SPRAWOZDANIE Z LABOLATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

TEMAT NR 12

„Strumienica”

Wykonał zespół nr 1

Grupa: COWiG 3

Piotr Owczarczyk

Katarzyna Pietrzak

Katarzyna Sosnowska

Marek Paukszto

Jarosław Maślany

1. Wprowadzenie:

Celem ćwiczenia było określenie wybranych parametrów hydraulicznych strumienicy i występujących między nimi zależności .

Strumienica jest jednym z rodzajów pomp o prostej budowie, bez elementów ruchomych, z dużym zakresem natężeń przepływu. Jest stosowana przy pompowaniu wód z głębokich studni, wykopów fundamentowych, ścieków itp. Jej zalety to niezawodność w pracy, duży zakres natężeń przepływu, brak elementów ruchomych oraz prosta budowa. Wadą strumienicy jest jej mała sprawność.

Na podstawie wartości hydraulicznych odczytanych ze stanowiska pomiarowego do badania strumienicy i zestawionych w tablicach 1.1, 1.2, 1.3:

• ciśnienia na manometrze [Pt]=kG/cm² ,

• geometrycznej (niwelacyjnej) wysokości ssania hs ,

• geometrycznej wysokości tłoczenia ht

• wskazania manometru różnicowego Pm ,

• wysokości napełnienia danaidy [hd] = m ,

• natężenie zasilającego strumienia [Qz ]= m³/s ,

• natężenie strumienia całkowitego [Qc ]= m³/s ,

• natężenia strumienia zasysanego [Qs] = m³/s.

Obliczono wielkości hydrauliczne niezbędne do określenia zależności parametrów strumienicy: Qc=Qc(Qz) , Ho=Ho(Qs), Ho=Ho(Qz).Niżej wymienione wzory i stałe wykorzystane przy wykonywaniu obliczeń :

• wysokość podnoszenia Ho .Ubytki energii mechanicznej w przewodzie ssącym i tłocznym pominięto jako małe.

Ho=ht+hs (1.1)

gdzie:

• ht- geometryczna wysokość tłoczenia ,

• hs- stała geometryczna wysokość ssania hs=0,17 m

• Całkowite natężenie przepływu strumienia wody Qc

Qc=Qz+Qs (1.2)

gdzie:

• Qz - natężenie strumienia zasilającego ,

• Qs- natężenie strumienia ssawnego .

• Wysokość ciśnienia strumienia zasilającego Hz

(1.3)

gdzie:

• Pt-wartość ciśnienia odczytana na manometrze w Pascal'ach ,

• dla 16 ^o C ρ _{H O} wynosi ρ = 998,94 kg/m³

• współczynnik sprawności η oblicza się za pomocą wzoru:

(1.4)

Zestawienie wielkości hydraulicznych odczytanych ze stanowiska pomiarowego do badania strumienicy przy wyznaczaniu zależności natężenia strumienia całkowitego Qc od natężenia strumienia zasilającego Qz przy zadanej ,stałej wysokości pompowania Ho w tablica 1.1., gdzie:

Ho=1,2 m

hs= 0,18 m, ht=1,02

Tablica 1.1

Wyniki pomiarów przy zadanej stałej całkowitej wysokości pompowania H0
nr serii	nr pomiaru w serii	h1	h2	Δh	hd	Pm	Qz	Qc
		mm	mm	mmHg	m	kG/m^2	10^-6m^3/s	10^-6 m^3/s
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	1	105	-190	295	0,35	4,3	65	265
		2	107	-188	295	0,36	4,25	65	265
	2	1	100	-198	298	0,38	4,2	66	269
		2	96	-205	301	0,40	3,9	66	269
	3	1	90	-170	260	0,39	3,8	58	245
		2	84	-167	251	0,39	3,8	57,5	243
	4	1	60	-140	200	0,375	3,0	55	219
		2	56	-137	193	0,35	2,8	52	190
	5	1	45	-120	165	0,24	2,45	50	158
		2	42	-111	153	0,23	2,40	47,5	150

Zestawienie wielkości hydraulicznych odczytanych ze stanowiska pomiarowego przy wyznaczaniu zależności wysokości podnoszenia Ho od natężenia strumienia zasysanego Qs przy zadanym ,stałym natężeniu strumienia zasilającego Qz w tablicy 1.2 ,gdzie:

Δh= 120 mm Hg po odczytaniu z wykresu Qz=44,5 *10 ^-6 m3/s, hs=0,18 m,

Tablica 1.2

Wyniki pomiarów przy zadanym stałym natężeniu strumienia zasilającego Qz
nr pomiaru w serii	ht	hd	Pm	Qc	Qc	Qz
	m	m	kG/m^2	10^-6m^3/s	10^-6m^3/s	10^-6m^3/s
2	3	4	5	6	7	8
1	0,75	0,162	1,8	189	189
2	0,75	0,163	1,8	189
1	0,60	0,252	1,8	214		213
2	0,60	0,235	1,8	212
1	0,50	0,260	1,8	230		231,5	44,5
2	0,50	0,261	1,8	231
1	0,40	0,265	1,8	240		240
2	0,40	0,265	1,8	240
1	0,30	0,278	1,8	251		251,5
2	0,30	0,272	1,8	250

