Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenia współczynnika wydatku μ małego otworu lub przystawki dla ustalonego wypływu cieczy ze zbiornika, w zależności od liczby Reynoldsa (Re), Froude'a (Fr) i Webera (We).

Część teoretyczna

Współczynnik wydatku jest zależny od wymiarów i kształtu otworu, ciśnienia, sposobu wykonania otworu i położenia w stosunku do sąsiednich ścianek zbiornika. Przystawką nazywamy krótką rurkę przy otworze, przez który wypływa ciecz. Długość i kształt przystawki powinny być tak dobrane aby ciecz wypływała z przystawki pełnym przekrojem. Na skutek dławienia następuje przewężenie przekroju strumienia, a dookoła strumienia o zwężonym przekroju powstaje martwa przestrzeń. W zwężonym strumieniu panuje większa prędkość średnia niż przy wylocie z przystawki, tzn. że ciśnienie w miejscu przewężenia jest niższe niż przy wylocie. Porównując warunki wypływu przez przystwkę z warunkami swobodnego wypływu z otworu, widzimy, że w przypadku przystawki w grę wchodzi dodatkowa różnica ciśnień, co oczywiście powoduje wzrost współczynnika wydatku.

Na podstawie doświadczeń stwierdzono zjawisko przewężenia strumienia i ciecz wypływa z otworu niepełnym przekrojem. Wynika to ze zjawiska dławienia (kontrakcji), któremu ulega wypływający strumień. Strugi cieczy dopływają do otworu z różnych kierunków. Ponieważ cząstki cieczy nie mogą załamywać swoich torów, za otworem musi nastąpić przewężenie strumienia.

Czynniki wpływające na zjawisko wypływu:

• siła lepkości,

• siła ciężkości,

• siła napięcia powierzchniowego.

Stanowisko pomiarowe

Dane dotyczące stanowiska:

• powierzchnia dna zbiornika dolnego - 2090 cm²

• rzędna osi otworu w zbiorniku górnym - 220,2 cm

• średnica otworów - d = 2,0 cm

• powierzchnia otworu A=3,14 cm²

• temperatura wody T=19˚C

Opis stanowiska:

Stanowisko jest wykonane w postaci zbiornika zaopatrzonego w przelew, za pomocą którego jest utrzymywany stały poziom zwierciadła wody, do którego ściany bocznej są umocowane przystawki o średnicy D, o różnych długościach i krawędziach wlotowych. Do zbiornika jest doprowadzona ciecz, a jej nadmiar jest odprowadzany za pomocą przelewu. Na ścianie bocznej zbiornika jest umieszczona podziałka milimetrowa z noniuszem służąca do określania poziomów wody z dokładnością do 0,1 mm.

Wnioski

Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że średni współczynnik wydatku μ dla

Przystawki numer 1 wynosi 0,817

Przystawki numer 2 wynosi 0,822

Przystawki numer 3 wynosi 0,907

Przystawki numer 4 wynosi 0,95

Przystawki numer 5 wynosi 0,633

Zatem można zauważyc, że współczynnik wydatku zależy od rodzaju przystawki czyli od rodzaju przekroju otworu i długości rury przez którą woda wypływa ze zbiornika. Największy współczynnik obliczyliśmy dla przystawki numer 4), której w przekroju częśc prowadząca do rury wypływu była łagodnie zaokrąglona.

Najmniejszy współczynnik wydatku obliczyliśmy dla przystawki numer 5), która posiadała jedynie sam otwór przez, który wypływała woda.

Przeprowadzone obliczenia możemy uznać za poprawne gdyż w przystawce występuje zjawisko dławienia (kontrakcji). Dookoła strumienia o zwężonym przekroju powstaje martwa przestrzeń. Zastosowanie przystawki powoduje wzrost współczynnika wydatku μ. Podciśnienie powstałe w obszarze przewężenia strumienia działa jak pompa ssąca powodując zwiększenie wydatku otworu.

---