1. Wstęp teoretyczny.

Strumień cieczy można najprościej zmierzyć, mierząc czas przepływu oraz ilość przepływającej cieczy gromadząc ją w zbiorniku. Metodę tą nazywamy pierwotną, ale pomimo tego że jest najdokładniejszą znaną metodą, jest uciążliwa w stosowaniu.

W drugiej metodzie wykorzystuje się liczniki komorowe, wykorzystuje się w nich zasadę cyklicznego odmierzania równych porcji cieczy lub gazu. Liczniki komorowe można podzielić na:

1. Liczniki nieckowe z naprzemiennie napełniającymi się korytkami wykonującymi cykliczny wahliwy ruch,

2. Liczniki bębnowe (do zastosowań laboratoryjnych),

3. Liczniki miechowe stosowane między innymi do pomiaru ilości zużytego gazu w mieszkaniach,

4. Liczniki rotorowe gazów, stosowane do dokładnych pomiarów gazów przemysłowych,

5. Liczniki cieczy z owalnymi wirującymi tłokami do pomiarów ilości przepływających olejów,

6. Liczniki łopatkowe,

Trzecią grupę urządzeń stanowią liczniki skrzydełkowe, których działanie opiera się o napęd wirnika posiadającego łopatki przez płynącą ciecz i pomiarze prędkości wirnika. Tego typu urządzenia są powszechnie stosowane do pomiaru zużycia wody w mieszkaniach. Wadą liczników skrzydełkowych jest fakt, że wzrastają opory ruchu wirnika w miarę zużywania urządzenia, co powoduje niedopuszczalne błędy pomiarowe. Kolejną grupą przepływomierzy są przepływomierze zwężkowe, których działanie polega na zamianie energii potencjalnej statycznego ciśnienia płynu na energię kinetyczną przepływającego przez zwężkę płynu. Wadą tych urządzeń jest trwały spadek ciśnienia powstający w miejscu zainstalowania zwężki. Inną grupą przepływomierzy są przepływomierze pływakowe (rotametry). Urządzenia składają się z pionowej rury o małej stożkowej zbieżności oraz umieszczonego wewnątrz pływaka. W czasie gdy czynnik przepływa przez rurkę na pływak działają siły parcia spowodowana przez spadek ciśnienia przy przepływie, oraz siła wyporu działająca na zanurzony pływak. Pływak będzie unosił się w miejscu zrównoważenia się tych dwóch sił, w tym miejscu należy odczytać z podziałki znajdującej się na rurce wynik pomiaru. Do pomiaru lokalnej prędkości płynu stosuje się rurki spiętrzające, aby wyznaczyć strumień płynu należy wykonać pomiar w kilku punktach przekroju rurociągu. Najnowocześniejszym urządzeniami pomiarowymi są przepływomierze ultra dźwiękowe. Zasada działania wynika z różnicy czasów przejścia fali ultradźwiękowej w kierunku zgodnym z ruchem płynu i przeciwnym. Pomiary można wykonywać w systemach: W- z dwukrotnym odbiciem fali od przeciwległej ścianki, V- z jednokrotnym odbiciem od przeciwległej ścianki, Z- z jednokrotnym przejściem fali przez płyn (bez odbicia).

1. Schemat stanowiska pomiarowego.

1. Przebieg ćwiczenia.

Na początku za pomocą suwmiarki dokonano pomiarów wewnętrznych średnic rur d₁= 3,53cm i d₂=1,59cm. Następnie uruchomiono przepływ wody przez układ, a za pomocą rotametru nastawiono żądany przepływ wody przez stanowisko. Odczekano do ustabilizowania się przepływu, później za pomocą zaworu trójdrożnego skierowano odpływ do zbiornika, równocześnie odczytując stan licznika i uruchamiając stoper. Po upływie 120 sekund zamknięto dopływ wody, odczytano stan licznika i zważono porcjami ilość wody w zbiorniku(w tabeli przedstawiono masę wody, po odjęciu masy wiadra), powtórzono pomiar. Później nastawiono nowy strumień wody przepływającej przez stanowisko i powtórzono pomiary. Pomiarów dokonano dla dwóch różnych średnic rur.

