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Génie mécanique

Cette collection présente une gamme de concepts qui sont essentiels pour la compréhension et la conception de systèmes mécaniques. Chaque vidéo porte sur un sujet précis et décrit les méthodes d’analyse fondamentales communément utilisées pour comprendre les comportements physiques.

  • Mechanical Engineering

    11:29
    Flottabilité et glisser sur le corps immergés

    Source : Alexander S Rattner et Sanjay Ali ; Département de génie mécanique et nucléaire, la Pennsylvania State University, University Park, PA

    Objets, véhicules et organismes plongés dans des milieux fluides connaîtront des forces du fluide environnant sous forme de flottabilité- la force verticale vers le haut poids liquide, faites glisser- une force résistive en face de la direction du mouvement et ascenseurforce perpendiculaire à la direction du mouvement. Prédiction et la caractérisation de ces forces est essentielle à l’ingénierie des véhicules et de comprendre le mouvement de natation et de pilotage des organismes. Dans cette expérience, l’équilibre, de flottabilité, poids et force de glisser sur les corps immergés est étudiée en déterminant la vitesse de montée des bulles d’air et de gouttelettes d’huile dans un milieu de glycérine. Les coefficients de traînée qui en résulte à des vitesses de montée terminale seront comparées avec les valeurs théoriques.

  • Mechanical Engineering

    13:09
    Stabilité de la flotte de navires

    Source : Alexander S Rattner et Kevin Rao Li département de génie mécanique et nucléaire, la Pennsylvania State University, University Park, PA

    L’objectif de cette expérience doit démontrer le phénomène de la stabilité des bateaux flottants - la capacité de droit autonome lorsque renversé sur le côté par une force externe. Prudent, conception des formes de coque et de la répartition des masses interne permet aux navires de mer stableuillons (profondeur submergée de coque), améliore la manoeuvrabilité du navire et réduit le faites glisser. Dans cette expérience, un bateau de modèle sera tout d’abord modifié pour permettre le réglage du son centre de masse (ce qui représente des charges de marchandises différentes) et automatisé de suivi de son angle de roulis. Le bateau sera placé dans un récipient d’eau et incliné à différents angles, avec différentes hauteurs de son centre de masse. Une fois libéré, le chavirement (basculement) ou le mouvement du bateau oscillatoire est suivi avec un appareil photo numérique et le logiciel d’analyse vidéo. Angle de roulis de résultats pour l’écurie maximale et la fréquence d’oscillation est comparée avec les valeurs théoriques. Calculs de stabilité seront effectués à l’aide des propriétés géométriques et structurelles du bateau déterminé dans un environnement de conception assistée par ordinateur.

  • Mechanical Engineering

    10:49
    Propulsion et la Poussée

    Source : Alexander S Rattner ; Département de génie mécanique et nucléaire, la Pennsylvania State University, University Park, PA

    Avions, fusées et navires produisent la propulsion en accélérant entourant des produits de combustion de fluides ou de haute température à grande vitesse. En raison du principe de la conservation du moment, l’augmentation de la vitesse liquide se traduit par un effort de Poussée apparente sur le véhicule.lités de la poussée des systèmes de propulsion sont souvent mesurées avec essais de poussée statique. Pour ces essais, systèmes de propulsion sont montées et exploités sur les plates-formes fixes, instrumentés, et la force de retenue sur les montures est mesurée comme la Poussée Dans cette expérience, une installation de mesure de poussée statique à petite échelle est construite et modélisée. L’idée maîtresse courbes pour les deux moteurs d’avion modèle et systèmes d’hélices et un ordinateur ventilateur de refroidissement seront mesurés. Efficacité de Poussée est également évaluées (force de Poussée / puissance électrique absorbée). Mesuré la poussée des valeurs seront comparées avec les prédictions théoriques basées sur les vitesses mesurées dans l’air.

  • Mechanical Engineering

    12:26
    Réseaux de tuyauterie et de pertes de pression

    Source : Alexander S Rattner, département de génie mécanique et nucléaire, la Pennsylvania State University, University Park, PA

    Cette expérience a introduit la mesure et la modélisation des pertes de charge dans les réseaux de canalisations et systèmes d’écoulement interne. Dans de tels systèmes, résistance à l’écoulement par frottement des parois du canal, raccords et obstruction provoque l’énergie mécanique sous forme de pression du e en chaleur. Analyses de génie sont nécessaires au matériel de flux de taille pour s’assurer que les pertes de charge par frottement acceptable et sélectionner les pompes qui répondent aux exigences de baisse de pression. Dans cette expérience, un réseau de tuyauterie est construit avec des caractéristiques communes de flux : longueurs droites de tubes, bobines de tube hélicoïdal et raccords coudés (coudes pointus de 90°). Mesures de perte de pression sont prélevés sur chaque ensemble de composants à l’aide de manomètres - simples dispositifs qui mesurent la pression du liquide par le niveau du liquide dans une colonne verticale ouverte. Les courbes de perte de pression qui en résulte sont comparés avec les prédictions des modèles d’écoulement interne.

