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 (Vs) jest również odwrotnie proporcjonalna do współczynnika strat lokalnych (*) - [wraz ze wzrostem ” *” maleje wartość ”Vs ”]
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.