Politechnika Krakowska Nazwisko i imię: Wojciech Rzadkowski

Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej

Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesowej Grupa laboratoryjna: 32T1 A

LABORATORIUM

Z INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 28 i 31

Temat: Doświadczenie Reynoldsa i charakterystyka pompy wirowej.

Termin zajęć: 18.11.2010

Termin zaliczenia:25.11.2010

Ocena:

Ćwiczenie 28

DOŚWIADCZENIE REYNOLDSA

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było powielenie klasycznego doświadczenia Reynoldsa tj. eksperymentalne wyznaczenie krytycznych liczb Re_k, dla których przepływ cieczy w przewodach o przekroju kołowym traci charakter ruchu laminarnego.

2. Pomiary i obliczenia

Obliczanie prędkości przepływu płynu z objętościowego natężenia przepływu

Obliczenie liczby Reynoldsa

Parametry fizykochemiczne dla wody w temperaturze pokojowej

ŚREDNICA RUROCIĄGU d = 22 [mm] = 0,022 [m]

Lp.	Qv [m^3/s]	u [m/s]	Re	Rodzaj przepływu - spostrzeżenia
1	7,22·10^-6	0,019	416,8	Laminarny – ruch odbywa się równolegle do osi przewodu
2	1,70⋅10^-5	0,045	987,2	Laminarny – ruch odbywa się równolegle do osi przewodu
3	2,58⋅10^-5	0,068	1491,8	Laminarny – zaczyna falować ale bez zdecydowanych ruchów poprzecznych
4	3,33⋅10^-5	0,088	1930,6	Przejściowy – warstwa indykatora zaczyna poruszać się w poprzek osi przewodu
5	4,33⋅10^-5	0,114	2501,0	Przejściowy – warstwa indykatora porusza się coraz bardziej w poprzek osi przewodu
6	5,25⋅10^-5	0,138	3027,5	Przejściowy – intensyfikacja ruchów poprzecznych i turbulencji
7	5,83⋅10^-5	0,153	3356,6	Przejściowy – dalsza intensyfikacja ruchów poprzecznych
8	6,11⋅10^-5	0,161	3532,1	Burzliwy – wyraźne nieuporządkowanie i turbulencje

ŚREDNICA RUROCIĄGU d = 32 [mm] = 0,032 [m]

Lp.	Qv [m^3/s]	u [m/s]	Re	Rodzaj przepływu - spostrzeżenia
1	1,03·10^-5	0,013	414,8	Laminarny – ruch odbywa się równolegle do osi przewodu
2	2,08⋅10^-5	0,026	829,7	Laminarny – ruch odbywa się z lekkimi ruchami poprzecznymi
3	3,33⋅10^-5	0,041	1308,3	Laminarny – zaczyna falować ale bez zdecydowanych ruchów poprzecznych
4	4,39⋅10^-5	0,055	1755,1	Laminarny – zaczyna falować z bardziej zdecydowanymi ruchami poprzecznymi
5	6,25·10^-5	0,078	2489,0	Przejściowy – warstwa indykatora porusza się coraz bardziej w poprzek osi przewodu
6	7,28⋅10^-5	0,091	2903,9	Przejściowy – intensyfikacja ruchów poprzecznych i turbulencji
7	7,72⋅10^-5	0,096	3063,4	Przejściowy – dalsza intensyfikacja ruchów poprzecznych
8	9,03⋅10^-5	0,112	3574,0	Przejściowy - dalsza intensyfikacja ruchów poprzecznych
9	9,94⋅10^-5	0,123	3925,0	Burzliwy - wyraźne nieuporządkowanie i turbulencje
10	1,11⋅10^-4	0,138	4403,6	Burzliwy - wyraźne nieuporządkowanie i turbulencje

ŚREDNICA RUROCIĄGU d = 51 [mm] = 0,051 [m]

Lp.	Qv [m^3/s]	u [m/s]	Re	Rodzaj przepływu - spostrzeżenia
1	4,17⋅10^-5	0,020	1017,2	Laminarny – ruch odbywa się równolegle do osi przewodu
2	4,72⋅10^-5	0,023	1169,7	Laminarny – ruch odbywa się z lekkimi ruchami poprzecznymi
3	5,78⋅10^-5	0,028	1424,0	Laminarny – zwiększenie falowania
4	5,89⋅10^-5	0,029	1474,9	Laminarny-dalsze zwiększanie falowania

Ćwiczenie 31

Charakterystyka pompy wirowej.

1.Cel ćwiczenia:

Za pomocą autotransformatora ustawiamy wymagana liczbę obrotów wirnika pompy. Następnie dokonujemy odczytu wskazań manometru oraz aktualnego wydatku objętościowego. Zmieniamy liczbę obrotów i powtarzamy pomiary.

