POLITECHNIKA BIAA
OSTOCKA
Wydział Budownictwa
i In\
ynierii Åšrodowiska
Katedra Ciepłownictwa
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
Temat ćwiczenia: CECHOWANIE ZW
śKI VENTURIEGO
Ćwiczenie nr 3
Laboratorium z przedmiotu
INśYNIERIA PROCESOWA
Kod:
Opracował:
dr in\
. Andrzej Gajewski
dr in\
. Piotr Rynkowski
Białystok 2009
Politechnika Białostocka Ćwiczenie nr 3
Katedra Ciepłownictwa Cechowanie zwę\
ki Venturiego
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest przypomnienie zasady działania zwę\
ki Venturiego jako
przyrządu do pomiaru strumienia masy płynu i prędkości średniej oraz zapoznanie studenta
z cechowaniem zwÄ™\
ki.
2. Podstawy teoretyczne.
ZwÄ™\
ka Venturiego składa się z konfuzora, zwę\
ki i dyfuzora.
P "PStrat
1
P
P
Rys. 1. Szkic zwÄ™\
ki Venturiego
Rysunek nr 1 przedstawia schematycznie przekrój przez zwę\
kÄ™ Venturiego,
stosowaną do pomiaru wydatku wody przepływającej rurą. Zakładając jednorodny rozkład
prędkości mo\
emy zapisać równania Bernouliego i ciągłości cieczy nieściśliwej:
c12 p1 c22 p2
+ = +
2 Áw 2 Áw (1)
F1 c1 = F2 c2
gdzie: Áw - gÄ™stość wody,
c1, c2,, p1, p2 - odpowiednio - wartości średnie prędkości i ciśnień w przekrojach 1 i 2.
WprowadzajÄ…c oznaczenie:
2
ëÅ‚ d2 öÅ‚
(2)
m =
ìÅ‚ ÷Å‚
d1
íÅ‚ Å‚Å‚
wydatek objętościowy mierzony przy pomocy zwę\
ki mo\
emy wyrazić następującym
wzorem:
2(p1 - p2)
Q =µ Å" Ä…Å" Å"F2 (3)
Áw
gdzie: p1 - p2 = gh (ÁHg - Áw),
µ - współczynnik ekspansji (dla cieczy µ = 1, dla gazów jest funkcjÄ… ilorazu
[(p1 p2)/p1], wykładnika izentropy i modułu zwę\
ki m.
ą - liczba przepływu,
2
Politechnika Białostocka Ćwiczenie nr 3
Katedra Ciepłownictwa Cechowanie zwę\
ki Venturiego
k
Ä… =
(4)
1 - m2
gdzie: F2 - pole przekroju otworu zwÄ™\
ki,
Áw - gÄ™stość pÅ‚ynu,
p1, p2 - ciśnienie statyczne odpowiednio w przekrojach 1 i 2 zwę\
ki.
Przy wyprowadzeniu wzoru (3) nie uwzględniono hydraulicznej straty ciśnienia
między przekrojami 1 i 2 oraz niejednorodności rozkładu prędkości. Dlatego wartości
wydatku obliczone wg. wzoru (3) są większe od wartości rzeczywistych. W celu
skorygowania tej rozbie\
ności został wprowadzony tzw. współczynnik wydatku k.
Q
k=
(5)
Qt
gdzie: Q - rzeczywista wartość wydatku,
Qt - wartość teoretyczna wydatku wyznaczona wg wzoru (6).
1 2(p1 - p2)
Qt =µ Å" Å" Å"F2 (6)
Áw
1 - m2
Liczba przepływu jest funkcją liczby Reynoldsa, modułu i rodzaju zwę\
ki. LiczbÄ™
Reynoldsa obliczamy w przekroju przed przewÄ™\
eniem:
v1 Å" d1
(7)
Re1 =
½1
gdzie: ½1 - współczynnik lepkoÅ›ci kinematycznej.
Cechowanie zwÄ™\
ki Venturiego polega na określeniu funkcji ą = f (Re), przy czym
funkcję tę wyznacza się doświadczalnie, mierząc bezpośrednio wydatek Q i obliczając
odpowiadającą mu wartość Qt.
3
Politechnika Białostocka Ćwiczenie nr 3
Katedra Ciepłownictwa Cechowanie zwę\
ki Venturiego
A)
B)
C)
D)
E)
F)
Rysunek 3. ZwÄ™\
ki pomiarowe:
A) kryza ISA z pomiarem przytarczowym,
B) kryza ISA z pomiarem  vena contracta ,
C) przepływowa kryza segmentowa,
D) przepływowa dysza ISA,
E) dysza Venturiego,
F) klasyczna zwÄ™\
ka Venturiego.
