ρ为缓冲器中的液体密度,A为缓冲器活塞的工作面积,KPi为液压阻力系数,mh为液压缓冲器与炮闩运动部分的总质量,a0为缓冲器流液孔的初始面积。

缓冲器后坐运动方程为:

式(2)可写成微分方程的标准形式:

求解上述常微分方程的数值解可用四阶RungeKutta方法,本文采用MATLAB对四阶Runge-Kutta法编程,将液压阻力系数Kp1=1.8、Kp=2.5、Kp2=5分别代入程序中,可得缓冲器的液压阻力随后坐速度的变化曲线图,分别见图2、图3和图4。

3 结论

从图2、图3和图4中可以看出:只有在液压阻力系数为Kp=2.5时,液压阻力与后坐速度才能同时达到零,当液压阻力系数为Kp 1=1.8、Kp 2=5时,液压阻力已经为零,可后坐速度还没有降为零,此时就会发生刚性冲击,缓冲器没有起到缓冲作用。由此可以看出,在设计液压制动装置时,只有选择了合理的液压阻力系数,才能使液压制动装置起到更好的作用。

参考文献

[1]高跃飞.火炮反后坐装置设计[M].北京:国防工业出版社,2010.

[2]张威.MATLAB基础与编程入门[M].陕西:西安电子科技大学出版社,2008.

阻力系数第5篇

热水网路水力计算成果，不仅能确定网路各管段的管径，而且还可确定网路循环水泵的流量和扬程，故网路水力计算不仅涉及到管网的初投资，还涉及到管网的水力平衡和运行能耗，从而正确掌握钢塑复合管的水力特性，具有重要的经济效益和社会效益[1,2]。

1 流动状态

钢塑复合管绝对粗糙度为0.01 mm[3,4]，根据供热管道设计经验，流速大都处于0.25 m/s～3 m/s，设计温度下水的运动粘滞系数为0.367×10-6m2/s时，流体流动状态处于紊流过渡区。

2 复合管沿程阻力系数的确定

在管径和流量一定的情况下，沿程阻力系数是影响管道沿程阻力损失的主要因素，并且沿程阻力系数与管道比摩阻成正比。

下面针对不同文献提出的管道沿程阻力系数计算方法，确定出适合钢塑复合管道的计算方法。

1) 阿里特苏里公式[3]。该式形式简单，计算方便，是适合于紊流状态的综合公式:

2) 勃拉修斯光滑区计算公式[5]。

阿里特苏里公式中当Re很小时括号内的第一项可忽略，公式实际上成为勃拉修斯光滑区计算公式:

3) 前苏联水力计算公式[5]。

前苏联水力地质研究所针对UPVC管，试验得到的计算公式:

4) 上海市政工程设计院水力计算公式[5]。

上海市政工程设计院利用同济大学水力实验室，也针对UP-VC管，进行水力试验得到的公式:

5) 《地面辐射供暖技术规程》水力计算公式。

JGJ 142-2004地面辐射供暖技术规程中的摩阻系数λ的计算公式[6]:

其中，b为水的流动相似系数;Res为实际雷诺数;v为热媒在管道内的流速，m/s;μt为与温度有关的运行粘度，m2/s;Rez为阻力平方区的临界雷诺数;kd为管子的当量粗糙度，m，对于铝塑复合管及塑料管，kd=1×10-5m, dn为管子的计算内径，m。

6) 成都航空职业技术学院水力计算公式。

成都航空职业技术学院针对钢塑复合管进行水力试验得到的计算公式[7]:

这是目前唯一针对钢塑复合管做的水力试验得到的计算公式，很显然公式是按照流体处于紊流粗糙区拟合的计算公式，忽略了流体实际所处的流动状态。

下面针对以上公式计算出不同流速对应的沿程阻力系数，钢塑复合管绝对粗糙度K=0.01 mm，运动粘滞系数为0.367×10-6m2/s，其沿程阻力系数计算值见表1，表2。

由表1，表2可知:综合所述6种不同计算公式，其计算值都在一个数量级内变化，如果以式 (1) 计算值为基准值，其误差在20%以内。

考虑到流体流动的状态、管道材质、管道规格，再考虑到随着使用时间的推移，管道内表面的绝对粗糙度会有一定的增加，采用式 (1) 最适合供热系统二次网钢塑复合管的沿程阻力系数的计算。

3 结语

供热二次网采用钢塑复合管时，流体大多处于紊流过渡区，与采用钢管输送流体，流体大多处于阻力平方区内，流动状态发生了变化，且随着使用时间的推移，管道内表面的绝对粗糙度会有一定的增加，同时考虑到工程计算方便，故确定阿里特苏里计算公式为钢塑复合管的沿程阻力系数的计算公式。准确的水力计算会对供热管网设计、管网的初投资和运行费用都有较大的影响，具有重要的工程应用价值。

参考文献

[1]贺平, 孙刚.供热工程[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社, 2009.

