BADANIA MODELOWE PRZELEWU MIERNICZEGO
BADANIA MODELOWE PRZELEWU MIERNICZEGO
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest sporządzenie charakterystyki
rzeczywistego mierniczego przelewu na podstawie pomiarów
wykonanych na modelu o znanej skali liniowej.
2. Podstawy teoretyczne
Przelew jest przegrodÄ… ustawionÄ… w poprzek przewodu
Rys. 2. Wypływ przez przelew o dowolnym kształcie otworu
otwartego i powodującą spiętrzenie swobodnej powierzchni
Kształt strumienia przelewowego zależy przede wszystkim
cieczy. Wysokość strumienia przelewowego h, mierzoną
od kształtu otworu, a ponadto od stosunku wysokości h
w odległości l w przekroju, w którym zaczyna się silniejszy
do wysokości przelewu w oraz od warunków zewnętrznych
spadek powierzchni swobodnej, nazywamy wysokością
normujących ruch (np. doprowadzenie powietrza pod strumień).
spiętrzenia (rys. 1 ).
Rys. 1.Przepływ cieczy przez przelew
Rys. 3. Rodzaje przelewów mierniczych: trójkątny, trapezowy, prostokątny
Przelewy, służące do pomiaru natężenia przepływu,
nazywają się przelewami mierniczymi. Są to ostrobrzeżne
przelewy niezatopione, w których strumień przelewowy opada
1
1
BADANIA MODELOWE PRZELEWU MIERNICZEGO
swobodnie, nie zwilżając ściany przelewu, położonej po stronie oraz zależność
wody dolnej.
dA = b( z )dz
(4)
Przelewy miernicze charakteryzujÄ… siÄ™:
otrzymamy
ostrością krawędzi przelewowej (korony
przelewu),
dQ = µb( z ) 2gz
(5)
odrywaniem się strugi przepływającej
od przegrody (niezatopieniem przelewu),
a zatem całkowite rzeczywiste natężenie wypływu
przepływem nad przegrodą całą jej szerokością,
rozmaitymi kształtami wycięcia przelewu
h
(możliwie proste geometrycznie kształty).
Q = µ = µ 2g z ) zdz
(6)
+"dQ +"b(
A 0
Natężenie przepływu przez przelew określamy jako funkcję
wysokości spiętrzenia h
Na rysunku rys. 3 podano zależność Q=f(h) przelewów
Q = µ* f ( h ) o różnych ksztaÅ‚tach wyciÄ™cia.
(1)
W przypadku wykonania przelewu o kształtach
gdzie:
niespotykanych, należy przelew wywzorcować korzystając
µ  współczynnik przepÅ‚ywu doÅ›wiadczalny, zależny
z metody zapewniającej dokładność wskazań większą
przede wszystkim od kształtu krawędzi
niż dokładność jaką ma on osiągnąć. Należy wykonać model
przelewowej.
przelewu i przeprowadzić jego badania w laboratorium.
Krzywa przedstawiająca tę zależność dla przelewu
o określonych kształtach i wymiarach geometrycznych jest
Podobieństwo dynamiczne dwu zjawisk przepływu przez
nazwana charakterystykÄ… przelewu.
przelew zachodzi wówczas, gdy przelewy są do siebie
Przebieg funkcji Q=f(h) zależy przede wszystkim od
geometrycznie podobne oraz gdy są spełnione warunki
kształtu otworu przelewowego.
podobieństwa tych wszystkich sił, które wpływają w sposób
wyczuwalny na przebieg zjawiska.
Elementarne natężenie przepływu ( rys. 2 )
Ponieważ przepływ przez przelew odbywa się pod wpływem
dQ = µ * v* dA siÅ‚ ciężkoÅ›ci i sÄ… one w zjawisku dominujÄ…ce, warunkiem
(2)
częściowego podobieństwa jest równość liczb Freude a
gdzie:
w przepływie rzeczywistym i modelowym.
v  prędkość wypływu na głębokości z,
dA  pole elementu powierzchniowego.