  • Mechanical Engineering

    10:56
    Trempe et faire bouillir

    Source : Alexander S Rattner, Sanjay Adhikari et Mahdi Nabil ; Département de génie mécanique et nucléaire, la Pennsylvania State University, University Park, PA

    Suivie d’un refroidissement rapide de chauffage est un élément important de nombreux matériaux, traitement des demandes. Cette procédure de traitement thermique peut augmenter la dureté du matériau, ce qui est importante pour les outils de coupe ou de surfaces dans dess de forte usure. L’étape de refroidissement rapide est appelé trempeet est souvent exécutée en immergeant les matériaux dans un bain liquide (souvent de l’eau ou huile). Trempe de transfert de chaleur peut se produire en raison de la convection forcée - lorsque l’action de déplacer rapidement matériel dʼhuile conduit le processus de transfert de chaleur et de convection libre - si la diminution de la densité du fluide chaud près de la surface du matériau pratique axée sur la flottabilité et transfert de chaleur. À haute température matérielle, peut bouillir le liquide de refroidissement, conduisant à l’efficacité de transfert de chaleur accrue. Toutefois, lorsque les matériaux extrêmement chauds sont trempés, ils peuvent être recouvert de vapeur de liquide de refroidissement relativement faible conductivité thermique, conduisant au transfert de chaleur pauvres. Dans cette expérience, la trempe de transfert de chaleur se mesurera pour un cylindre de cuivre chauffé, qui

  • Mechanical Engineering

    09:14
    Ressauts hydrauliques

    Source : Alexander S Rattner et Mahdi Nabil ; Département de génie mécanique et nucléaire, la Pennsylvania State University, University Park, PA

    Lorsque le liquide coule le long d’un canal ouvert à grande vitesse, le débit peut devenir instable et légères perturbations peuvent causer l’extrados liquide de passer brutalement à un niveau supérieur (Fig. 1 a). Cette forte augmentation du niveau de liquide est appelée un ressaut. L’augmentation du niveau de liquide provoque une réduction de la vitesse de débit moyen. Ainsi, potentiellement destructeur fluide l’énergie cinétique est dissipée en chaleur. Ressauts hydrauliques sont délibérément conçus dans des œuvres de grande eau, comme les évacuateurs de crues barrage, pour éviter d’endommager et réduire l’érosion qui pourrait être causée par des flux de déplacement rapides. Ressauts hydrauliques aussi naturellement des rivières et des ruisseaux et peuvent être observés dans des conditions domestiques, tels que l’écoulement radial de l’eau d’un robinet sur un évier (Fig. 1 b). Dans ce projet, on construira une installation expérimentale de l’écoulement. Une vanne sera installé, qui est une porte verticale qui peut être montée ou descendue pour contrôler le débit d’eau d’un réservoir en amont d’un évacuateur de crues en aval. On mesurera le débit nécessaire pour produire des ressauts hydrauliques à la sortie de la porte. Ces résultats seront com

  • Mechanical Engineering

    11:37
    Analyse de l’échangeur de chaleur

    Source : Alexander S Rattner et Christopher J Greer ; Département de génie mécanique et nucléaire, la Pennsylvania State University, University Park, PA

    Échangeurs de chaleur à transférer l’énergie thermique entre deux fluides courants et sont omniprésents dans les systèmes d’énergie. Les applications communes incluent les radiateurs de voiture (transfert de chaleur du liquide de refroidissement moteur chaud à l’air ambiant),rigérateur (l’air à l’intérieur du compartiment réfrigérateur à évaporation du réfrigérant) et refroidissement tours dans les centrales électriques (condensation de la vapeur évaporation de l’eau et l’air ambiant). L’objectif de cette expérience consiste à introduire une mesure expérimentale (notation) et des procédures de modélisation pour échangeurs de chaleur. Dans cette expérience, un échangeur de chaleur eau / eau-dans-eau tube seront construit et évalué. Mesures de vitesses de température et le débit seront utilisés pour déterminer le taux de transfert de chaleur (Q) et conductance globale (UA). L’échangeur de chaleur mesurée UA seront comparée avec les valeurs prédites pour la géométrie et les conditions de fonctionnement.

