SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 2

„POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOKALNYCH PRZY PRZEPŁYWIE WODY

W RURZE”

Jarosław Bądos

Łukasz Banaszek

Damian Białobłocki

Karol Cichoń

Wstęp:

Pomiar strat lokalnych posiada istotne znaczenie w technice, zwłaszcza tam, gdzie mamy do czynienia z projektowaniem układu pompa - rurociąg. Wiąże się to z koniecznością wyznaczenia charakterystyki rurociągu, co z kolei wymaga określenia współczynnika strat liniowych λ oraz współczynnika strat lokalnych ζ. Straty lokalne występują w tych fragmentach rurociągu, w których ulega zmianie kierunek przepływu lub wartość prędkości.

Dla wielu typów elementów stosowanych w hydraulice wartość współczynnika strat lokalnych przy przepływie płynu newtonowskiego można zaczerpnąć z polskich norm. Jednakże w warunkach przemysłowych często są stosowane nietypowe elementy, jak również przepływający czynnik nie zawsze jest płynem newtonowskim. Zmusza nas to do przeprowadzenia własnych badań eksperymentalnych, mających na celu określenie współczynnika strat liniowych λ dla danego rurociągu oraz współczynnika strat lokalnych ζ, dla każdego elementu, na którym straty te powstają.

Ogólnie, straty lokalne na danym elemencie przepływowym zależą ud liczby Reynoldsa, chropowatości względnej oraz kształtu tego elementu. Spadek ciśnienia na długości L przewodu, określa się na podstawie równania Darcy-Weisbacha

gdzie:

Δp - spadek absolutnego ciśnienia statycznego na odcinku L, Pa,

D - średnica wewnętrzna przewodu, m;

L - długość odcinka przewodu, na którym mierzony jest spadek ciśnienia, m;

v - średnia prędkość w przekroju poprzecznym przepływu, m/s;

ρ - gęstość płynu, kg/m³;

λ - współczynnik strat liniowych.

Kształt elementu, na którym wystąpiła strata lokalna jest trudny do określenia za pomocą takich parametrów jak: długość (L), średnica (D) i współczynnik λ. Z tych wzglądów parametry L, D i λ zastąpiono pewnym współczynnikiem - nazwanym współczynnikiem strat lokalnych (miejscowych).

Gdy znana jest wartość współczynnika ζ wówczas spadek ciśnienia na określonej przeszkodzie można wyrazić jako:

gdzie Δ
oznacza spadek ciśnienia wywołany miejscowa strata ciśnienia.

Tradycyjny pomiar współczynnika strat lokalnych realizowany jest metodą pośrednią i zazwyczaj sprowadza się do pomiaru wysokości spadku ciśnienia na odcinku

1 - 2. Wartość ta jest sumaryczną wysokością spadku ciśnienia na odcinku 1 - 2, spowodowaną obecnością strat liniowych i lokalnych.

Schemat pomiaru strat lokalnych na zaworze metodą wymagającą dodatkowego określenia współczynnika λ.

Z powyższej zależności wynika, że wyznaczenie współczynnika strat lokalnych wymaga wcześniejszego wyznaczenia strat liniowych λ. Konsekwencją tego jest to, że pomiar ζ obarczony będzie dodatkowym błędem wynikającym z błędu pomiaru współczynnika λ.

W omawianej metodzie współczynnik strat lokalnych można wyznaczyć z zależności:

Opis stanowiska

Stanowisko badawcze stanowi zamknięta pętla rurociągu z pompą wirową. Przed rozpoczęciem badań należy doprowadzić wodę do instalacji badawczej. Po napełnieniu instalacji wodą można włączyć pompę i przystąpić do pomiarów.

Przebieg ćwiczenia

Doświadczenie polega na pomiarze spadku ciśnienia na odcinku rurociągu stalowego d=0,05m z zamontowanym zaworem (pomiar współczynnika strat lokalnych). W trakcie ćwiczenia dla zmiennych wydajności pompy wirowej określany jest spadek ciśnienia (h_str) na odcinku przewodu L na którym zamontowany jest zawór. Spadek ciśnienia odczytywany jest za pomocą manometru różnicowego rtęciowego. Wydajność układu mierzona jest w sposób pośredni. Pomiar ten polega na odczytaniu na wodomierzu ilości obrotów turbinki (10, 20obr) w określonym czasie - mierzony czas 10 (20) obrotów turbinki na wodomierzu. Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli.

Obliczenia wykonać w oparciu o poniższe wzory:

- kinematyczny współczynnik lepkości:

-Strata ciśnienia na odcinku L rurociągu z zamontowanym zaworem:

-Wydajność pompy

-prędkość przepływu w rurociągu

-liczba Reynoldsa

-współczynnik strat miejscowych

Wnioski

Błędy pomiarów i wartości współczynnika strat lokalnych spowodowane są niedokładnością odczytu wysokości spadku ciśnienia na manometrach różnicowych. Błąd ten powiększyła zamiana jednostek. Wpływ na błąd miało też uśrednienie temperatury cieczy co spowodowało błąd gęstości cieczy oraz dynamicznego współczynnika lepkości. Pomiar obarczony jest dodatkowym błędem wynikającym z błędu pomiaru współczynnika strat liniowych (metoda pośrednia). Różnica wartości współczynnika strat lokalnych wyznaczanego dwiema metodami wynika w dużym stopniu z niedokładności w obliczaniu współczynnika λ. Różnica ta jest uwidoczniona na wykresie:

---