AKADEMIA TECHNICZNO - ROLNICZA

w BYDGOSZCZY

KATEDRA MECHANIKI STOSOWANEJ

LABOLATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Skład zespołu: GRUPA A

• PIOTR ZIELIŃSKI SEMESTR IV

• WALDEMAR NADOLNY ROK AKADEM. 1996/97

• WOJCIECH DYGUŁA

Ćwiczenie nr 7

Temat : Współczynnik strat lokalnych.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest określenie zależności współczynnika strat lokalnych od liczby Reynoldsa dla przepływu przez zawór.

2. Wiadomości podstawowe:

Przepływowi płynów lepkich w rurociągach towarzyszy występowanie strat ciśnienia. Oprócz strat ciśnienia na długość rurociągu, tzw. liniowych strat tarcia - występują tzw. straty lokalne (wywołane miejscowymi zaburzeniami przepływu). W rurociągu jest bardzo wiele elementów powodujących takie zaburzenia, np. urządzenia dławiące jak różnego rodzaju zawory i kryzy, zmiany przekroju rurociągu w postaci zwężeń, rozszerzeń lub zwężek, nagłej zmiany średnicy itp. oraz zmiany kierunku przepływu w postaci załamań, łuków i kolan. Tylko w nielicznych przypadkach istnieje możliwość teoretycznego określenia tych strat, przy czym z reguły wymagane jest wprowadzenie doświadczalnych współczynników poprawkowych.

W ćwiczeniu elementem wywołującym straty lokalne jest zawór przepływowy zwykły.

Wyprowadzimy zależność, która zwiąże spadek ciśnienia *p. z parametrami:

fizycznymi płynu

• lepkością *

• gęstością *

charakteryzującymi ruchu płynu; w tym przypadku średnią prędkością w przekroju wylotowym zaworu;

geometrycznymi zaworu.

Ponieważ dla zaworu (lub innego w ogólności elementu zaburzającego) stosunek jest wielkością stałą, charakterystyczną dla danego kształtu kanału przepływowego we wnętrzu zaworu, można włączyć go do współczynnika bezwymiarowego, pisząc:

tutaj:

Re =

Otrzymamy zatem ostatecznie:

lub w postaci wysokości strat:

Funkcja zależy od liczby Reynoldsa, chropowatości względnej i oczywiście od kształtu tej części przewodu (elementu zaburzającego), w której w ogólności występuje strata lokalna. Funkcję tę nazywamy współczynnikiem strat lokalnych.

Dla skomplikowanych kształtów elementów zaburzających funkcja słabo zależy od chropowatości względnej elementu. Wtedy przyjmuje się uproszczoną zależność funkcyjną typu * * * (Re).

W praktyce najbardziej dokładnym sposobem pomiaru współczynnika strat lokalnych jest następująca metoda.

Badany zawór ( lub w ogólności zaburzający element ) umieszcza się w geometrycznie podobnym modelu danego rurociągu w miejscu odpowiadającym położeniu tego zaworu w rzeczywistym przewodzie. Następnie mierzy się straty energii mechanicznej podczas przepływu w modelu rurociągu. Pomiar ten powtarza się po wymontowaniu zaworu. Różnica otrzymanych wyników odpowiada stratom energii przy przepływie przez zawór.

Badany zawór Z umieszcza się na środku prostoliniowego poziomego odcinka rurociągu o stałej średnicy dw. W dostatecznej odległości od zaworu w przekrojach 1,4 oraz 2 i 3, w których można uważać przepływ za wyrównany, podłącza się manometry M₁ i M₂ .

Wzór określający współczynnik strat lokalnych przyjmuje postać:

gdzie: - oznacza gęstość rtęci

3. Opis instalacji pomiarowej.

Stanowisko pomiarowe składa się z następujących elementów:

A - rura główna,

B - zawór służący do regulacji wydatku,

M₁,M₂ - manometry rtęciowe,

R - rotametr,

Z - badany zawór.

4. WNIOSKI:

Współczynnik strat lokalnych (*) zależy od rodzaju elementu powodującego dławienie w układzie. Także liczba kolanek gładkość, powierzchni rurociągu oraz różnica średnic na drodze przepływu medium ma wpływ na wartość tego współczynnika.

Z przeprowadzonych badań wynika, że:

• współczynnik strat lokalnych (*) jest odwrotnie proporcjonalny do natężenia przepływu (Q) - [wraz ze spadkiem ” Q” rośnie wartość ” *”]

• prędkość przepływu cieczy (V_s) jest również odwrotnie proporcjonalna do współczynnika strat lokalnych (*) - [wraz ze wzrostem ” *” maleje wartość ”V_s ”]

• liczba Reynoldsa (Re) jest odwrotnie proporcjonalna do współczynnika strat lokalnych (*) - [wraz ze wzrostem ” *” maleje wartość ”Re ”].

Tego typu badania pozwalają na określenie współczynnika strat lokalnych (*) dla każdego elementu w projektowanym układzie hydraulicznym lub pneumatycznym. Dzięki temu możemy precyzyjnie określić wymagane ciśnienie zasilające dany układ by otrzymać żądane ciśnienie w poszczególnych częściach projektowanej instalacji.

Oprócz szkodliwego wpływu współczynnika strat lokalnych (*) na eksploatowaną instalację w postaci niezamierzonego spadku ciśnienia istnieje pozytywna możliwość wykorzystania tego zjawiska. Polega to na precyzyjnym określeniu kształtu grzybka i gniazda zaworu celem uzyskania odpowiedniej charakterystyki otwarcia zaworu (liniowa bądź nieliniowa). Pozwalającej na precyzyjne i zamierzone sterowanie natężeniem przepływu przez zawór np.: zawory dławiące - ”dławiki”, proporcjonalne itd.

---