LABORATORIUM Z PODSTAW TEORII OKRĘTU

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 21

Metody pomiaru prędkości przepływu płynu

Na czym polega zasada działania młynków hydrometrycznych? Wymienić poznane urządzenia.

Zasada działania młynka hydrometrycznego polega na ustalonej doświadczalnie zależności miejscowej prędkości przepływu v
od prędkości kątowej obrotu n wirnika: V = a + kn.

Natężenie przepływu jest to objętość wody przepływająca przez dany przekrój poprzeczny koryta rzecznego w jednostce czasu
wyrażona w m

3

/s lub dm

3

/s.

Młynek hydrometryczny – urządzenie w formie wiatraczka służące do punktowego pomiaru prędkości wody płynącej. Pomiar
polega na zliczeniu obrotów wirnika w określonym czasie. Ważne jest, aby czas pomiaru nie był zbyt krótki, ponieważ wartość
prędkości wody (szczególnie płytkich i rwących potoków górskich) ulega niewielkim ale szybkim wahaniom. Prędkość wody
jest funkcją prędkości obrotowej wirnika, która jest ilorazem m zliczonej ilości obrotów i czasu wykonywania pomiaru. Każdy
młynek hydrometryczny powinien być okresowo tarowany.

Pomiary przepływu wody są pomiarami wieloparametrowymi. Jednym z przyrządów służących do pomiaru punktowej
prędkości przepływu wody w korytach otwartych jest młynek hydrometryczny. Parcie przepływającej wody powoduje obrót
wirnika młynka, którego obroty są zliczane w określonym czasie. Pomiary wykonuje się wzdłuż pionów hydrometrycznych.
Przy rozmieszczeniu pionów uwzględnia się szerokość rzeki, kształt dna koryta, rozkład strug płynącej wody. Aby otrzymać
wartość natężenia przepływu niezbędne jest określenie powierzchni przekroju, w którym mierzona jest prędkości wody w
punktach pomiarowych.

1 – skrzydełka,
2 – oś ze ślimacznicą,
3 – sprężyna stykowa izolowania,
4 – trzpień stykowy na kółku zębatym,
5 – dzwonek.



Na czym polega zasada działania zwężek mierniczych?

Wywołuje spadek ciśnienia stanowiącego podstawę pomiaru prędkości i ewentualnie natężenia przepływu.

Na czym polega zasada działania anemometrów piętrzących?

Do cieczy wprowadzamy przyrząd pomiarowy stwarzając punkt spiętrzenia, gdzie v = 0.

Omówić działanie oraz zastosowanie młynków łopatkowych.

Posiadają oś obrotu równoległa do kierunku przepływającego strumienia płynu. Dzielimy na młynki skrzydełkowe i śrubowe:
Młynki skrzydełkowe – składają się z kilku skrzydełek połączonych z piastą za pomocą ramion. Typowym przykładem jest
młynek skrzydełkowy Otto z wirnikiem swobodnym. Stosowany do pomiaru średniej na promieniu osiowej prędkości
przepływu w strumieniu nadążającym za kadłubem modelu statku. Za pomocą kompletu młynków o różnych średnicach
można określić promieniowy rozkład osiowej prędkości strumienia nadążającego. Młynki śrubowe (helikoidalne) – składają
się z kilku skrzydeł śrubowych o dużej powierzchni stosowany do pomiaru prędkości przepływu zarówno w obszarach
otwartych jak i w przewodach zamkniętych.

Omówić pomiar prędkości przepływu za pomocą konfuzora tunelu kawitacyjnego.

Szczegółowym przypadkiem zwężki mierniczej jest konfuzor tunelu kawitacyjnego.

Niemożliwe jest dokładne zakwalifikowanie tego konfuzora do dysz mierniczych lub zwężek Venuriego, ponieważ posiada
cechy charakterystyczne dla obu typów tych przyrządów mierniczych.

Pomiar prędkości przepływu sprowadza się do zmierzenia różnicy ciśnień przed i za konfuzorem i podstawieniu uzyskanych
wartości do wzoru. Pomiar dokonywany jest za pomocą ururki.

Vc = 1/((1-m^2)^(1/2))*((2*g*(Dp/Y)^(1/2))

D

- delta

Y

- gamma

Dp

- różnica ciśnień

Omówić budowę, działanie oraz zastosowanie rurki Prandtla.

Połączona rurka Pitota i sonda do pomiaru ciśnienia statycznego wewnątrz. Rurka Prandtla to zespół dwu współśrodkowych
rurek o średnicy zewnętrznej D. Posiada ona półkolistą główkę zwróconą przeciw prądowi. Odbiór ciśnienia całkowitego
odbywa się poprzez otwór O umieszczony w punkcie spiętrzenia. Odbiór ciśnienia statycznego odbywa się na pobocznicy
rurki za pośrednictwem otworów piezometrycznych K – bliski jedności bezwymiarowy współczynnik, który otrzymuje się z
cechowania sondy. Zastosowanie do pomiaru rozkładu prędkości osiowej w strumieniu nadążając za modelem kadłuba statku.

Omówić budowę, działanie oraz zastosowanie rurki Gutschego.

Służy do pomiaru trzech składowych prędkości przepływu. Na kulistej nasadce znajduje się pięć równo rozłożonych otworów
piezometrycznych. Jeden otwór znajduje się dokładnie w punkcie spiętrzania, natomiast cztery pozostałe otwory mierzą trzy
składowe ciśnienia. Co umożliwia obliczenie trzech składowych prędkości przepływu.

Omówić budowę, działanie oraz zastosowanie anemometrów termicznych.

Są to czujniki elektryczne typu termo oporowego przeznaczone specjalnie do badania przepływów czynników gazowych i
ciekłych. Wykorzystane jest tu zjawisko zależności pomiędzy oporem elektrycznym przewodnika, a jego temperaturą.
Przewodnikiem jest krótki i cienki przewodnik metalowy w postaci drutu lub taśmy, umieszczany w badanym przepływie i
rozgrzany do temperatury odpowiadającej równowadze cieplnej. Elementem chłodzony przez przepływający czynnik w
stopniu zależnym przede wszystkim od prędkości i kierunku przepływu, wykazuje zmiany oporu, które zostają przetworzone
na miarę prędkości, kierunku lub turbulencji przepływu. Stosowane są do pomiaru niskich prędkości przepływu w obszarze
niedostępnym dla zwykłych sond piętrzących.

Omówić działanie i zastosowanie anemometrów laserowych.

Działanie opiera się na wykorzystaniu zjawiska Dopplera. Polega na tym, że dwie koherentne wiązki światła wytwarzane w
laserze przecinają się w określonym miejscu tworząc obszar pomiarowy na tyle mały, iż można uważać go za punkt. W
momencie gdy jakaś cząsteczka wpadnie do obszaru pomiarowego to spowoduje odbicie wiązki promienia laserowego.
Wiązka odbitego lub rozproszonego światła o wpada do fotopowielacza zaopatrzonego w teleskop. Ruch cząstki powoduje
przesunięcie cząstki światła o wielkość znaną pod nazwą „przesunięcia Dopplera”. Która jest wprost proporcjonalna do
odpowiedniej składowej prędkości cząsteczki równej składowej prędkości przepływu w danym punkcie.

Omówić wady i zalety stosowania zestawów sond piętrzących.

Zalety: dokładny pomiar bardzo małych wielkości;
Wady: pomiar punktowy; przy większej ilości sond (Rurka Gutschego) powoduje zakłócenia przepływu;