  • Mechanical Engineering

    12:08
    Introduction à la réfrigération

    Source : Alexander S Rattner et Christopher J Greer ; Département de génie mécanique et nucléaire, la Pennsylvania State University, University Park, PA

    Cette expérience démontre les principes de réfrigération de compression de vapeur. Le cycle de compression de vapeur est la technologie dominante de réfrigération, dans la plupart les réfrigérateurs, les congélateurs, les systèmes de climatisation et les pompes à chaleur. Dans cesement (acquisition de chaleur) est réalisé avec une évaporation à basse pression de fluide frigorigène. Énergie thermique absorbé par évaporation est rejetée dans le milieu extérieur par condensation du fluide frigorigène à haute pression. Le travail mécanique est appliqué dans le compresseur pour élever le fluide de travail de basse à haute pression. Alors que la technologie du froid est omniprésente, la dissimulation emballage et le fonctionnement autonome de la plupart des réfrigérateurs rend difficile à apprécier les principes de fonctionnement et les fonction des composantes clés. Dans cette expérience, un réfrigérateur de compression de vapeur rudimentaire est construit. Le compresseur est actionné manuellement avec une pompe à vélo, permettant l’appréciation intuitive du cycle de fonctionnement que l’expérimentateur devient partie intégrante du système. Des températures et des pressions de composant qui en résulte peuvent être interprétés comme les diagrammes thermodynam

  • Mechanical Engineering

    09:16
    Fil chaud anémométrie

    Source : Ricardo Mejia-Alvarez et Hussam Hikmat Jabbar, département de génie mécanique, Michigan State University, East Lansing, MI

    Fil chaud anémomètres ont une très court laps de temps-réponse, ce qui les rend idéales pour mesurer rapidement fluctuante des phénomènes tels que les écoulements turbulents. Le but de cette expérience est de démontrer l’utilisation d’anémométrie à fil chaud.

  • Mechanical Engineering

    10:05
    Mesure des écoulements turbulents

    Source : Ricardo Mejia-Alvarez et Hussam Hikmat Jabbar, département de génie mécanique, Michigan State University, East Lansing, MI

    Écoulements turbulents présentent des fluctuations de très haute fréquence qui nécessitent des instruments à haute résolution-temps pour leur caractérisation appropriée. Fil chaud anémomètres ont une courte assez temps-réponse à satisfaire à cette exigence. Le but de cette expérience est de démontrerl chaud anémométrie pour caractériser un jet turbulent. Dans cette expérience, un préalablement étalonné à fil chaud sonde servira à obtenir des mesures de la vitesse à différentes positions dans le jet. Enfin, nous allons démontrer une base analyse statistique des données pour caractériser le champ turbulent.

  • Mechanical Engineering

    00:10
    Visualisation du flux passé un corps Bluff

    Source : Ricardo Mejia-Alvarez, Hussam Hikmat Jabbar et Mahmoud N. Abdullatif, département de génie mécanique, Michigan State University, East Lansing, MI

    En raison du caractère non linéaire de ses lois dirigeants, un mouvement fluide induit des écoulements complexes. Comprendre la nature de ces modèles a fait l’objet d’un examen approfondi pendant des siècles. Bien que les ordinateurs personnels et les superordinateurs sont largementr déduire des modèles d’écoulement de fluide, leurs capacités sont encore insuffisantes pour déterminer la viscosimétrie exacte pour des géométries complexes ou hautement inertiels flux (par exemple quelle impulsion domine résistance visqueuse). Dans cette optique, une multitude de techniques expérimentales pour faire flux motifs évidents ont été mis au point qui peut atteindre le débit outils inaccessibles aux théorique et computationnelle des régimes et des géométries. Cette démonstration étudiera l’écoulement du fluide autour d’un corps de bluff. Un corps de bluff est un objet que, grâce à sa forme, causes séparé des flux sur la majeure partie de sa surface. Cette méthode diffère un corps profilé, comme une surface portante, qui est aligné dans le flux et provoque la séparation de l’écoulement. Le but de cette étude est d’utiliser les bulles d’hydrogène comme une méthode de visualisation des modèles d’écoulement. Les bulles d’hydrogène sont produits par électrolyse en utilisa

  • Mechanical Engineering

    13:27
    Jet empiétant sur une plaque inclinée

    Source : Ricardo Mejia-Alvarez et Hussam Hikmat Jabbar, département de génie mécanique, Michigan State University, East Lansing, MI

