Strumienica

1. Zakres ćwiczenia:

1. wyznaczenie zależności całkowitego natężenia przepływu strumienicy Q_c do natężenia strumienia zasilającego Q_z - przy stałej wysokości podnoszenia H₀,

2. wyznaczenie zależności wysokości podnoszenia H₀ od natężenia strumienia zasysanego Q_s - przy stałym natężeniu strumienia zasilającego Q_z,

3. określenie współczynnika sprawności strumienicy η.

2. Podstawy teoretyczne.

Strumienica jest jednym z rodzajów pomp ze względu na liczne swoje zalety ma szerokie zastosowanie np. do zasysania i przenoszenia różnego rodzaju płynów lub ich mieszania z ciałami stałymi do jej zalet zalicza się między innymi: brak części ruchomych, niezawodność pracy czy prosta budowa. Ich podstawową wadą jest mała sprawność. Zasada jej działania opiera się na zjawisku Venturiego.

Na rys. 2.1 i rys. 2.2 pokazano schemat urządzenia strumienicowego. Ciecz robocza w iloś
ci Q_z dopływa przewodem o średnicy d_z do dyszy zasilającej A. Przy przepływie cieczy przez dyszę A następuje wzrost prędkości. Wypływający strumień wywołuje więc podciśnienie w dyszy podchwytującej B. Różnica ciśnień pomiędzy ciśnieniem atmosferycznym, a ciśnieniem w dyszy B powoduje zasysanie cieczy Rys. 2.1 ze zbiornika dolnego S
przewodem o średnicy d_s na wysokość h_s w ilości Q_s. Następnie w komorze mieszania C strumień zasilający miesza się ze strumieniem zasysanym. W dyfuzorze D energia kinetyczna cieczy zamienia się częściowo w energię potencjalną, która powoduje przepływ Q_c (Q_c = Q_z + Q_s) przewodem Rys. 2.2 tłocznym o średnicy d_t.

3. Opis stanowiska pomiarowego.

Schemat stanowiska do badań strumienicy przedstawiony jest na rys. 3.1. Przewodem o średnicy d doprowdzona jest woda w ilości Q_z. Natężenie strumienia zasilającego Q_z, które reguluje się zaworem Z1 , mierzy się za pomcą wmontowanej w przewód kryzy z podłączonym manometrem różnicowym. Ponadto na przewodzie zasilającym zainstalowany jest manometr tarczowy do pomiaru ciśnienia strumienia zasilającego p_z. Strumień zasilający, dopływający do dyszy o średnicy wylotu d₀, zasysa wodę ze zbiornika dolnego S przewodem ssącym w ilości Q_s na wysokość h_s. W zbiorniku S zamontoano przelew w celu utrzymania stałego poziomu wody. Następnie woda w ilości Q_c (Q_c = Q_z + Q_s) przepływa do zbiornika d. Wartość wysokości ciśnienia tłoczenia h_t odczytuje się na pionowej rurze R.

Rys. 3.1. Stanowisko pomiarowe do badania Natężenie całkowite strumienia strumienicy. Q_c reguluje się zaworem Z2. Wielkość

mierzy się za pomocą naczynia

pojemnościowego d.

4. Przebieg ćwiczenia i opracowanie wyników.

1. Określenie współczynnika sprawności η.

Współczynnik sprawności η oblicza się ze wzoru:

Wielkość Q_z czyli natężenie strumienia zasilającego mierzy się za pomocą kryzy z podłączonym do niej manometrem różnicowym napełnionym rtęcią. Określając różnicę wskazań poziomów rtęci Δh w manometrze należy, z wykresu Q_z=Q_z(Δh) znajdującego się w laboratorium odczytaliśmy szukaną wartość Q_z.

Wielkość Q_c czyli natężenie strumienia całkowitego mierzy się za pomocą naczynia pojemnościowego, mierząc czas napełnienia przyjętej objętości.

Wielkość Q_s czyli natężenie strumienia zasysanego obliczyliśmy z zależności:

Q_s = Q_c - Q_z[m³/s]

Wartość h_s jest w czasie przeprowadzania ćwiczenia stała, natomiast h_t odczytuje się na pionowej rurze R.

Wartość h_z czyli wysokość ciśnienia strumienia zasilającego wyznacza się z zależności:

gdzie: p_M - wartość ciśnienia odczytana na manometrze M,

ρ_H2O - gęstość wody w przewodzie

W celu określenia wartośći ρ_H2O należy odczytać temperaturę przepływającej wody.

