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研究生:謝金邦
研究生(外文):HSIEH,CHIN-BANG
論文名稱:低雷諾係數之薄長方形層流實驗
指導教授:賈至達
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣師範大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:136
中文關鍵詞:伯努力方程式黏滯力雷諾係數層流
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流體在流動時分三種類型;分別為層流、穩流及亂流三大類別。雷諾係數(Reynolds number)大於4000是亂流(Rough turbulent),無法做任何的理論推導計算只有經驗公式而已;大於2000而小於4000是穩流(Transitional turbulent),也一樣只有經驗公式;小於2000是層流(Smooth turbulent),有理論公式可推導計算,這是本論文討論的範圍。一般的普通物理學和高中物理課程對僅伯努力現象都有詳細討論,但是黏滯力的作用完全被忽略。任何在有限制範圍流動的流體都帶有黏滯力的作用,這現象不易被觀察後加以計算,所以實驗的設計上必須能觀察到此現象而且能計算。設計一個流體是水而且是層流的實驗裝置,同時包含流體必須是不可被壓縮和雷諾係數(Reynolds number)的限制。理論模擬所推導出來的公式是近似值,在邊界附近忽略了一些,所以才可得到有解的公式。近似值中包含了黏滯的作用力項與伯努力項。理論值與實驗值相當接近,所以邊界附近的忽略是可行。
The flow of fluid can be characterized into three types, i.e. rough turbulent, transitional turbulent and smooth turbulent. The flow of fluid with Reynolds number below 2000 is assigned as smooth turbulent, and it can be described by the theoretical model. We investigated the smooth turbulent experimentally as well as theoretically. Bernoulli principle has been taught in university and senior high school in details while the viscosity of fluid is totally ignored. We add viscosity effect in cooperation with Bernoulli principle for fluid flows in a flat rectangular nozzle-pipe. Experiment setup allows us to determine the pressure along the pipe and average flow rate of the pipe. Assume the incompressibility of water and ignore the boundary effect caused by the height of the flat nozzle-pipe, we can derive a formula contributed by two terms, and one is caused by viscosity and the other is Bernoulli equation. We found the theoretical model can be used to describe the experimental results very well.
摘要 1
圖表目錄 4
第一章 緒論 8
第一節 動機 9
第二節 研究方法與目的 10
第二章 實驗設計的方法 11
第一節 測量數據的軟體和硬體 13
第二節 校正所有的偵測器與實驗結果和分析 28
第一部分 校正所有的偵測器 28
第二部分 實驗結果和分析 35
第三節 裝置設計和加工 48
第一部分 第一個主題的設計圖 48
第二部分 第二個主題的設計圖 57
第三章 流體在管子中的流動模型理論 60
第一節 在截面積沒變化的管子中所流動的流體 61
第二節 流體在平行面板中流動的情況 67
第三節 有截面積變化的圓形管子中所流動的流體方程式 75
第四節 擴散平板的公式推導 78
第四章 實驗測量與分析 83
第一節 擴散平板的實驗數據分析 84
第二節 新擴散平板的實驗數據分析 96
第三節 新擴散平板的橫向實驗數據分析 108
第五章 結論與未來的展望 117
參考 118
附錄 120
[附錄1]:Type K (AD595) Thermocouples規格表: 120
[附錄2]:壓力量測器26PC0100G6A與26PC0250G6A規格表: 121
[附錄3]:壓力量測器HDIM500GUY8P5規格表: 123
[附錄4]:第一代ADC電路圖: 124
[附錄5]:第二代ADC電路圖: 126
[附錄6]:第二代ADC控制介面軟體晶片程式碼附註解: 127
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