POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Wydział Budownictwa

i In

ż

ynierii

Ś

rodowiska

Katedra Ciepłownictwa

Instrukcja do zaj

ęć

laboratoryjnych

Temat

ć

wiczenia

:

CECHOWANIE ZW

Ęś

KI VENTURIEGO

Ć

wiczenie nr

3

Laboratorium z przedmiotu

IN

ś

YNIERIA PROCESOWA

Opracował:

dr in

ż

. Andrzej Gajewski

dr in

ż

. Piotr Rynkowski

Białystok 2009

Kod:

Politechnika Białostocka

Ć

wiczenie nr 3

Katedra Ciepłownictwa

Cechowanie zwężki Venturiego

2

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest przypomnienie zasady działania zwężki Venturiego jako

przyrządu do pomiaru strumienia masy płynu i prędkości średniej oraz zapoznanie studenta
z cechowaniem zwężki.

2. Podstawy teoretyczne.

Zwężka Venturiego składa się z konfuzora, zwężki i dyfuzora.

P

1

Strat

∆

P

P

P

Rys. 1. Szkic zwężki Venturiego

Rysunek nr 1 przedstawia schematycznie przekrój przez zwężkę Venturiego,

stosowaną do pomiaru wydatku wody przepływającej rurą. Zakładając jednorodny rozkład
prędkości możemy zapisać równania Bernouliego i ciągłości cieczy nieściśliwej:

2

2

1

1

2

2

w

w

1

1

2

2

c

p

c

p

2

2

F c = F c

+

=

+

ρ

ρ

(1)

gdzie:

ρ

w

- gęstość wody,

c

1

, c

2

,, p

1

, p

2

- odpowiednio - wartości średnie prędkości i ciśnień w przekrojach 1 i 2.

Wprowadzając oznaczenie:

m

d

d

=











2

1

2

(2)

wydatek objętościowy mierzony przy pomocy zwężki możemy wyrazić następującym
wzorem:

(

)

2

w

2

1

F

p

p

2

Q

⋅

ρ

−

⋅

α

⋅

ε

=

(3)

gdzie: p

1

- p

2

= gh (

ρ

Hg

− ρ

w

),

ε −

współczynnik ekspansji (dla cieczy

ε

= 1, dla gazów jest funkcją ilorazu

[(p

1

p

2

)/p

1

], wykładnika izentropy i modułu zwężki m.

α −

liczba przepływu,

Politechnika Białostocka

Ć

wiczenie nr 3

Katedra Ciepłownictwa

Cechowanie zwężki Venturiego

3

2

m

1

k

−

=

α

(4)

gdzie: F

2

- pole przekroju otworu zwężki,

ρ

w

- gęstość płynu,

p

1,

p

2

- ciśnienie statyczne odpowiednio w przekrojach 1 i 2 zwężki.

Przy wyprowadzeniu wzoru (3) nie uwzględniono hydraulicznej straty ciśnienia

między przekrojami 1 i 2 oraz niejednorodności rozkładu prędkości. Dlatego wartości
wydatku obliczone wg. wzoru (3) są większe od wartości rzeczywistych. W celu
skorygowania tej rozbieżności został wprowadzony tzw. współczynnik wydatku k.

t

Q

Q

k

=

(5)

gdzie: Q - rzeczywista wartość wydatku,

Q

t

- wartość teoretyczna wydatku wyznaczona wg wzoru (6).

(

)

2

w

2

1

2

t

F

p

p

2

m

1

1

Q

⋅

ρ

−

⋅

−

⋅

ε

=

(6)

Liczba przepływu jest funkcją liczby Reynoldsa, modułu i rodzaju zwężki. Liczbę

Reynoldsa obliczamy w przekroju przed przewężeniem:

1

1

1

1

d

v

Re

ν

⋅

=

(7)

gdzie:

ν

1

- współczynnik lepkości kinematycznej.

Cechowanie zwężki Venturiego polega na określeniu funkcji

α

= f (Re), przy czym

funkcję tę wyznacza się doświadczalnie, mierząc bezpośrednio wydatek Q i obliczając
odpowiadającą mu wartość Q

t

.

Politechnika Białostocka

Ć

wiczenie nr 3

Katedra Ciepłownictwa

Cechowanie zwężki Venturiego

4

E)

C)

B)

A)

D)

F)

Rysunek 3. Zwężki pomiarowe:

A)

kryza ISA z pomiarem przytarczowym,

B)

kryza ISA z pomiarem „vena contracta”,

C)

przepływowa kryza segmentowa,

D)

przepływowa dysza ISA,

E)

dysza Venturiego,

F)

klasyczna zwężka Venturiego.

