Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Laboratorium z mechaniki płynów

Temat nr 12

„Strumienica”

Grupa 4

Zespół 3:

Krzysztof Jędrzejewicz

Paweł Jannasz

Bartosz Kapiszewski

Piotr Kalinowski

Adam Sieratowicz

I. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia:

• Wysokości podnoszenia H od natężenia strumienia zasysanego Q_s - przy stałym natężeniu strumienia zasilającego Q_z.

• Określenie współczynnika sprawności strumienicy η.

II. Wstęp teoretyczny.

Strumienica jest jednym z rodzaju pomp i z uwagi na swoje zalety (prosta budowa, możliwość zastosowania różnych materiałów konstrukcyjnych, brak elementów ruchomych, duży zakres natężeń przepływu, niezawodność pracy) jest stosowana przy pompowaniu wód z głębokich studni, wykopów fundamentowych, ścieków, przenoszenia różnego rodzaju płynów lub ich mieszanin z ciałami stałymi (np.: z piaskiem, żwirem, popiołem), przy wykorzystaniu zjawiska Venturiego w zwężce zasilanej dowolnym płynem. W instalacjach ogrzewniczych strumienice znajdują zastosowanie w postaci tzw. hydroelewatorów przeznaczonych do mieszania wody powrotnej z zasilającą oraz wywoływania krążenia w instalacji grzewczej. Strumienice stosowane są również w wentylacji do odprowadzania szkodliwych par i gazów. Podstawową wadą strumienic jest ich mała sprawność.

Zasada działania:

Ze zbiornika zasilającego ciecz robocza w ilości Q_z przepływa przewodem do dyszy zasilającej A. Przy przepływie cieczy przez dyszę A następuje wzrost prędkości, a wypływający strumień wywołuje podciśnienie w dyszy podchwytującej B. Różnica ciśnień pomiędzy ciśnieniem atmosferycznym a ciśnieniem w dyszy B powoduje zasysanie cieczy ze zbiornika dolnego w ilości Q_s z wysokości h_s. Następnie w komorze mieszania C oba strumienie mieszają się ze sobą. W dyfuzorze D energia kinetyczna zawarta w cieczy zamienia się częściowo w energią potencjalną, która powoduje przepływ w ilości Q_c przewodem tłocznym do zbiornika zasilanego na wysokości h_t. Całkowite wymieszanie płynów zachodzi w komorze mieszania C. Długość lm powinna być tak dobrana, aby strumień wpływający do komory dyfuzyjnej D był całkowicie wymieszany. Całkowite natężenie przepływu wynosi: Q_c = Q_z + Q_s.

III. Opis modelu.

Przewodem o średnicy d doprowadzona jest woda w ilości Q_z. Natężenie to mierzymy za pomocą wmontowanej w przewód kryzy z podłączonym manometrem różnicowym. Ciśnienie zasilające p_z mierzymy manometrem tarczowym na przewodzie zasilającym. Strumień zasysający, dopływający do dyszy o średnicy wylotu d₀, zasysa wodę ze zbiornika dolnego S przewodem ssącym w ilości Q_s na wysokość h_s. Następnie woda w ilości Q_c przepływa do zbiornika T. Wysokość ciśnienia tłoczenia h_t odczytujemy na pionowej rurze R.

IV. Sposób wykonania ćwiczenia.

a) Wyznaczanie zależności H_p=H(Q_s)

Wyznaczenie zależności H_p=H(Q_c) dokonuje się przy stałym natężeniu strumienia zasilającego Q_z , którą wyznaczamy w zależności od h na manometrze różnicowym. Otwieramy zawór Z_3, a zaworem Z₁ regulujemy wielkość h. Następnie ustawiamy dowolną wysokość tłoczenia h_t za pomocą zaworu Z_2. Po ustaleniu przepływu odczytywaliśmy wielkość h_d. Następnie zaworem Z₂ zmienialiśmy wielkość h_t.

