1. TEMAT ĆWICZENIA.

Tematem ćwiczenia jest określenie całkowitej wydajności pompy Q_c od natężenia strumienia zasilającego Q_z .

2. WPROWADZENIE TEORETYCZNE.

Strumienica jest jednym z rodzajów pomp o prostej budowie, bez elementów ruchomych, z dużym zakresem natężeń przepływu. Jest stosowana przy pompowaniu wód z głębokich studni, wykopów fundamentowych, ścieków, do pompowania agresywnych płynów itp. Jej największą wadą jest 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.

Rys.1. Schemat strumienicy.

Sprawność strumienicy:

Sprawności strumienicy jest ilorazem mocy przekazanej zasysanej cieczy do mocy oddanej przez strumień zasilający. Przyjmując, że ubytki energii mechanicznej w przewodach doprowadzających i odprowadzających ciecz ze strumienicy są pomijalne sprawność oblicza się ze wzoru:

.

(2.1)

przyjmując, że wartości ciężarów właściwych wody zasysanej i zasilającej są takie same otrzymujemy:

(2.2)

3. SPOSÓB WYKONANIA ĆWICZENIA.

Pomiar natężenia strumienia zasilającego Q_z:

Wartość Q_z mierzymy za pomocą kryzy z podłączonym do niej manometrem różnicowym napełnionym rtęcią. Dokonując pomiarów różnicy wskazań manometru Dh, z wykresu zależności dla kryzy Q_z=Q_z(Dh), znajdującego się w laboratorium, odczytujemy po interpolacji wartości Qz.

Pomiar natężenia strumienia całkowitego Q_c:

Wartość Q_c odczytuje się z wykresu zależności Q_c=Q_c(h) znajdującego się w laboratorium dla określonej wysokości napełnienia danaidy h_d. Wartość h_d odczytujemy przy pomocy podłączonego do danaidy piezometru.

Pomiar wysokości ciśnienia strumienia zasilającego h_z:

Wysokość ciśnienia strumienia zasilającego h_z wyznacza się ze wzoru:

,

(3.1)

gdzie:

P_M - wartość nadciśnienia w przewodzie zasilającym odczytana na manometrze
tarczowym M,

H₂O - gęstość wody w przewodzie,

g - przyspieszenie ziemskie.

Pomiar wysokości podnoszenia H (zakłada się, że straty na przewodach tłocznym i ssącym są pomijalne:

Wysokość podnoszenia wyznaczamy ze wzoru:

H = h_t+h_s

(3.2)

4. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW.

Wyniki pomiarów i obliczeń umieściliśmy w tabeli:

Wyznaczenie sprawności strumienicy:

Wyznaczam natężenie strumienia zasysanego Q_s:

Q_s = Q_c - Q_z,

czyli:

Q_s = 276*10-6 - 54.5*10-6 = 221.5*10-6 m3/s.

Obliczam wysokość ciśnienia strumienia zasilającego, korzystam ze wzoru (3.1), dla którego:

P = 2.5 kg/cm2 = 2.5*98100 = 245250 Pa,

_H2O= 998.86 kg/m3 dla temperatury 16.5°C.

czyli:

h_z = 245250/(998.86*9.81) = 25.03 m.

Obliczam ze wzoru (2.2) sprawność strumienicy:

Sprawność obarczona jest błędem policzonym metodą różniczki zupełnej. Wyniki obliczeń przedstawiliśmy w tabeli:

5. WNIOSKI.

Dużym utrudnieniem w trakcie pomiarów była konieczność stabilizacji warunków przepływu po wykonaniu każdej serii pomiarowej. Ze względu na krótki czas przeznaczony na wykonanie ćwiczenia pomiary były wykonywane możliwie największą dokładnością. Ze względu na fakt, że masa cieczy w danaidzie była wielokrotnie większa niż w przewodzie służącym do pomiaru wysokości ciśnienia tłoczenia układ charakteryzował się dużą bezwładnością. Przy zmianie warunków przepływu od razu można było odczytać wysokość ciśnienia tłoczenia ( zależy od niej wysokość podnoszenia ), natomiast wysokość napełnienia danaidy można było odczytać dopiero po paru minutach ( zależnie od natężenie strumienia zasilającego ), co powodowało przypadkowe błędy pomiarowe. Obliczona średnia sprawność strumienicy wynosi 13.8 %, podczas gdy najlepsze strumienice osiągają do 26 %. Na taki wynik, wpływ mają błędy pomiarowe wynikające ze zbyt krótkiego czasu trwania doświadczenia a tym samym brak możliwości uzyskania dokładnie ruchu ustalonego oraz zmiany ciśnienia na zasilaniu strumienicy z sieci miejskiej.

---