Zestawienie wielkości hydraulicznych odczytanych ze stanowiska pomiarowego przy wyznaczaniu zależności wysokości podnoszenia Ho od natężenia strumienia zasilającego Qz przy zadanym ,stałym natężeniu strumienia całkowitego Qc w tablicy 1.3 ,gdzie

hd=150 mm H₀ po odczytaniu z wykresu otrzymano Qc=120*10 ^-6 m3/s, hs=0,18 m

Tablica 1.3

Wyniki pomiarów przy zadanym stałym natężeniu strumienia całkowitego Qc
nr serii	Nr pomiaru w serii	h1	h2	Δh	ht	Pm	Qz
		mm	mm	mm	m	kG/m^2	10^-6 m^3/s
1	2	3	4	5	6	7	8
1	1	90	-175	225	1,800	3,8	57,5
		2	87	-171	256	1,780	3,75	60
	2	1	74	-155	229	1,200	3,35	58
		2	72	-150	222	1,180	3,3	57
	3	1	70	-150	220	1,150	3,15	57
		2	68	148	216	1,140	3,1	55
	4	1	50	-130	180	0,780	2,6	53
		2	50	-129	179	0,770	2,6	52
	5	1	18	-88	106	0,300	1,6	42
		2	17	-85	102	0,280	1,6	42,5

2. Obliczenie wartości hydraulicznych:

Przykładowe obliczenia dla zależności Qc=Qc(Qz) wykonano dla 1-ej serii pomiarowej dla 1-ego pomiaru .

Korzystając ze wzoru (1.2) obliczono Qs

Qs=265*10 ^-6 -65*10 ^-6 =200*10 ^-6 m3/s

Ze wzoru (1.3) wyznaczono Hz:

m

Ze wzoru (1.4) obliczono η

Pozostałe wielkości dla tej zależności Qc=Qc(Qz) umieszczona w tablicy 1.4

Tablica 1.4

Zestawienie obliczeń do przepływu przy zadanej stałej całkowitej wysokości pompowania Ho -zależność Qc=Qc(Qz)
nr serii	nr.pomiaru	hz	Qs	η	Qs	η
		m	10^-6m^3/s	%	10^-6m^3/s	%
1	2	3	4	5	6	7
1	1	43,05	200	8,786	200	8,839
		2	42,55	200			8,892
	2	1	42,04	203			8,997	203	9,352
		2	39,04	203			9,707
	3	1	38,04	187			10,451	186,25	10,454
		2	38,04	185,5			10,457
	4	1	30,03	164			12,334	151	12,065
		2	28,03	138			11,791
	5	1	24,53	108			11,027	105,25	11,142
		2	24,03	102,5			11,256

Przykładowe obliczenia dla zależności Ho=Ho(Qs) wykonano dla 1-ej serii pomiarowej dla 1-ego pomiaru :

Korzystając ze wzoru (1.2) obliczono Qs

Qs=189,0*10 ^-6 -44,5*10 ^-6 =144,5*10 ^-6 m3/s

Ze wzoru (1.3) wyznaczono hz:

m

Ze wzoru (1.4) obliczono η

%

Pozostałe wielkości dla tej zależności Ho=Ho(Qs) umieszczona w tablicy 1.5

Tablica 1.5

Obliczone wartości dla przepływu przy zadanym stałym natężeniu strumienia Qz - zależność Ho=Ho(Qs)
	H0	Ho	Qs	hz	η	Qs	hz	η
	m	m	10^-6 m^3/s	m	%	10^-6 m^3/s	m	%
1	0,93	0,93	144,5	18,02	17,49	144,5	18,019	17,487
2	0,93					18,02			17,49	144,5
1	0,78			0,78	169,5	18,02			17,06	169,5	18,019	16,955
2	0,78					18,02			16,85	167,5
1	0,68			0,68	185,5	18,02			16,18	185,5	18,019	16,224
2	0,68					18,02			16,27	186,5
1	0,58			0,58	195,5	18,02			14,46	195,5	18,019	14,462
2	0,58					18,02			14,46	195,5
1	0,48			0,48	206,5	18,02			12,57	206,5	18,019	12,54
2	0,48					18,02			12,51	205,5

Przykładowe obliczenia dla zależności Ho=Ho(Qz) wykonano dla 1-ej serii pomiarowej dla 1-ego pomiaru :