W pierwszym etapie ćwiczenia wykonaliśmy serię pomiarów dla stałego natężenia strumienia zasilającego Q_z. Wielkości które mierzyliśmy to:

• wysokość tłoczenia h_t, którego wielkość ustalaliśmy zaworem Z2

• czas napełnienia naczynia pojemnościowego potrzebne do obliczenia Q_c czyli natężenie strumienia całkowitego.

Aby pomiar był dokładniejszy dla każdej serii pomiarowej wykonaliśmy dwa pomiary zarówno czasu napełniania naczynia pojemnościowego jak i wysokości tłoczenia.

Poniższe tabele zawierają wyniki pomiarów jakie dokonaliśmy w trakcie wykonywania ćwiczenia.

Tabela 1 - Q_z=const.

Nr pomiaru	ht1	ht2	t1	t2
-	[cm]	[cm]	[s]	[s]
1	0,000	0,000	18,060	18,210
2	21,000	24,000	20,220	20,120
3	33,000	31,000	21,480	20,970
4	39,000	41,000	22,230	22,120
5	48,000	52,000	23,430	23,120
6	62,000	60,000	26,200	26,590
7	68,000	71,000	25,790	26,150
8	82,000	85,000	28,130	28,250
9	99,000	101,000	33,280	33,090
10	119,000	121,000	42,000	42,040
11	131,000	134,000	67,800	68,110
12	142,000	139,000	126,360	126,200

Dane:

Q_z = 58,000·10^-6[m³/s]

V = 0,005[m³]

h_s = 0,18[m]

PM = 3,05[kG/m²] = 298900[Pa]

T= 9[^OC]

g = 9,81[m/s²]

ρ_H2O = 999,7[kg/m³]

Dla każdego pomiaru uśredniliśmy czas napełniania naczynia pojemnościowego V i wysokość tłoczenia h_t.

Pomiar 1

Q_s = Q_c - Q_c = 2,757·10^-4 - 58,000·10^-6 = 2,177·10^-4 [m³/s]

Obliczenia dla pozostałych pomiarów wykonaliśmy analogiczniei zestawiliśmy w poniższej tabeli

Tabela 2 - Wyniki dla Q_z=const.

Nr pomiaru	hts	ts	Qc	Qs	
-	[m]	[s]	[m^3/s]	[m^3/s]	-
1	0,000	18,135	2,757·10^-4	2,177·10^-4	2,217·10^-2
2	0,225	20,170	2,479·10^-4	1,899·10^-4	4,383·10^-2
3	0,320	21,225	2,356·10^-4	1,776·10^-4	5,076·10^-2
4	0,400	22,175	2,255·10^-4	1,675·10^-4	5,568·10^-2
5	0,500	23,275	2,148·10^-4	1,568·10^-4	6,133·10^-2
6	0,610	26,395	1,894·10^-4	1,314·10^-4	5,994·10^-2
7	0,695	25,970	1,925·10^-4	1,345·10^-4	6,814·10^-2
8	0,835	28,190	1,774·10^-4	1,194·10^-4	7,047·10^-2
9	1,000	33,185	1,507·10^-4	0,927 ·10^-4	6,396·10^-2
10	1,200	42,020	1,190·10^-4	0,610 ·10^-4	4,956·10^-2
11	1,325	67,955	0,736·10^-4	0,156·10^-4	1,387·10^-2
12	1,405	126,280	0,396·10^-4	-	0,000

Sporządziliśmy wykres przedstawiający zależność sprawności strumienicy od wysokości tłoczenia przy tym samym natężeniu strumienia zasilającego.

W drugiej fazie ćwiczenia wykonaliśmy serię pomiarów dla stałej wartości podnoszenia H₀. Aby usprawniś nasze pomiary wykonywaliśmy je dla H₀ = h_s.

Wielkośći które mierzyliśmy to:

• ciśnienie strumienia zasilającego odczytywane z manometru M, którego wartość regulowaliśmy zaworem Z1,

• różnica poziomów rtęci Δh w manometrze różnicowym,

• czas napełnienia naczynia pojemnościowego potrzebne do obliczenia Q_c czyli natężenie strumienia całkowitego.

Aby pomiar był dokładniejszy dla każdej serii pomiarowej wykonaliśmy dwa pomiary czasu napełniania naczynia pojemnościowego.

Poniższe tabele zawierają wyniki pomiarów jakie dokonaliśmy w trakcie wykonywania ćwiczenia.

Tabela 3 - H₀=const.