    L’objectif de cette étude est de démontrer comment un écoulement de fluide exerce des forces sur les structures de la conversion d’une pression dynamique en pression statique. À cette fin, nous allons faire un jet avion empiètent sur un plat plat et permettra de mesurer la distribution résultante deong de la plaque. La force résultante sera estimée en intégrant le produit entre la répartition de la pression et les différentiels de la zone définie adéquatement le long de la surface de la plaque. Cette expérience sera répétée pour les deux angles d’inclinaison de la plaque par rapport à la direction du jet et les deux débits. Chaque configuration produit une distribution de pression différentes le long de la plaque, qui est le résultat de différents niveaux de la conversion d’une pression dynamique en pression statique à la surface de la plaque. Pour cette expérience, on mesurera la pression avec un capteur de pression de diaphragme relié à une vanne de balayage. La plaque elle-même a petites perforations appelées prises de pression qui se connectent à la valve de balayage par l’intermédiaire de tuyaux. La valve de balayage envoie la pression de ces entailles vers le transducteur de pression l’un à la fois. La pression induit la déformation mécanique sur le diaphragme qui le

  • Mechanical Engineering

    10:15
    Approche de la conservation de l’énergie à l’analyse du système

    Source : Ricardo Mejia-Alvarez et Hussam Hikmat Jabbar, département de génie mécanique, Michigan State University, East Lansing, MI

    Cette expérience vise à démontrer l’application de l’équation de conservation de l’énergie pour déterminer la performance d’un système de flux. À cette fin, l’équation de l’énergie pour l’écoulement régulier et incompressible est appliquée à un tuyau court muni d’un robinet-vanne. La vanne est fermée puisur les conditions d’écoulement est caractérisée. En outre, l’interaction entre ce système d’écoulement et le ventilateur qui pousse le flux est étudiée en comparant la courbe du système avec la courbe caractéristique du ventilateur. Cette expérience permet de comprendre comment la dissipation d’énergie est utilisée par vannes pour restreindre le flux. En outre, en vertu du même principe, cette expérience offre une méthode simple pour mesurer le débit en utilisant le changement de pression à travers une entrée nette.

  • Mechanical Engineering

    13:35
    Conservation de masse et les mesures de vitesse d’écoulement

    Source : Ricardo Mejia-Alvarez et Hussam Hikmat Jabbar, département de génie mécanique, Michigan State University, East Lansing, MI

    Le but de cette expérience est de démontrer l’étalonnage d’un passage de flux, comme un débitmètre à l’aide d’une formulation de volume (CV) de contrôle [1, 2]. L’analyse de CV se concentre sur l’effet macroscopique du courant sur l’ingénierie des systèmes, plutôt que la description détaillée qui pourrait détaillée du différentielle. Ces deux techniques doivent envisager des approches complémentaires, comme l’analyse de CV donnera à l’ingénieur une base initiale sur quelle voie poursuivre lors de la conception d’un système d’écoulement. Grosso modo, une analyse de CV donnera l’ingénieur une idée de l’échange de masse dominante dans un système et devrait idéalement être la première étape à prendre avant de poursuivre toute conception détaillée ou analyse par formulation différentielle. Le principe derrière l’élaboration de CV pour la conservation de la masse est de remplacer les détails d’un système de flux par un volume simplifié enfermé dans ce qu’on appelle la surface de contrôle (CS). Ce concept est imaginaire et peut être définis librement pour habilement simplifier l’analyse. Par exemple, le CS devrait « cut » des orifices d’entrée et de sortie dans une direction perpendiculaire à la vitesse de la dominante. Ensuite, l’analyse consisterait à trouver l’équilibre entre le flu

  • Mechanical Engineering

    11:30
    Détermination des Forces d’impaction sur une assiette plate avec la méthode de contrôle Volume

    Source : Ricardo Mejia-Alvarez et Hussam Hikmat Jabbar, département de génie mécanique, Michigan State University, East Lansing, MI

    Le but de cette expérience est de démontrer la force sur les corps à la suite de changements dans la dynamique linéaire de l’écoulement autour d’eux à l’aide d’une formulation de volume control [1, 2]. L’analyse du volume de contrôle met l’accent sur l’effet macroscopique du courant sur l’ingénierie description détaillée qui pourrait être obtenue avec une analyse différentielle. Chacun de ces deux techniques ont une place dans la boîte à outils d’un analyste technique, et elles devraient être considérées comme complémentaires plutôt que concurrents des approches. Grosso modo, l’analyse du volume contrôle donnera l’ingénieur une idée des charges dominantes dans un système. Cela donnera à cette personne un sentiment initial sur quel itinéraire pour poursuivre lors de la conception de dispositifs ou structures et devrait idéalement être la première étape à prendre avant de poursuivre toute conception détaillée ou analyse par formulation différentielle. Le principe derrière la formulation de volume de contrôle est de remplacer les détails d’un système exposé à un écoulement de fluide par un diagramme de corps libre simplifié défini par un imaginaire fermé surface doublé le volume de contrôle. Ce diagramme doit contenir toutes les forces de surface et le corps, le flux net du momen

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