[2]石兆玉.供热系统运行调节与控制[M].北京:清华大学出版社, 1994.

[3]蔡增基, 龙天渝.流体力学泵与风机[M].第5版.北京:中国建筑工业出版社, 2009.

[4]赵启辉, 左寿华.工业常用塑料管道设计手册[M].北京:中国标准出版社, 2008.

[5]卞启良, 胡泽敏.UPVC给水管的水力计算公式[J].建筑技术通讯 (给水排水) , 1990 (3) :2-4.

[6]JGJ142-2004, 地面辐射供暖技术规程[S].

阻力系数第6篇

本案例针对当前实验教学现状, 选择相关的教学内容确定探究性教学主题, 进行探究性教学的尝试。

1 教学背景

教学时间:2008年10月16日, 星期四, 2课时。

教学地点:徐州医学院医学工程实验教学中心 (教学主楼627室) 。

教学对象:徐州医学院2008级临床一系7班甲组学生。

教学内容:用硅压阻力敏传感器测液体表面张力系数。

教学目标:理解拉脱法测液体表面张力的原理, 测量纯水和其他液体的表面张力系数;引导学生体验科学探究过程, 掌握科学探究的方法;培养学生实事求是、勇于质疑的科学态度。

教学重点、难点:液体表面张力的相关知识, 拉脱法测液体表面张力的原理。

徐州医学院是江苏省独立设置的医学类本科院校。根据社会对医学人才的要求和医学生的培养目标, 学生除掌握基础医学、临床医学基本理论知识以外, 还应掌握临床诊疗工作的辩证思维方式和分析、判断、解决问题的方法, 并具有一定的科学素养和实际工作能力。但是长期以来, 学生在医学物理学实验课中过多地注重实验操作和数据处理, 对实验原理缺乏主动思考, 理解不够深刻;设计思想不够开放, 思维定式严重;对实验过程也缺乏充分体验。这都在一定程度上限制了学生创新思维和实践能力的发展。

教材选用第二军医大学出版社2008年出版的《物理实验》, 本教材由基本实验、提高型实验 (综合性、设计性、应用性) 、研究创新型实验等多种形式实验组成, 注重发挥物理实验在培养学生创新思维能力和实践能力方面的作用。

本次课的教学内容为提高型实验“用硅压阻力敏传感器测液体的表面张力系数”, 本实验具有2个特点:首先, 用硅压阻力敏传感器测量表面张力, 该传感器灵敏度高, 线性和稳定性好;其次, 该实验采用的新的吊环不易变形, 直接测量时一般不需校正, 结果准确可靠。实验共分成2部分, 第1部分:对硅压阻力敏传感器进行定标, 为精确测量表面张力系数奠定基础;第2部分:观察拉脱法测表面张力的物理现象, 并用物理学基本概念和定律进行分析研究, 测定水的表面张力系数。本节课的重点是实验的第2部分。

2 教学主题

本次实验课将以“用硅压阻力敏传感器测液体的表面张力系数”为例, 尝试在医学物理学实验教学中发挥实验教学的探究性功能, 培养和锻炼学生的创新精神和实践能力, 培养其科学品质。

3 教学过程

3.1 复习引入

提问:液体表面张力的性质?它具有什么样的作用?如何计算其大小?使学生结合理论课中液体表面张力相关知识的学习, 重点掌握液体表面张力的性质 (大小、方向) 、液体表面张力的应用和与之相关的医学现象。

3.2 情境设计

本实验基于表面张力系数的定义式f=αL, 对实验中吊环受到的水的表面张力的表达式进行分析推导。吊环从水中拉脱出来某瞬间的水膜形成情况见图1, 吊环剖面的受力情况见图2。

吊环从水中脱离时, 会从水中带出一个水的薄膜, 水的表面张力 (竖直向下的f1和f2) 的作用成为吊环拉脱过程中的阻力。

3.3 提出问题

如何测量表面张力系数α?