Szczegółowe informacje na temat stosowania poszczególnych zwę\
ek zawarte sÄ…
w [3]. Pomiary w [3] zostały podzielone na dokładne i techniczne. Pomiary dokładne są
obarczone mniejszym błędem pomiarowym, ale są trudniejsze w wykonaniu w porównaniu
z pomiarami technicznymi. Pomiary dokładne wykonuje się za pomocą kryz ISA z pomiarem
 vena contracta , kryz ISA z pomiarem przytarczowym oraz dysz ISA. Dopuszcza się równie\

stosowanie dysz Venturiego oraz klasycznych zwÄ™\
ek Venturiego, jeśli konieczne jest
ograniczenie strat ciśnienia. Pomiary techniczne mogą być wykonywane przy u\
yciu
wszystkich wymienionych w normie zwÄ™\
ek.
Straty ciśnienia powstają na skutek tarcia wewnętrznego i zawirowania w płynie przy
jego wypływie z otworu zwę\
ki do nagle rozszerzajÄ…cej siÄ™ rury. Dyfuzor zapobiega
tworzeniu się wirów będących głównym z
ródłem strat energii, a więc i ciśnienia, i powoduje
stopniowÄ… zmianÄ™ energii kinetycznej przewÄ™\
onego strumienia płynu na energię potencjalną,
dzięki czemu znaczna część pomiarowego spadku ciśnienia jest odzyskiwana. Straty ciśnienia
w układach z kryzami wynoszą 80 % i więcej pomiarowego spadku ciśnienia, natomiast
w układach z dyszami Venturiego nie przekraczają 10 %.
4
Politechnika Białostocka Ćwiczenie nr 3
Katedra Ciepłownictwa Cechowanie zwę\
ki Venturiego
2. Budowa stanowiska.
3 4 6 7 1
T
5
R
2
Rysunek nr 2. Schemat stanowiska pomiarowego;
1 - zwÄ™\
ka Venturiego,
2 - rotametr,
3,7 - zawory odcinajÄ…ce,
4 - termometr,
5 - manometr pomiarowy,
6 - manometr kontrolny.
3. Wykonanie ćwiczenia.
a) odkręcić zawór doprowadzający wodę do stanowiska,
b) włączyć miernik temperatury,
c) odkręcić zawór 7 a\
do ustabilizowania siÄ™ temperatury wody,
d) zakręcić zawór 7,
e) ustawić \
Ä…dane natÄ™\
enie przepływu wody przy pomocy rotametru 2,
f) po ustabilizowaniu się poziomu rtęci w manometrze, zmierzyć ró\
nicę ciśnień na zwę\
ce
oraz temperaturÄ™ wody.
Dla podanych wartości natę\
enia przepływu dokonać 7 pomiarów, wyniki najmniejszy
i największy odrzucić, a z pozostałych pięciu określić wartość średnią.
4. Wymagania BHP
A. Do wykonywania ćwiczeń dopuszczeni są studenci, którzy zostali przeszkoleni (na
pierwszych zajęciach) w zakresie szczegółowych przepisów BHP obowiązujących
w laboratorium.
B. W trakcie wykonywania ćwiczeń obowiązuje ścisłe przestrzeganie przepisów
porządkowych i dokładne wykonywanie poleceń prowadzącego.
C. Wszystkie czynności związane z uruchamianiem urządzeń elektrycznych nale\
y
wykonywać za zgodą prowadzącego zajęcia.
D. Zabrania siÄ™ manipulowania przy urzÄ…dzeniach i przewodach elektrycznych bez polecenia
prowadzÄ…cego.
5
Politechnika Białostocka Ćwiczenie nr 3
Katedra Ciepłownictwa Cechowanie zwę\
ki Venturiego
5. Opracowanie wyników.
Nale\
y określić funkcję ą = f (Re1) dla zwę\
ki Venturiego o wymiarach d1 = 20,8 mm
i d2 = 7,5 mm mierząc ró\
nicę ciśnień na zwę\
ce oraz temperaturę przepływającej wody dla
4 wartości strumienia objętości płynu, podanych przez prowadzącego.
Średnią ró\
nicę ciśnień nale\
y obliczyć z równania:
n
"pi
"
i=1
"pśr =
n
gdzie: n: liczba pomiarów po odrzuceniu wartości skrajnych.
Teoretyczny strumień objętości płynu wyznaczamy ze wzoru:
100 2 Å" 9,81
Qt = F2 "pśr ,
Á1
1 - m2
a prędkość v1 z równania:
4Q
v1 = .
Ä„d2
Wyniki pomiarów nale\
y zestawić w tabeli:
Lp. Q t "p "pÅ›r Q v ½ Qt Re1 k Ä…
" " ½ Ä…
" " ½ Ä…
" " ½ Ä…
-
o
kG / cm
l/h C kG/cm2 m3/s m/s m2/s m3/s - - -
1
2
3
4
Wykonać wykres funkcji ą = f(Re1).
5. Literatura uzupełniająca.
1. W.J. Prosnak,  Ćwiczenia laboratoryjne z mechaniki płynów Wydawnictwa Politechniki
Warszawskiej 1975.
2. Walden H.  Mechanika Płynów , Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, W-wa 1978.
3. Kołodziejczyk L., Mańkowski S., Rubik M.  Pomiary w In\
ynierii Sanitarnej, Arkady, W-wa
1980.
4. PN-65/M.-53950  Pomiar strumienia przepływu płynów za pomocą zwę\
ek .
6