Uwzględniając wzór Torricellego
v = 2gz
(3)
2
2
BADANIA MODELOWE PRZELEWU MIERNICZEGO
Opis stanowiska pomiarowego
Tab. 1. Zależności opisujące strumień objętości Q dla różnych geometrii
przelewów
Stanowisko pomiarowe przedstawione schematycznie
na rys. 4 składa się z następujących elementów:
Przelew Wzór Krzywa f(Q)
układu zasilającego UZ z zaworem regulacyjnym R,
koryta modelowego V z umieszczonym w nim przelewie
mierniczym E,
zbiornika do pomiaru natężenia przepływu Z.
2
Q = µbh 2gh
3
E
4
Q = µbh 2gh
15
Rys. 4. Schemat stanowiska pomiarowego
2
Q = µh 2gh(5b + 4htgÄ… )
15 3. Przebieg ćwiczenia
Zmierzyć wysokość od dna przelewu do jego dolnej
krawędzi H0 oraz szerokość przelewu b.
Dla różnych wysokości cieczy w przelewie pomiarowym
Q = a "h
(odczytanych z linijki) należy zmierzyć rzeczywiste natężenie
przepływu.
Do pomiaru rzeczywistego strumienia (natężenia)
przepływu służy skrzydełkowy licznik przepływu. Czas jest
mierzony sekundomierzem. Istotą pomiaru metodą objętościową
jest pomiar czasu t przepływu określonej objętości V.
3
3
BADANIA MODELOWE PRZELEWU MIERNICZEGO
Rzeczywisty strumień objętościowy
v
Qrz = (7)
t
Obliczając teoretyczne natężenie przepływu należy
wykorzystać odpowiednie równanie z Tabeli 1 opisujące natężenie
przepływu cieczy odpowiadające stosowanemu w czasie
wykonywania ćwiczenia przelewowi pomiarowemu. W równaniach
z tej tabeli przyjąć liczbÄ™ µ:
µ=0.622 h-0.02
Dla przeprowadzonych pomiarów sporządzić
charakterystyki:
" przelewu rzeczywistego Qrz= f(h),
" przelewu modelowego Qm = f(h),
oraz napisać odpowiednie wnioski.
4
4
Badanie modelowe przelewu
Temat Data:
mierniczego
Nazwisko: ImiÄ™:
Opracował
Rok:* / Kierunek:**
Podpis osoby prowadzącej zajęcia
*
s  stacjonarne, ns  niestacjonarne; ** - IÅš, MiBM, TRiL,
Lp. Parametr Oznaczenie Jednostka Wartość
1 Kształt przelewu*** - -
Wysokość od dna do dolnej
2 H0 [cm]
krawędzi przelewu
3 Szerokość przelewu (jeżeli P) b [cm]
*** T  trójkąt, P  prostokąt, TR  trapez.
Przepływ Rzeczyw.
Czas Poziom Wysokość Szerokość Modelowe
cieczy z natężenie Współ.
przepływu cieczy w spiętrzeni cieczy w natężenie
przepł.
licznika przepływu
a przelewie
Lp. cieczy przelewie przepływu
przepł. cieczy
V t Qrz Hp h µ b Qt
[m3] [s] [m3/s] [mm] [m] [-] [m] [m3/s]
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
UWAGA: w czasie zajęć wypełnić pola szare
Zapisz przykładowe obliczenia (UWAGA: napisz równanie oraz podstawiane wartości lub
podaj z
ródło, z którego korzystałaś/eś)
I. Rzeczywiste natężenie przepływu wody Qrz [m3/s] (dla wybranego pomiaru np. 11):
II. Wysokość spiętrzenia h [m3/s] (dla wybranego pomiaru np. 11):
III. Współczynnik przepÅ‚ywu µ [-] (dla wybranego pomiaru np. 11):
IV. Szerokość cieczy w przelewie b [m] (dla wybranego pomiaru np. 11):
V. Modelowe natężenie przepływu wody Qt [m3/s] (dla wybranego pomiaru np. 11):
WNIOSKI:.................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Załącznik:
1. Wykres zależności Qrz,Qt = f(h)