Wyznaczanie współczynnika przepływu w zwężkach pomiarowych dla cieczy

1. Wprowadzenie:

Metodą pomiaru natężenia przepływu jest użycie elementów dławiących płyn. Stanowią one przeszkodę, umieszczoną w strumieniu czynnika i powodującą pewien spadek ciśnienia przy jego przepływie. Spadek ten jest miarą natężenia przepływu. Jest to metoda stosunkowo prosta, wystarczająco dokładna i nadaje się do dowolnych płynów dowolnych ciśnieniach i temperaturach.

Zwężka jest tania, łatwa w wykonaniu i montażu, ma mały ciężar i daje w praktyce dostateczną dokładność pomiarów. Jej wadą są stosunkowo duże straty ciśnienia i szybkie zużywanie się ostrych krawędzi, a także łatwość uszkodzenia przez działanie chemiczne przepływających czynników. Kryza wbudowana w prosty odcinek rurociągu i nazywa się wtedy kryzą przepływową, na wlocie do rurociągu dopływową a na jego wylocie wypływową.

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika przepływu w zwężkach pomiarowych dla cieczy poprzez wyskalowanie czterech badanych zwężek o różnych modułach.

3. Metodyka badań:

W celu wyskalowania zwężki mierzyliśmy różnice ciśnień dla różnych natężeń przepływu wody. Rozpoczęliśmy od ustawienia natężenia przepływu tak, aby różnica ciśnień na najwęższej zwężce wynosiła określoną przez nas wielkość. Następnie zmienialiśmy natężenie przepływu tak, aby różnica ciśnień na pierwszej zwężce zmniejszała się o 50 mm Hg i notowaliśmy różnice ciśnień na pozostałych zwężkach. Po czym obliczaliśmy czas napełniania zbiornika do objętości V=10 cm dla każdego natężenia przepływu. Dokonaliśmy siedem pomiarów, aż do momentu, gdy różnica ciśnień na pierwszej zwężce wynosiła 0 mm Hg.

4. Obliczenia:

a) Przeliczanie jednostki z mm Hg na Pa (i ∆p- ciśnienie różnicowe): ∆p= ∆h*(δHg- δH2O)*g b) Obliczanie m- masowego natężenia przepływu [kg/s]: m= V*δH2O c) Obliczenie V- objętościowego natężenie przepływu [m^3/s]: V= Vx/t d) Obliczenie współczynnik α: α= {m/(2*∆p*δH2O)^1/2}*(4/π*d1^2) e) Obliczenie mz- moduł zwężki: mz= (dzw1/dr)^2 f) Obliczenie liczby Reynoldsa: Re= (w0*δ*d1)/η, dla w0= (4*V)/( π*d1^2)

gdzie: Vx- Objętość zbiornika pomiarowego mz- Moduł zwężki t- Czas napełniania zbiornika d- Średnica zbiornika r- Promień zwężki dr- Średnica rurociągu d1,2,3,4- Średnica zwężek w1,2,3,4- Prędkość płynu α1,2,3,4- Liczba przepływu η- Lepkość płynu

5. Wnioski:

Dla każdej zwężki straty ciśnienia ∆p oraz liczba Reynoldsa rosną wraz ze wzrostem masowego natężenia przepływu. Porównując liczbę Reynoldsa dla czterech kolejnych zwężek można zauważyć, że wraz ze wzrostem średnicy zwężki, a co za tym idzie wraz ze wzrostem modułu zwężki, maleje liczba Reynoldsa.

2

---