Szczegółowe informacje na temat stosowania poszczególnych zwężek zawarte są

w [3]. Pomiary w [3] zostały podzielone na dokładne i techniczne. Pomiary dokładne są
obarczone mniejszym błędem pomiarowym, ale są trudniejsze w wykonaniu w porównaniu
z pomiarami technicznymi. Pomiary dokładne wykonuje się za pomocą kryz ISA z pomiarem
„vena contracta”, kryz ISA z pomiarem przytarczowym oraz dysz ISA. Dopuszcza się również
stosowanie dysz Venturiego oraz klasycznych zwężek Venturiego, jeśli konieczne jest
ograniczenie strat ciśnienia. Pomiary techniczne mogą być wykonywane przy użyciu
wszystkich wymienionych w normie zwężek.

Straty ciśnienia powstają na skutek tarcia wewnętrznego i zawirowania w płynie przy

jego wypływie z otworu zwężki do nagle rozszerzającej się rury. Dyfuzor zapobiega
tworzeniu się wirów będących głównym źródłem strat energii, a więc i ciśnienia, i powoduje
stopniową zmianę energii kinetycznej przewężonego strumienia płynu na energię potencjalną,
dzięki czemu znaczna część pomiarowego spadku ciśnienia jest odzyskiwana. Straty ciśnienia
w układach z kryzami wynoszą 80 % i więcej pomiarowego spadku ciśnienia, natomiast
w układach z dyszami Venturiego nie przekraczają 10 %.

Politechnika Białostocka

Ć

wiczenie nr 3

Katedra Ciepłownictwa

Cechowanie zwężki Venturiego

5

2. Budowa stanowiska.

R

T

4

2

6

1

5

3

7

Rysunek nr 2. Schemat stanowiska pomiarowego;

1 - zwężka Venturiego,

2 - rotametr,

3,7 - zawory odcinające,

4 - termometr,

5 - manometr pomiarowy,

6 - manometr kontrolny.

3. Wykonanie ćwiczenia.

a)

odkręcić zawór doprowadzający wodę do stanowiska,

b)

włączyć miernik temperatury,

c)

odkręcić zawór 7 aż do ustabilizowania się temperatury wody,

d)

zakręcić zawór 7,

e)

ustawić żądane natężenie przepływu wody przy pomocy rotametru 2,

f)

po ustabilizowaniu się poziomu rtęci w manometrze, zmierzyć różnicę ciśnień na zwężce
oraz temperaturę wody.

Dla podanych wartości natężenia przepływu dokonać 7 pomiarów, wyniki najmniejszy

i największy odrzucić, a z pozostałych pięciu określić wartość średnią.

4.

Wymagania BHP

A.

Do wykonywania ćwiczeń dopuszczeni są studenci, którzy zostali przeszkoleni (na
pierwszych zajęciach) w zakresie szczegółowych przepisów BHP obowiązujących
w laboratorium.

B.

W trakcie wykonywania ćwiczeń obowiązuje ścisłe przestrzeganie przepisów
porządkowych i dokładne wykonywanie poleceń prowadzącego.

C.

Wszystkie czynności związane z uruchamianiem urządzeń elektrycznych należy
wykonywać za zgodą prowadzącego zajęcia.

D.

Zabrania się manipulowania przy urządzeniach i przewodach elektrycznych bez polecenia
prowadzącego.

Politechnika Białostocka

Ć

wiczenie nr 3

Katedra Ciepłownictwa

Cechowanie zwężki Venturiego

6

5. Opracowanie wyników.

Należy określić funkcję

α

= f (Re

1

) dla zwężki Venturiego o wymiarach d

1

= 20,8 mm

i d

2

= 7,5 mm mierząc różnicę ciśnień na zwężce oraz temperaturę przepływającej wody dla

4 wartości strumienia objętości płynu, podanych przez prowadzącego.

Ś

rednią różnicę ciśnień należy obliczyć z równania:

n

p

p

n

1

i

i

∆

ś

r

∑

=

∆

=

gdzie: n: liczba pomiarów po odrzuceniu wartości skrajnych.

Teoretyczny strumień objętości płynu wyznaczamy ze wzoru:

ś

r

1

2

2

t

p

81

,

9

2

F

m

1

100

Q

∆

ρ

⋅

−

=

,

a prędkość v

1

z równania:

2

1

d

Q

4

v

π

=

.

Wyniki pomiarów należy zestawić w tabeli:

Lp.

Q

t

∆∆∆∆

p

∆∆∆∆

p

śr

Q

v

νννν

Q

t

Re

1

k

α

αα

α

-

l/h

o

C

kG/cm

2

cm

/

kG

m

3

/s

m/s

m

2

/s

m

3

/s

-

-

-

1

2

3

4

Wykonać wykres funkcji

α

= f(Re

1

).

5. Literatura uzupełniająca.

1.

W.J. Prosnak, „Ćwiczenia laboratoryjne z mechaniki płynów” Wydawnictwa Politechniki
Warszawskiej 1975.

2.

Walden H. „Mechanika Płynów”, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, W-wa 1978.

3.

Kołodziejczyk L., Mańkowski S., Rubik M.” „Pomiary w Inżynierii Sanitarnej, Arkady, W-wa
1980.

4.

PN-65/M.-53950 „Pomiar strumienia przepływu płynów za pomocą zwężek”.