Aktualny schemat stanowiska.
Wzory wyjściowe.
Elementarny strumień objętości:
dqv = μudA
Wzór Torricelliego:
$$u = \sqrt{2gz}$$
Podobieństwa liczb Froude’a:
$$\frac{u^{2}}{\text{gl}} = \frac{u^{'2}}{a^{'}l^{'}}$$
Wzory wynikowe.
Strumień objętości dla przegrody trójkątnej:
$$q_{v} = \frac{8}{15}{\bullet u}_{sr} \bullet tg(\frac{\alpha}{2}) \bullet \sqrt{2gh^{5}}$$
Współczynnik przepływu przelewu:
u = $\frac{q_{v}}{\frac{8}{15} \bullet tg\frac{\alpha}{2} \bullet \sqrt{2gh^{5}}}$ =$\frac{\frac{V}{\tau}}{\frac{8}{15} \bullet tg\frac{\alpha}{2} \bullet \sqrt{2gh^{5}}}$
Skala strumienia objętości:
$$\varepsilon_{q_{v}} = \varepsilon_{l}^{\frac{5}{2}}$$
Tabele pomiarów i wyników obliczeń.
Tabela wyników doświadczalnych.
Lp. | h |
qv |
u |
---|---|---|---|
mm |
dm3/s |
− |
|
1. | 76,4 | 0,77 | 0,75 |
2. | 72,2 | 0,63 | 0,71 |
3. | 67,1 | 0,52 | 0,71 |
4. | 63,4 | 0,44 | 0,69 |
5. | 57,6 | 0,35 | 0,69 |
6. | 53,4 | 0,27 | 0,65 |
7. | 47,0 | 0,19 | 0,63 |
8. | 41,9 | 0,17 | 0,75 |
9. | 36,8 | 0,11 | 0,65 |
10. | 25,2 | 0,09 | 1,37 |
11. | 25,6 | 0,05 | 0,78 |
12. | 22,6 | 0,04 | 0,79 |
13. | 18,0 | 0,03 | 1,16 |
14. | 11,7 | 0,01 | 0,84 |
usr |
0,80 |
Tabela teoretyczna.
ht |
mm |
0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
qvt |
dm3/s |
0,00 | 0,01 | 0,03 | 0,08 | 0,16 | 0,28 | 0,45 | 0,65 | 0,91 | 1,23 | 1,60 |
Przeskalowanie osi wykresu.
hos |
h′ |
---|---|
mm |
mm |
0 | 0,00 |
10 | 11,80 |
20 | 23,60 |
30 | 35,40 |
40 | 47,20 |
50 | 59,00 |
60 | 70,80 |
70 | 82,60 |
80 | 94,40 |
90 | 106,20 |
100 | 118,00 |
110 | 129,80 |
qvos |
qv′ |
---|---|
m3/s |
dm3/s |
0,0 | 0,00 |
0,1 | 0,15 |
0,2 | 0,30 |
0,3 | 0,45 |
0,4 | 0,61 |
0,5 | 0,76 |
0,6 | 0,91 |
0,7 | 1,06 |
0,8 | 1,21 |
0,9 | 1,36 |
1,0 | 1,51 |
1,1 | 1,66 |
1,2 | 1,82 |
1,3 | 1,97 |
Przykładowe obliczenia.
Wysokość spiętrzenia:
h = h1 − h0 = 82, 40 − 5, 98 = 76, 42 mm
Doświadczalny strumień objętości.
$$q_{v} = \frac{V}{\tau} = \frac{30}{39,10} = 0,77\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$
Współczynnik przepływu przelewu:
$$\mu = \frac{15q_{v}}{8 \bullet \sqrt{2g}{(h)}^{\frac{5}{2}} \bullet tg\left( \frac{\alpha}{2} \right)} = \frac{15 \bullet 0,77 \bullet 10^{- 3}}{8 \bullet \sqrt{2 \bullet 9,81} \bullet {(76,42 \bullet 10^{- 3})}^{\frac{5}{2}} \bullet tg\left( \frac{30}{2} \right)} = 0,75$$
Średni współczynnik przepływu przelewu:
$u_{sr} = \frac{\sum_{1}^{11}\mu_{i}}{14} = \frac{0,75 + 0,71 + 0,71 + 0,69 + 0,69 + 0,65 + 0,63 + 0,75 + 0,65 + 1,37 + 0,78 + 0,79 + 1,16 + 0,84}{14} = 0,8$
Teoretyczny strumień objętości:
$$q_{v} = \frac{8}{15}u_{sr}{h_{t}}^{\frac{5}{2}}\sqrt{2g}\text{tg}\left( \frac{\alpha}{2} \right) = \frac{8}{15} \bullet 0,8 \bullet \left( 10 \bullet 10^{- 3} \right)^{\frac{5}{2}}\sqrt{2 \bullet 9,81} \bullet tg\left( 15 \right) = 5 \bullet 10^{- 6}\ \frac{m^{3}}{s} = 0,005\ \frac{\text{dm}^{3}}{s}\ $$
Oś pionowa dla przelewu rzeczywistego:
h′ = hos • ξl = 10 • 1, 18 = 11, 80 mm
Oś pozioma dla przelewu rzeczywistego:
$${q_{v}}^{'} = q_{vos} \bullet \left( \xi_{l} \right)^{\frac{5}{2}} = 0,1 \bullet \left( 1,18 \right)^{\frac{5}{2}} = 0,15\frac{\ \text{dm}^{3}}{s}$$
Uwagi i wnioski.
Krzywa teoretyczna niemal idealnie pokryła się z punktami wyznaczonymi doświadczalnie,
co świadczy o tym, że pomiar był wykonany dokładnie.
Za pomocą wyskalowanego przelewu mierniczego o danym kształcie, możemy łatwo wyznaczyć strumień objętości, mierząc jedynie wysokość spiętrzenia cieczy.
Aby mierzyć strumień objętości za pomocą przelewów o dużych rozmiarach wystarczy zbadać charakterystykę podobnego, modelowego przelewu o mniejszych rozmiarach i wyznaczyć współczynnik podobieństwa dla tych przelewów.