Wzory wyjściowe i przyjęte założenia
Równanie Bernoulliego dla ustalonego ruchu wolnozmiennego,
$$h_{1} + \frac{\alpha_{1}{u_{1}}^{2}}{2g} = h_{2} + \frac{\alpha_{2}{u_{2}}^{2}}{2g} + \Delta h_{12}^{s}$$
Równanie ciągłości,
qv = A • u = b • h • u
Energia rozporządzalna w dowolnym przekroju koryta prostokątnego liczona względem dna,
$$E = h + \frac{\alpha u^{2}}{2g}$$
Współczynnik przepływu
$$\mu = \frac{1}{\alpha}$$
Założenia:
Nie uwzględniamy strat energetycznych ze względu na małą odległość przekrojów
$$\frac{\Delta h_{12}^{s}}{h_{1}} \ll 1$$
Nie uwzględniamy wysokości prędkości
$$\frac{\frac{\alpha_{1}{u_{1}}^{2}}{2g}}{h_{1}} \ll 1$$
Wzory wynikowe
Strumień objętości
$$g_{v} = \mu b_{2}\sqrt{g}\left( \frac{2}{3}h_{1} \right)^{\frac{3}{2}}$$
Współczynnik przepływu
$$\mu = \frac{g_{v}}{b_{2}\sqrt{g}\left( \frac{2}{3}h_{1} \right)^{\frac{3}{2}}}$$
Wysokość krytyczna
$$h_{\text{kr}} = \sqrt[3]{\frac{\alpha{q_{v}}^{2}}{gb^{2}}}$$
Tabele pomiarów i wyników obliczeń
lp. | qv |
h1 |
l |
z1 |
z2 |
z3 |
z4 |
z5 |
z6 |
z7 |
z8 |
z9 |
μ |
$$\overset{\overline{}}{\mathbf{\mu}}$$ |
hkr |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
m3/h |
mm |
mm |
mm |
mm |
mm |
mm |
mm |
mm |
mm |
mm |
mm |
- | - | mm |
|
1 |
6, 2 |
119 |
0 |
107 |
101 |
98 |
93 |
89 |
85 |
82 |
78 |
74 |
0, 98 |
0, 97 |
79 |
2 |
5, 8 |
114 |
10 |
102 |
97 |
93 |
89 |
83 |
80 |
77 |
73 |
70 |
0, 98 |
75 |
|
3 |
5, 4 |
109 |
20 |
97 |
93 |
88 |
83 |
79 |
75 |
73 |
69 |
66 |
0, 98 |
72 |
|
4 |
5, 0 |
102 |
30 |
90 |
86 |
82 |
77 |
74 |
70 |
67 |
64 |
62 |
1, 00 |
68 |
|
5 |
4, 6 |
98 |
40 |
85 |
83 |
78 |
74 |
70 |
66 |
63 |
60 |
57 |
0, 98 |
64 |
|
6 |
4, 2 |
92 |
50 |
79 |
75 |
71 |
68 |
64 |
61 |
59 |
56 |
54 |
0, 98 |
61 |
|
7 |
3, 8 |
88 |
60 |
75 |
71 |
67 |
63 |
60 |
58 |
56 |
53 |
51 |
0, 95 |
57 |
|
8 |
3, 4 |
80 |
70 |
70 |
65 |
62 |
58 |
55 |
53 |
50 |
49 |
46 |
0, 98 |
53 |
|
9 |
3, 0 |
74 |
80 |
63 |
59 |
55 |
52 |
50 |
48 |
46 |
44 |
42 |
0, 97 |
48 |
|
10 |
2, 6 |
69 |
90 |
58 |
53 |
50 |
48 |
45 |
43 |
41 |
40 |
38 |
0, 93 |
44 |
|
11 |
2, 2 |
60 |
100 |
49 |
46 |
43 |
42 |
40 |
38 |
36 |
35 |
34 |
0, 98 |
39 |
|
12 |
1, 8 |
53 |
110 |
43 |
40 |
38 |
35 |
34 |
32 |
31 |
30 |
29 |
0, 96 |
34 |
|
13 |
1, 4 |
45 |
120 |
35 |
33 |
32 |
30 |
29 |
28 |
27 |
26 |
25 |
0, 96 |
29 |
|
14 | 1,0 | 35 | 130 |
26 | 25 | 24 | 23 | 23 | 22 | 21 | 21 | 20 | 1,00 | 23 |
ht |
mm |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
130 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
gvt |
m3/h |
0 |
0, 1 |
0, 4 |
0, 8 |
1, 2 |
1, 7 |
2, 2 |
2, 8 |
3, 4 |
4, 0 |
4, 7 |
5, 4 |
6, 2 |
7, 0 |
Przykładowe obliczenia
Współczynnik przepływu (dla pomiaru nr 3)
$$\mu = \frac{g_{v}}{b_{2}\sqrt{g}\left( \frac{2}{3}h_{1} \right)^{\frac{3}{2}}} = \frac{\frac{5,4}{3600}}{0,025 \bullet \sqrt{9,81}\left( \frac{2}{3} \bullet 109 \bullet 10^{- 3} \right)^{\frac{3}{2}}} = 0,98$$
Średni współczynnik przepływu
$$\overset{\overline{}}{\mu} = \frac{\sum_{1}^{14}\mu_{i}}{14} = \frac{7 \bullet 0,98 + 2 \bullet 1 + 2 \bullet 0,96 + 0,97 + 0,93 + 0,95}{14} = 0,97$$
$$g_{v} = \overset{\overline{}}{\mu}b_{2}\sqrt{g}\left( \frac{2}{3}h_{t} \right)^{\frac{3}{2}} = 0,97 \bullet 0,025 \bullet \sqrt{9,81}\left( \frac{2}{3}20 \bullet 10^{- 3} \right)^{\frac{3}{2}} = 1,17 \bullet 10^{- 4},\frac{\ m^{3}}{s}$$
$$g_{v} = 1,17 \bullet 10^{- 4} \bullet 3600\ \frac{m^{3}}{h} = 0,4\ \frac{m^{3}}{h}\ $$
Wysokość krytyczna (dla pomiaru nr 3)
$$h_{\text{kr}} = \sqrt[3]{\frac{\alpha{q_{v3}}^{2}}{gb^{2}}} = \sqrt[3]{\frac{1 \bullet \frac{5,4}{3600}^{2}}{9,81 \bullet {0,025}^{2}}} = 0,072\ m = 72\ mm$$
Wykresy (załączone do sprawozdania)
Zależność głębokości h1 napełnienia koryta Venturiego przed zwężeniem od strumienia objętości cieczy przepływającej przez koryto,
Rozkład wysokości z cieczy wewnątrz koryta Venturiego dla poszczególnych strumieni objętości gv.
Uwagi i wnioski
Możemy przyjąć, że strumień objętości w korycie Venturiego zależy tylko od głębokości napełnienia koryta przed zwężeniem, dlatego wygodnie jest stosować taką metodę pomiaru strumienia objętości w przewodach otwartych,
Dla coraz mniejszych strumieni różnica głębokości cieczy na wlocie i na wylocie z koryta jest coraz mniejsza. Wcześniej następuje również zmiana rodzaju przepływu ze spokojnego na rwący,
Punkty wyznaczone doświadczalnie niemal pokrywają się z krzywą wyznaczoną teoretycznie – pomiar wykonany dokładnie.