3.4 分析讨论

由图1分析可知:f1=απD1, f2=απD2, 所以:f表=πα (D1+D2) 。

式中D1、D2为已知条件, 要测出表面张力系数α, 只需测量f表。但f表是一个很小的量, 无法用弹簧测力计进行直接测量。本次实验采用硅压阻力敏传感器进行测量, 它可以把较小的力信号转变为相对较大的电信号。

由第一部分实验可知, 力敏传感器的力信号和电信号之间具有简单的线性关系U=Bf+b, 我们可以通过读取电信号U, 再利用公式f= (U-b) /B把f表计算出来。但是, 这种方法测f表的前提必须是f表和f具有相同的物理意义。请学生思考:在本实验中, f表和f意义是否相同?

3.5 猜想假设

假设f表和f具有相同的物理意义, 即f=f表, 根据公式f表=πα (D1+D2) , 表面张力的大小f表应该在拉脱过程中不发生变化, 因此数字电压表输出的电信号应该为一个恒量 (学生要注意观察实验过程中出现的情况) 。

3.6 设计实验

学生根据所给实验器材设计实验, 连接好电路;通过升降平台控制水面和水膜, 实现拉脱过程。

3.7 采集数据

学生根据实验数据, 可以绘得图3, 而根据f=f表的假设, 数字电压表输出的电信号应该为一个恒量。所做假设与实验曲线显然不符, 说明假设是错误的。

3.8 分析论证

根据实验数据, 学生意识到表面张力f表并非公式U=Bf+b中的f。那么f究竟由哪些因素构成呢?

考虑到吊环本身的重力, 师生猜想f中应该包含吊环的重力, 即f=f表+G环。但G环也是一个恒量, 应该不会引起电信号的变化。引导学生思考:是否可以取消G环这一项?在第1部分学生实验的基础上, 学生能够找到解决问题的方法:通过调零, 认为G环=0。学生对图3做出修正, 可得图4 (学生再次采集数据进行验证) 。

显然表达式f=f表+G环与图4仍然不符。

图4显示:在拉脱过程中, 电信号呈现出变化的趋势, 因此我们推断在f的表达式中应该包含有一个变化的量。在拉脱过程中, 有什么物理量是变化的呢?经过分析, 学生能判断出在拉脱过程中的变量:水膜所包含的水的重力。因此师生再次对f的表达式做出修正, 即f=f表+G环+G水。

表达式f=f表+G环+G水能否解释电信号的变化?引导学生思考讨论: (1) 在拉脱的最初阶段, 水膜刚刚形成, 竖直高度很小, 水膜中所包含的水的质量比较小, G水很小, 因此输出的电信号很小; (2) 在拉脱进行过程中, 水膜逐渐增高, 水膜中所包含的水的质量也越来越大, 因此G水增加, 导致电信号增加; (3) 拉脱过程继续进行, 因而水膜高度持续增加, 当水膜高度超越一定值以后, 水膜会越来越薄、越来越脆弱 (直至断裂) , 水膜中的水会部分回流至水面, 导致G水减少, 电信号减小; (4) 在水膜断裂前的瞬间, 水膜已经相当脆弱, G水非常小, 水膜断裂时, G水和电信号都急剧减小至零。

引导学生区分U1和U2的意义, 即U1对应G水最大的时刻, U2对应G水最小 (约等于零) 的时刻, 并讨论实验中读取的输出电压应该为U1还是U2?为什么?

3.9 形成结论

以上分析可知: (1) 表达式f=f表+G环+G水能够从理论、实践方面很好地解释实验现象; (2) 实验中读取并代入公式U=Bf+b进行运算的输出电压应该为U2。

4 教学评析

在本次实验课中, 师生历经提出问题、猜想假设、分析论证等各环节, 其思维过程蕴涵了科学探究程序的多个要素, 从而将科学探究的思想纳入了整个教学过程。这使学生从被动接受知识向主动获取知识转化, 这对培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神是极其有益的。

本次实验课中, 学生勇于质疑, 大胆猜测, 思维活跃, 兴趣盎然。本次实验课的合格率100%, 优秀率达到92%, 较好地完成了教学目标, 获得同行与专家的好评。

5 课后反思

医学物理实验课程在体现探究性要素方面具有比理论课程更多的有利条件。实验的探究性功能不仅有利于学生理论知识的学习, 更有利于学生体验理论知识的产生和发展, 有利于感受知识形成的过程和方法。我们应该重视发挥医学物理学实验教学的探究性教育功能, 尤其当实验现象与理论知识预期的结果出现差异的时候, 恰恰是引导学生实施探究性学习的有利时机。

参考文献

[1]韦钰.探究式科学教育教学指导[M].北京:教育科学出版社, 2005.

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