Nr pomiaru	PM	Δh	Qz(Δh)	t1	t2
-	[KG/cm^2]	[mmHg]	[m^3/s*10^-6]	[s]	[s]
1	3,300	240,000	59,900	17,230	17,190
2	3,000	215,000	57,000	18,250	18,200
3	2,730	200,000	55,250	19,460	19,470
4	2,500	180,000	52,500	20,330	20,410
5	2,250	160,000	49,750	21,590	21,620
6	2,000	140,000	46,750	23,880	23,910
7	1,750	135,000	46,000	25,370	25,230
8	1,520	110,000	41,750	29,000	29,190
9	1,190	85,000	37,000	33,570	33,630
10	1,000	70,000	33,250	39,570	39,430

Dla każdego pomiaru uśredniliśmy czas napełniania naczynia pojemnościowego V

Pomiar 1

Q_s = Q_c - Q_z = 2,905·10^-4 - 59,900·10^-6 = 2,325·10^-4 [m³/s]

Obliczenia dla pozostałych pomiarów wykonaliśmy analogiczniei zestawiliśmy w poniższej tabeli

Tabela 4 - Wyniki dla H₀=const

Nr pomiaru	ts	Qc	Qs	Qz(Δh)	PM	hz	
-	[s]	[m^3/s]	[m^3/s]	[m^3/s]	[Pa]	[m]	-
1	17,210	2,905·10^-4	2,325·10^-4	5,990·10^-5	323400,000	32,973	2,119·10^-2
2	18,225	2,743·10^-4	2,164·10^-4	5,700·10^-5	294000,000	29,978	2,279·10^-2
3	19,465	2,568·10^-4	1,989·10^-4	5,525·10^-5	267540,000	27,280	2,374·10^-2
4	20,370	2,455·10^-4	1,875·10^-4	5,250·10^-5	245000,000	24,982	2,573·10^-2
5	21,605	2,314·10^-4	1,734·10^-4	4,975·10^-5	220500,000	22,483	2,791·10^-2
6	23,895	2,093·10^-4	1,513·10^-4	4,675·10^-5	196000,000	19,985	2,913·10^-2
7	25,300	1,976·10^-4	1,396·10^-4	4,600·10^-5	171500,000	17,487	3,124·10^-2
8	29,095	1,719·10^-4	1,136·10^-4	4,175·10^-5	148960,000	15,189	3,232·10^-2
9	33,600	1,488·10^-4	0,908·10^-4	3,700·10^-5	116620,000	11,891	3,715·10^-2
10	39,500	1,266·10^-4	0,686·10^-4	3,325·10^-5	98000,000	9,992	3,715·10^-2

Sporządziliśmy wykres przedstawiający zależność sprawności strumienicy od natężenia strumienia zasilającego.

1. Wyznaczenie zależności całkowitego natężenia przepływu strumienicy Q_c do natężenia strumienia zasilającego Q_z - przy stałej wysokości podnoszenia H₀.

Zależność tą przedstawia poniższy wykres.

2. Wyznaczenie zależności wysokości podnoszenia H₀ od natężenia strumienia zasysanego Q_s - przy stałym natężeniu strumienia zasilającego Q_z

Zależność tą przedstawia poniższy wykres.

5. Błędy pomiarów.

Δh_t, h_s = 0,01[m]

ΔQ_z = 0,25·10^-6 [m³/s]

ΔQ_s = 0,375·10^-6 [m³/s]

Jak widać nasze pomiary są obarczone dosyć dużym błędem. Jest to spowodowane dużymi wahaniami poziomu tłoczenia trudnego do ustalenia.

6. Wnioski

Z analizy wykresu η = η(h_t) wynika że sprawność strumienicy rośnie wraz ze wzrostem wysokości podnoszenie h_t.(przy stałym wydatku strumienia zasilającego). Jednak po osiągnięciu max zaczyna spadać. W naszym przypadku osiągnęła ona najlepszą sprawność przy wysokości tłoczenia h_t =83,5 [cm].

W przypadku zmiennego strumienia zasilającego sprawność pompy przy jego wzroście od min początkowo rośnie ale zaraz po chwili maleje. Świadczy to o tym że wzrost wydatku pompy wcale nie przekłada się na jej sprawność. Odnosi się to sytuacji kiedy strumienica podnosi płyn na wysokość ssania.

Wydatek całkowity zależy prawie liniowo od wielkości wydatku strumienia zasilającego. Z tym że, bardziej wrażliwy na zmianę strumienia zasilania jest strumień ssania strumienicy.

Tak jak się spodziewaliśmy wraz ze wzrostem wysokości tłoczenia maleje wydatek ssania strumienicy.

Największy wpływ na błąd sprawności miał błąd odczytu strumienia zasysanego przez strumienicę.

---