1. Karta Pomiarowa.

Czas[s]	Kolejne odczyty z rotametru[dm3/h]	Początkowy stan licznika[m3]	Końcowy stan licznika[m3]	Masa wody w poszczególnych porcjach[kg]
dla rurki d= 3,53cm
120	30;29	208,191	208,206	15,148
120	30	208,239	208,2541	15,424
120	50	208,287	208,3106	22,532
120	50	208,364	208,3876	22,996
dla rurki d=1,59 cm
120	30;20	208,451	208,4638	12,146
120	30	208,487	208,5025	15,862
120	50	208,534	208,5573	23,637
120	50	208,615	208,6384	23,727

1. Opracowanie wyników.

1. Obliczono średni strumień wody dla rozpatrywanego czasu (t=120s) w oparciu o odczyty z rotametru, licznika przepływu wody i czasu przepływu, oraz ilości wody w zbiorniku i czasu przepływu. Wyniki przedstawiono w tabeli.

średnica rury [mm]	Kolejne odczyty z rotametru[dm3/h]	średni strumień cieczy (licznik) [kg/s]	średni strumień cieczy (zbiornik) [kg/s]	średni strumień cieczy (rotametr) [kg/s]	średni przepływ [kg/s]
35,30	30,00	0,13	0,13	0,14	0,13
	30,00
	50,00	0,20	0,19	0,19	0,19
	50,00
1,59
	30,00	0,12	0,12	0,14	0,12
	30,00
	50,00	0,19	0,20	0,19	0,20
	50,00

1. Obliczono prędkości przepływu w zdanych rurach.

-Wzór:

$$w = \frac{4*\dot{m}}{\pi*d^{2}*\rho}$$

gdzie:

w- prędkość przepływu cieczy m/s

$\dot{m}$- strumień masowy kg/s

d− średnica rury m

ρ- gęstość wody kg/m³

- Przykładowe obliczenia:

$$w = \frac{4*0,1389}{3,14*{0,0353}^{2}*997,8} = 0,1423\frac{m}{s}$$

- otrzymane wyniki:

średnica rury [mm]	Kolejne odczyty z rotametru[dm3/h]	prędkość przeplywu cieczy(licznik) [m/s]	prędkość przeplywu cieczy (zbiornik) [m/s]	prędkość przeplywu cieczy (rotametr) [m/s] w rurze	prędkość przeplywu cieczy (średnia) [m/s] w rurze	średni przepływ [kg/s]
35,30	30,00	0,13	0,13	0,1423	0,13	0,13
	30,00
	50,00	0,20	0,19	0,20	0,20	0,19
	50,00
1,59
	30,00	0,60	0,59	0,70	0,63	0,12
	30,00
	50,00	0,98	1,00	0,98	0,99	0,20
	50,00

1. Wykresy słupkowe dla wybranych strumieni:

1. Wykres strumienia wody w funkcji prędkości przepływu

1. Wykres prędkości przepływu wody w funkcji średnicy rury

5. Wykres prędkości przepływu w funkcji średnicy rury.

1. Wnioski:

1. Jeśli przyjmiemy pomiar za pomocą zbiornika za najdokładniejszy, to pomiary za pomocą licznika i rotametru pokrywają się pomiarami według zbiornika lub nieznacznie od niego odbiegają (ok.0,05). Może to być spowodowane niedokładnością pomiaru lub zużywaniem się przyrządów.

2. Zależność strumienia wody od prędkości przepływu jest zależnością liniową, poszczególne wykresy różnią się kątem nachylenia prostej do osi odciętych, z czego wynika, że prędkość przepływu wzrasta wraz ze wzrostem strumienia szybciej dla rur o większej średnicy.

3. Zależność prędkości przepływu wody od średnicy rury ma kształt funkcji wykładniczej. Z tej zależności można wnioskować, że prędkość przepływu wzrasta odwrotnie proporcjonalnie do średnicy rury.

4. Fakt, że dla tych samych strumieni w różnych rurach rotametr wskazał te same wartości przepływu, a różne prędkości wynika z prawa ciągłości strugi.

1. Źródła.

1. Dr inż. Tadeusz Kruczek: Instrukcja Laboratoryjna „Pomiary strumienia i prędkości cieczy przepływającej w rurze” – Rys.1

2. http://www.naukowiec.org/tablice/chemia/gestosc-wody-w-zaleznosci-od-temperatury_367.html - wzorcowa gęstość wody