Schemat stanowiska pomiarowego.
Obliczenia.
L.p. | z1 |
z2 |
z |
V | t | T | β |
qv |
Re | C | zt |
qvsr |
qvt |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
- | Mm | mm | dm^3 | s | C |
- | $$\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$ |
- | - | mm |
$$\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$ |
$$\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$ |
|
1. | 702 | 614 | 1316 | 4,55 | 12,31 | 21 | 0, 5 | 0,379 | 22253 | 0,926 | 1300 | 0,254 | 1,068 |
2. | 680 | 588 | 1268 | 4,55 | 12,62 | 0,361 | 21707 | 0,921 | 1200 | 0,234 | 0,985 | ||
3. | 615 | 529 | 1144 | 4,55 | 13,75 | 0,331 | 19923 | 0,889 | 1100 | 0,215 | 0,904 | ||
4. | 562 | 487 | 1049 | 4,55 | 14,28 | 0,319 | 19183 | 0,895 | 1000 | 0,195 | 0,821 | ||
5. | 504 | 424 | 928 | 4,55 | 15,25 | 0,299 | 17963 | 0,891 | 900 | 0,176 | 0,739 | ||
6. | 450 | 376 | 826 | 4,55 | 16,25 | 0,280 | 16858 | 0,886 | 800 | 0,156 | 0,657 | ||
7. | 401 | 328 | 729 | 4,55 | 17,57 | 0,259 | 15591 | 0,872 | 700 | 0,137 | 0,574 | ||
8. | 353 | 281 | 634 | 4,55 | 19,03 | 0,239 | 14395 | 0,864 | 600 | 0,117 | 0,493 | ||
9. | 277 | 210 | 487 | 4,55 | 22,47 | 0,202 | 12191 | 0,834 | 500 | 0,098 | 0,411 | ||
10. | 220 | 148 | 368 | 4,55 | 27,13 | 23 | 0,168 | 10097 | 0,795 | 400 | 0,078 | 0,329 | |
11. | 174 | 93 | 267 | 4,55 | 33,72 | 0,135 | 8124 | 0,751 | 300 | 0,059 | 0,246 | ||
12. | 135 | 57 | 192 | 4,55 | 42,31 | 0,108 | 6475 | 0,705 | 200 | 0,039 | 0,164 | ||
13. | 109 | 32 | 141 | 4,55 | 54,53 | 0,084 | 5024 | 0,639 | 100 | 0,019 | 0,082 | ||
14. | 88 | 11 | 99 | 4,55 | 80,47 | 0,057 | 3404 | 0,517 | 0 | 0 | 0 | ||
15. | 82 | -5 | 77 | 4,55 | 145,94 | 0,031 | 1877 | 0,323 | - | - | - | ||
16. | 65 | -11 | 54 | 4,55 | 423,16 | 33,3 | 0,011 | 647 | 0,133 | - | - | - | |
Wartości średnie: | 25,8 | - | - | - | 0,74 | - | - | - |
Dane wykorzystywane w obliczeniach:
średnica przewodu: D = 20 mm
średnica zwężki: d = 10 mm
objętość kontrolna: V = 4, 55 dm3
współczynnik lepkości kinetycznej (dla temperatury wody T = 25, 8 C):
$$\nu = 0,\ 87 10^{- 6}\ \frac{m^{2}}{s}$$
przyspieszenie ziemskie: $g = 9,81\ \frac{m}{s^{2}}$
Przykłady obliczeń (dla pomiaru nr 1):
strumień objętości:
$$q_{V} = \frac{V}{t} = \frac{4,55}{12,31} = 0,3696181966\ \frac{\text{dm}^{3}}{s} \approx 0,379\ \frac{\text{dm}^{3}}{s}$$
liczba Reynoldsa:
$$Re = \frac{4 V}{t \pi D^{2} \nu} = \frac{4 0,00455}{12,31 3,14 {0,02}^{2} 0,87 10^{- 6}} = 22253$$
Stosunek średnic:
$$\beta = \frac{d}{D} = \frac{10}{20} = 0,5$$
współczynnik przepływu zwężki pomiarowej:
$$C = \frac{4V}{\text{tπ}d^{2}\sqrt{\text{Δz}}}\sqrt{\frac{1 - \left( \frac{d}{D} \right)^{4}}{2g}} = \frac{4 0,00455}{13,63 3,14 {0,01}^{2} \sqrt{0,967}} \sqrt{\frac{1 - \left( \frac{1}{2} \right)^{4}}{2 9,81}} = 0,949758835 \approx 0,9$$
średnia wartość współczynnika przepływu zwężki:
$$C_{sr} = \frac{\sum_{}^{}C_{i}}{16} = 0,740$$
strumień objętości dla Csr:
$$q_{Vsr} = \frac{C_{sr}}{\sqrt{1 - \left( \frac{d}{D} \right)^{4}}}\frac{\pi d^{2}}{4}\sqrt{2g\Delta z_{t}} = \frac{0,72}{\sqrt{1 - \left( \frac{1}{2} \right)^{4}}} \frac{3,14 {0,01}^{2}}{4} \sqrt{2 9,81 1,3} = 0,254\ \frac{\text{dm}^{3}}{s}$$
teoretyczny strumień objętości:
$$q_{\text{Vt}} = \frac{1}{\sqrt{1 - \left( \frac{d}{D} \right)^{4}}}\frac{\pi d^{2}}{4}\sqrt{2g\Delta z_{t}} = \frac{1}{\sqrt{1 - \left( \frac{1}{2} \right)^{4}}} \frac{3,14 {0,01}^{2}}{4} \sqrt{2 9,81 1,3} = 1,068\ \ \frac{\text{dm}^{3}}{s}$$
Wnioski.
Po przeprowadzeniu pomiarów i wykonaniu obliczeń otrzymano szukane wartości. Zgodnie z przewidywaniami, wraz ze wzrostem strumienia objętości, rośnie różnica ciśnień wskazywana przez manometr. Zależność tą przedstawia wykres. Udowodniono także doświadczalnie, że wartość współczynnika przepływu nie zależy od liczby Reynoldsa – podczas gdy liczba Reynoldsa zmieniała się w stosunkowo szerokim zakresie, współczynnik C osiągał przy każdym pomiarze wartości zbliżone do siebie.