Doświadczenie nr 1
Podczas tego ćwiczenia na stanowisku w laboratorium, mogliśmy zaobserwować zjawisko uderzenia hydraulicznego. Powstaje ono w skutek nagłego zamknięcia lub otwarcia zaworu kulowego w przewodzie z przepływającą cieczą. W przypadku nagłego zamknięcia, a więc szybkiego zmniejszenia prędkości przepływu, mówimy o uderzeniu hydraulicznym dodatnim. Masa wody po zamknięciu zaworu zostaje gwałtownie zahamowana. Ściślej mówiąc ciecz zatrzymuje się warstwowo. Najpierw ta warstwa znajdująca się najbliżej zaworu, a następnie kolejne coraz bliżej zbiornika z wodą. Gdy zatrzyma się ostatnia warstwa cieczy, to przy zaworze będzie panowało największe ciśnienie. Podwyższenie ciśnienia w przewodzie, mogliśmy zaobserwować dzięki dużemu piezometrowi, który znajdował się w przewodzie z cieczą. Podczas tej obserwacji zauważyliśmy, że poziom cieczy w piezometrze oscylował. Było to spowodowane zjawiskiem powrotu fali uderzeniowej. Jeśli ciśnienie cieczy wzrośnie w przewodzie, wtedy w zbiorniku będzie mniejsze ciśnienie, więc ciecz cofnie się do zbiornika. Z kolei wtedy w przewodzie ciśnienie zmaleje, a więc ciecz wróci do przewodu itd. Wysokość poziomu cieczy w piezometrze oscyluje z tendencją do ustania wahań. Jest to spowodowane stratami ciśnienia, na długości przewodu i lokalnie we wlocie ze zbiornika. W końcu następuje równowaga. W przypadku gwałtownego otwarcia przewodu, prędkość nagle zwiększa się, a ciśnienie maleje. Mamy wtedy do czynienia z uderzeniem hydraulicznym ujemnym.
W praktyce wzrost ciśnienia lub jego spadek mogą doprowadzić do niszczenia przekroju przewodów lub nawet do pęknięcia przewodu. Należy więc brać pod uwagę uderzenie hydrauliczne, które zazwyczaj jest powodowane przez nagłe wyłączenie lub włączenie pompy wodnej, lub szybkie zamknięcie zaworów w przewodach. Metodami zniwelowania wzrostu ciśnienia podczas uderzenia hydraulicznego, są:
powolne zamykanie lub otwieranie zaworów
zmniejszenie długości przewodów
instalowanie zaworów bezpieczeństwa
Doświadczenie nr 2
Na stanowisku, które było modelem koryta otwartego, mogliśmy zaobserwować różne rodzaje ruchów cieczy oraz zachowanie się przepływu cieczy w przypadku przelewów przez przeszkody.
Koryto było zakończone zasuwą, czyli opuszczaną pionowo klapą. Wysokość tej zasuwy mogliśmy regulować śrubą. Przy maksymalnie otwartej zasuwie, ruch cieczy był rwący. Po opuszczeniu klapy poniżej poziomu wody, nastąpiło spiętrzenie wody i jej ruch stał się spokojny. Aby nazwać te rodzaje ruchu cieczy musimy wprowadzić pojęcie ruchu krytycznego.
Energia całkowita cieczy to suma energii potencjalnej i kinetycznej. Jeśli rośnie wysokość cieczy w korycie przy stałym wydatku, to proporcjonalnie rośnie energia potencjalna. Natomiast energia kinetyczna zarówno przy wysokości dążącej do zera jak i do nieskończoności - rośnie do nieskończoności. Można więc wnioskować, że istnieje głębokość na której wartość energii całkowitej będzie minimalna. Ta głębokość zwana jest krytyczną, a ruch na tej głębokości - ruchem krytycznym. Głębokości mniejsze od krytycznej nazywa się głębokościami podkrytycznymi, a ruch w tym obszarze - ruchem podkrytycznym. Głębokości większe od krytycznej nazywa się nadkrytycznymi, a ruch cieczy w tym obszarze ruchem nadkrytycznym. Ruch podkrytyczny jest ruchem rwącym, a nadkrytyczny spokojnym.
Podczas przejścia ruchu rwącego w spokojny, można było zaobserwować spiętrzenie wody, zwane odskokiem hydraulicznym. Było to spiętrzenie w kształcie walca o osi równoległej do dna koryta.
Oprócz różnego charakteru ruchu, obserwowaliśmy także zachowanie się strumienia wody przy przelewach. Przelewem nazywamy przegrodę, nad która przepływa ciecz o swobodnym zwierciadle.
W przypadku przelewów o ostrej krawędzi, pod strumieniem wody tworzyła się przestrzeń. Jej wielkość była zmienna, a więc ciśnienie w tym miejscu również się zmieniało. W praktyce może to działać niszcząco na ściankę przelewową i należy to uwzględnić podczas projektowania budowli hydrotechnicznych.
Przelewy o łagodnym spadku wpływały odmiennie na zachowanie się cieczy. Nie występowała przestrzeń powietrzna, a strumień cieczy łagodnie przelewał się przez przeszkodę.
Ciekawą obserwacją był przelew przez przeszkodę o ostrej krawędzi, ale o chropowatej powierzchni (żwirowej). Przestrzeń powietrzna była znacznie mniejsza niż w przypadku poprzedniej gładkiej przeszkody. Wnioskujemy, że nierówna powierzchnia powodowała zwolnienie prędkości cieczy i z tego powodu strumień cieczy przelewał się pod większym kątem i tworzył mniejszy „bąbel” powietrza.