Korzystając ze wzoru (1.2) obliczono Qs

Qs=120*10 ^-6 -58*10 ^-6 =62 *10 ^-6 m3/s

Ze wzoru (1.3) wyznaczono hz:

m

Ze wzoru (1.4) obliczono η

Pozostałe wielkości dla tej zależności Ho=Ho(Qz) umieszczona w tablicy 1.6

Tablica 1.6

Zestawienie obliczonych wartości dla przepływu przy zadanym stałym natęzeniu strumienia całkowitego Qc
nr serii	nr.pomiaru	Qs	hz	Ho	η	Qs	Ho	η
		10^-6 m^3/s	m	m	%	10^-6 m^3/s	m	%
1	1	62,5	38,04	1,98	5,9386	61,25	1,97	5,7098
		2	60	37,54	1,96				5,481
	2	1	62	33,536	1,38				4,5621	62,5	1,37	4,6404
		2	63	33,035	1,36				4,7187
	3	1	63	31,533	1,33				4,8382	64	1,325	5,0284
		2	65	31,033	1,32				5,2186
	4	1	67	26,028	0,96				4,8067	67,5	0,955	4,8626
		2	68	26,028	0,95				4,9186
	5	1	78	16,017	0,48				5,6718	77,75	0,47	5,501
		2	77,5	16,017	0,46				5,3303

3.Analiza otrzymanych wyników i rachunek błędów

Błędy pomiaru:

• temperatury 1^oC

• wysokości ht 1-30 mm

• wysokości hd 1-10 mm

• wysokości hs 2 mm

• manometru mechanicznego 0,4*10 kG/cm2

• natężenia strumieni : Qz, Qc- 1-4*10^-6 m3/s

Największe błędy odczytu wystąpiły przy odczytywaniu wysokości tłoczenia przy pomiarach dla stałego natężenia strumienia zasilającego. Ciągłe wahania cieczy w cylindrze pomiarowej nie pozwalały na dokładny odczyt.

Analizę błędów wartości Ho, Qs, hz przeprowadzono w oparciu o różniczkę zupełną dla pomiaru trzeciego wartości dla przepływu przy stałej wysokości podnoszenia:

Δ
=Δht+Δhs=0,005-0,002=0,003

=ΔQc+ΔQz=0,002+0,002=0,004

(0,4*1000)/998,94=0,4

=0,0109

Zestawienie błedów dla pomiarów przy stałej wysokosci pompowania Ho
nr.serii	Δh	Δhz	Δht	ΔQs	Δη	ΔHo
	m		m	10^-6m^3/s		m
1	2	3	4	5	6	7
1	0,002	0,4004	0,005	3	0,0046	0,007
2	0,003	0,4004	0,006	2	0,0008	0,008
3	0,002	0,4004	0,005	4	0,0053	0,007
4	0,001	0,4004	0,008	2	0,0009	0,01
5	0,001	0,4004	0,007	5	0,0067	0,009

4.Wnioski.

Z przeprowadzonych przez nas pomiarów wynika, iż sprawność strumienicy jest mała i jej wartość średnia wynosi 12% dla trzech pomiarów ,podczas gdy najlepsze strumienice osiągają do 26 %.Najwyższą sprawność 17,49% osiągnęła strumienica przy przy zadanym stałym natężeniu strumienia Qz .Na taki wynik, wpływ mają błędy pomiarowe wynikające ze zbyt krótkiego czasu trwania doświadczenia, a tym samym brak możliwości uzyskania dokładnie ruchu ustalonego(długie oczekiwanie na stabilizowanie warunków przepływu po wykonaniu każdego pomiaru- przy zmianie warunków przepływu od razu można było odczytać wysokość ciśnienia tłoczenia, natomiast wysokość napełnienia danaidy można było odczytać dopiero po paru minutach.

Z wykresu zależności H(Qs) wynika, iż ze wzrostem Qs, przy stałej wartości Qz

maleje wartość wysokości podnoszenia H. Zależność ta zgodna jest z literaturą.

Mając do dyspozycji stały strumień zasilający możemy :

• zwiększyć wysokość podnoszenia pamiętając jednak o tym, że Qs będzie malało.

• uzyskać większy strumień zasysany kosztem obniżenia wysokości podnoszenia H.

Na wykresie zależności H(Qz) widać dokładnie jak wraz ze wzrostem natężenia zasilającego rośnie wysokość pompowania.

Mając do dyspozycji stałe natężenie strumienia całkowitego cieczy możemy:

• zwiększając natężenie strumienia zasilającego, zwiększać wysokość podnoszenia, pamiętać należy o zmniejszającym się natężeniu strumienia zasysanego.

Przy stałej wysokości pompowania Ho (stała ht i hs) zaobserwowano następującą zależność: wzrost natężenia strumienia zasilającego, prowadzi do wzrostu natężenia strumieni całkowitego jak również natężenia strumienia zasysanego bez zwiększania(zmniejszania) wysokości pompowania.

- 2 -

---