Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów |
Sprawozdanie z mechaniki płynów |
Data: 97.01.13 |
Maciej Loret |
Temat: Kawitacja w zwężeniu rury.
|
Nr ćwiczenia: 4.14 |
Uwagi:
|
||
1. Cel ćwiczenia.
- doświadczalne wyznaczenie parametrów kawitacji w przewężeniu rury
- obserwacje efektów wizualnych idźwiękowych
2. Dane:
- wysokość słupa wody hw = 759 [mm]
- temp. wody t = 7,4 [°C]
- ciśnienie barometr. pb = 1020 [hPa]
3. Tabele pomiarowe.
Lp |
Q |
z+ |
z- |
px |
[-] |
[dm3/h] |
[mm] |
[mm] |
[Pa] |
1 |
400 |
62 |
300 |
96682 |
2 |
450 |
111 |
251 |
89675 |
3 |
500 |
164 |
198 |
82096 |
4 |
550 |
237 |
125 |
71657 |
5 |
600 |
326 |
36 |
58930 |
6 |
650 |
414 |
52 |
47365 |
7 |
700 |
518 |
156 |
34531 |
8 |
750 |
616 |
254 |
22438 |
9 |
800 |
690 |
328 |
13306 |
10 |
850 |
724 |
362 |
9111 |
11 |
900 |
700 |
338 |
12072 |
12 |
950 |
705 |
343 |
11455 |
13 |
1000 |
709 |
347 |
10962 |
14 |
1050 |
710 |
348 |
10838 |
15 |
1100 |
700 |
338 |
12072 |
16 |
1150 |
690 |
328 |
13306 |
Uwaga! Pod grubą kreską z- przyjmowało wartości ujemne.
gdzie:
Q - natężenie przepływu wody
z+ - wysokość słupka rtęci
z- - różnica wysokości (odlegości) między słupkiem rtęci a osią przewodu
px - ciśnienie mierzone w zwężeniu
4. Przykład obliczeń (dla pierwszego pomiaru).
[Pa]
5. Wykresy.
- wykres zależności px = f(Q)
6. Wnioski.
Dla temperatury t = 7,4 [°C] ciśnienie wrzenia wody obliczone za pomocą wzoru:
wynosi pw = 1030 [Pa]. Wartość ta jest około 10 razy większa niż wartość uzyskana doświadczalnie, ale wartość obliczona jest ważna dla cieczy specjalnie odgazowanej.
Kawitacja powoduje niszczenie materiału rury (tzw. korozja kawitacyjna). Bardzo ważne zatem jest jej zapobieganie. Jednym ze sposobów jest umieszczenie za przewężeniem oporu (np. zaworu) hydraulicznego, jednak musi on być specjalnie dobrany, gdyż i on mógłby wywołać kawitację.
Dobór oporu hydraulicznego:
- równanie Bernoulli'ego dla przewężenia i poziomu porówn. na wys. przewężenia:
p, pb - ciśn. w przewężeniu i przekroju 2
v, vD - prędkość w przewężeniu i przekroju 2
, D - współcz. Coriolisa w przewężeniu i przekroju 2
hs - wysokość strat energii (miejscowe i liniowe)
- straty energii:
- współczynnika oporu liniowego
ζ - suma współczynników oporów miejscowych
ζ=ζX+ζD
ζX - współczynnika oporu miejscowego dodatkowego oporu (zaworu regulowanego)
ζD - suma pozostałych współczynników oporów miejscowych
- równanie ciągłości przepływu:
d - średnica przewężenia
D - średnica w przekroju 2
- po wstawieniu 3 ostatnich wzorów do pierwszego mamy:
Kawitacja wystąpi gdy: tzn. gdy ze wzrostem Q maleje p w przewężeniu, osiągając w pewnym momencie ciśnienie parowania w danej temperaturze.
Gdy kawitacji nie będzie.
Kawitację można zlikwidować dodając opór hydrauliczny.