Wyznaczamy charakterystykę pompy dla wybranej liczby obrotów. W tym celu przeprowadzamy pomiary jak poprzednio , z tym że dla każdego punktu pomiarowego zmienia się charakterystykę rurociągu przez zmiany zaworu na tłoczeniu pompy.

2.Pomiary i obliczenia:

Charakterystyka rotametru: Q_V =0,0116n+0,12 [m³/h]

Gęstość pompowanej cieczy: ρ=1000 [kg /m³]

- Obliczenie objętościowego natężenia przepływu z zależność

Q_V =0,0116n+0,12 [m³/h]

- Obliczenie użytecznej wysokości pompowania według wzoru

H= Δp/ρ·g

- Obliczenie rzeczywistego zapotrzebowania mocy

N_rz=U·I

Rurociąg 1

Charakterystyka rurociągu
n[obr/min]
Wsk.rotametru
Qv[m^3/h]
Qv^2
Δp [MPa]
Nrz[W]
H [m]
U [V]
I [A]

Rurociąg 2

Charakterystyka rurociągu
n[obr/min]
Wsk.rotametru
Qv[m^3/h]
Qv^2
Δp [MPa]
Nrz[W]
H [m]
U [V]
I [A]

Rurociąg 3

Charakterystyka rurociągu
n[obr/min]
Wsk.rotametru
Qv[m^3/h]
Qv^2
Δp [MPa]
Nrz[W]
H [m]
U [V]
I [A]

POMPA

- Obliczenie objętościowego natężenia przepływu z zależności

Q_V =0,0116n+0,12 [m³/h]

- Obliczenie użytecznej wysokości pompowania według wzoru

H=Δp/ρ·g

- Obliczenie rzeczywistego zapotrzebowania mocy

N_rz=U·I

- Obliczenie teoretycznego zapotrzebowania mocy

N_t=Q_V·H·ρ·g

- Obliczenie sprawności ogólnej urządzenia

η= N_t/N_r

Pompa 1 - 1400[obr/min]

Charakterystyka pompy
Wsk.rotametru
Qv[m^3/h]
Δp [MPa]
H [m]
Nrz[W]
Nt[W]
ηo
U [V]
I [A]
Współczynnik oporu rurociągu ξ = 91,87

Pompa 2 - 1900[obr/min]

Charakterystyka pompy
Wsk.rotametru
Qv[m^3/h]
Δp [MPa]
H [m]
Nrz[W]
Nt[W]
ηo
U [V]
I [A]
Współczynnik oporu rurociągu ξ =27,26

Pompa 3 - 2300[obr/min]

Charakterystyka pompy
Wsk.rotametru
Qv[m^3/h]
Δp [MPa]
H [m]
Nrz[W]
Nt[W]
ηo
U [V]
I [A]
Współczynnik oporu rurociągu ξ =10,78

Wykres 1. Charakterystyka poszczególnych pomp i rurociągów.H=f(Qv)

Wykres 2. Zależność rzeczywistego zapotrzebowania mocy od natężenia przepływu dla

poszczególnych pomp.Nrz=f(Qv)

Wykres 3. Zależność całkowitej sprawności od nateżenia przepływu dla poszczególnych pomp.η0=f(Qv)

Rurociąg 1 y=91,87 x + 3,166 Rurociąg 2 y=27,26x+1,437 Rurociąg 3 y=10,78x-1,1875

Wykres 4. Zależność H= f(Qv²) dla współczynników oporu rurociągów

3. Wnioski

Powyższe tabele pokazują, że wyniki doświadczalne i obserwacje w zdecydowanej większości przypadków pokrywają się z wyliczonymi wartościami Re. Głównie w pierwszej tabeli wyliczenia nie dokładnie odpowiadają zaobserwowanemu ruchowi podczas wykonywanego ćwiczenia. Dotyczy to przede wszystkim zakresu ruchu burzliwego określonego przez liczbę Reynoldsa, który jest wyższy od wartości obliczonych w sprawozdaniu.

Na rodzaj przepływu cieczy w dużym stopniu wpływ ma średnica rurociągu, a co za tym idzie również i natężenie przepływu oraz prędkość. Ze wzrostem średnicy rurociągu coraz trudniej jest osiągnąć przepływ burzliwy.

Rzeczywiste zapotrzebowanie pompy na moc jest dużo większe niż te które zostało obliczone teoretycznie. Wraz ze wzrostem liczby obrotów wzrasta wysokość pompowania. Dla pompy wraz ze wzrostem objętościowego natężenia przepływu spada wysokość pompowania, natomiast w przypadku rurociągu jest odwrotnie. Sprawność pompy jest mała. Współczynnik oporu dla rurociągu ma dość spore wartości.