Wielkość Q_s wyznaczamy ze wzoru: Q_s=Q_c - Q_z

_{Stałe wielkości w Cwiczeniu:}

• wydatek strumienia zasilającego Q_z = 54,25 10^-6 [m³/s]

• wysokość ssania h_s= 0,176 m

• temperatura wody t_w= 15° C = 288 K

• ciśnienie strumienia zasilającego p_M = 2,90 kG/cm² = 284385 Pa

• gęstość wody
  

• wysokość strumienia zasilającego h_z

Wartości błędów wynikających z dokładności używanych przyrządów podczas pomiarów:

Δh_t =0,01 m

Δh_d = 0,001 m

ΔQ_c = 1 10^-6 m³/s

Δp_M = 0,05 kG/cm² = 5 Pa

Przykładowe obliczenia:

H_p=h_t + h_s [m]

H_p1 = 1,2 + 0,176 = 1,376 m

Q_s=Q_c - Q_z

Q_s1 = (163 - 54,25) 10^-6 = 109 10^-6 m³/s

b) Określenie współczynnika sprawności η.

Lp.	ht [m]	hd1 [m]	hd2 [m]		Hp [m]	Qc [m^3/s] 10^-6	Qs [m^3/s] 10^-6	η	η [%]
1	1,2	0,1	0,099	0,100	1,376	163	109	0,099	9,9
2	1,1	0,129	0,124	0,127	1,276	176	122	0,102	10,2
3	1	0,173	0,172	0,173	1,176	195	141	0,109	10,9
4	0,9	0,213	0,215	0,214	1,076	212	158	0,111	11,1
5	0,8	0,272	0,274	0,273	0,976	233	179	0,114	11,4
6	0,7	0,325	0,323	0,324	0,876	240	186	0,106	10,6
7	0,6	0,428	0,425	0,427	0,776	280	226	0,114	11,4

Średnia wartość sprawności strumienicy wynosi 10,8 %

V. Wnioski.

Dużym utrudnieniem w trakcie pomiarów była konieczność stabilizacji warunków przepływu przy wykonywaniu każdej serii pomiarowej, co miało znaczący wpływ na wyniki naszych pomiarów. Jeden z wyników znacznie odbiega od pozostałych, dlatego nie bierzemy go pod uwagę w naszej analizie, przyjmując, ze jest to błąd gruby. Uzyskana przez nas charakterystyka η dla Q_z =54,25 10^-6 m³/s i h_s =0,176 m jest funkcją minimalnie rosnącą. Nasze pomiary umożliwiły wyznaczenie jedynie niewielkiego zakresu zmian sprawności strumienicy w zależności od strumienia całkowitego Q_c. Dlatego też nasza charakterystyka nie uwzględnia sprawności przy bardzo małych przepływach gdzie jest to prawie liniowa zależność η(Q_c), oraz przepływów przy których sprawność osiągnęła by wartość maksymalną, a dalej następowałby jej gwałtowny spadek w wyniku zjawiska kawitacji. Obliczona średnia sprawność strumienicy wynosi 10,8 %. Najlepsze strumienice wykazują sprawność do 26 %.

Natomiast charakterystyka wysokości podnoszenia w zależności od strumienia całkowitego Q_c jest funkcją malejącą wraz ze wzrostem wydatku Q_c, Zakres pomiarów nie uwzględnia maksymalnego wydatku Q_c dla którego wystąpiło by zjawisko kawitacji a co za tym idzie zaprzestanie pracy pompy.

Z porównania obu wykresów zauważamy, największa wysokość podnoszenia nie występuje podczas największej sprawności strumienicy, a wręcz odwrotnie, dla najmniejszej sprawności jest najwyższa wysokość podnoszenia. Musowo o tym pamiętać przy dobieraniu parametrów pracy strumienicy. Gdy zależy nam na ilości pompowanej cieczy powinniśmy tak ustawić parametry, aby strumienica miała najwyższą sprawność. Natomiast gdy zależy nam na jak najwyższym podniesieniu (najwyższym ciśnieniu) czynnika powinniśmy tak dobrać parametry Q_c dla którego ta wartość będzie największa (ale najmniej wydajna).

4

4

---