Politechnika Białostocka
Wydział Mechaniczny
Edukacja Techniczno- Informatyczna
semestr III
Sprawozdanie z zajęć:
Laboratorium Mechaniki Technicznej II
Temat:
Straty hydrauliczne.
Grupa: | III |
---|---|
Prowadzący: | mgr inż. Aneta Bohojło-Wiśniewska |
Data wykonania ćwiczenia: | 02.12.2013 r. |
Skład grupy: |
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami określania zależności współczynników strat hydraulicznych (strat na długości λ oraz strat lokalnych ζ ) od liczby Reynoldsa Re.
Opis stanowiska
Stanowisko pomiarowe zostało przedstawione schematycznie na poniższym rysunku. Woda pobierana jest ze zbiornika Z. Przepływ w układzie wymusza pompka P. Pomiary dokonywane będą dla dwóch zakresów (0-250 [l/h] oraz 300-1000 [l/h]). Liczbę Reynoldsa będziemy zmieniać regulując natężenie przepływu zaworem regulacyjnym.
Natężenie przepływu mierzymy rotametrem R. Temperaturę wody – termometrem w zbiorniku wody Z. Pomiar ten jest potrzebny do odczytania z tablic lub z wykresu lepkości kinematycznej w celu wyznaczenia liczby Reynoldsa. Pomiaru spadku ciśnienia dokonujemy
manometrem wodnym.
Przebieg ćwiczenia
Wyniki pomiarów należy umieścić w protokole. Z tablic lub z wykresu 4 odczytujemy wartość lepkości kinematycznej υ. Wymiary geometryczne d i l podaje prowadzący ćwiczenie.
Obliczenia wykonuje się wg następującego schematu:
– przeliczyć wartości zmierzonych wielkości na jednostki układu SI;
– wyznaczyć prędkość średnią V
– wyznaczyć wskazanie manometru: ∆h = |hl − hp|;
– policzyć wartość liczby Reynoldsa Re i współczynnika strat na długości λ
– wyznaczyć wartości logarytmów: log Re i log λ ;
– wyniki umieścić na tle wykresu Nikuradse’go;
– sformułować wnioski.
Opracowanie wyników
Długość rury: 1 m
Średnica rury: 0,01 m
Lepkość dynamiczna wody w temperaturze 16 oC: $10,02*10^{- 4}\ \frac{\text{kg}}{m*s}$
Gęstość wody w temperaturze 16 oC: $998,97\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$
Tabele pomiarów i wyników z zakresu 0-250 [l/h]
Zakres | Nr pomiaru | hl [mm] | hp [mm] | Q [l/h] | t [oC] |
---|---|---|---|---|---|
0-250 [l/h] | 1 | 26,6 | 23,4 | 50 | 16 |
2 | 26,5 | 23,3 | 100 | 16 | |
3 | 29 | 20,8 | 150 | 16 | |
4 | 32,9 | 17,5 | 200 | 16 | |
5 | 38 | 12,7 | 250 | 16 |
Zakres | Nr pomiaru | ∆h [m] | Q [m3/s] | V [m/s] | ʋ [m2/s] | λ | Re |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0-250 [l/h] | 1 | 0,0032 | 0,00001389 | 0,176942 | 1,00303*10-6 | 0,02005336 | 1764,07 |
2 | 0,0032 | 0,00002778 | 0,353885 | 0,00501331 | 3537,78 | ||
3 | 0,0082 | 0,00004167 | 0,530828 | 0,00570959 | 5292,24 | ||
4 | 0,0154 | 0,00005556 | 0,707771 | 0,00603162 | 7056,33 | ||
5 | 0,0253 | 0,00006944 | 0,884585 | 0,00634367 | 8819,13 |
Tabele pomiarów i wyników z zakresu 300-1000 [l/h]
Zakres | Nr pomiaru | hl [mm] | hp [mm] | Q [l/h] | t [oC] |
---|---|---|---|---|---|
300-1000 [l/h] | 1 | 263 | 213 | 300 | 16 |
2 | 284 | 198 | 400 | 16 | |
3 | 307 | 182 | 500 | 16 | |
4 | 334 | 163 | 600 | 16 | |
5 | 364 | 141 | 700 | 16 |
Zakres | Nr pomiaru | ∆h [m] | Q [m3/s] | V [m/s] | ʋ [m2/s] | λ | Re |
---|---|---|---|---|---|---|---|
300-1000 [l/h] | 1 | 0,05 | 0,00008333 | 1,061528 | 1,00303*10-6 | 0,00870575 | 10583,21 |
2 | 0,086 | 0,00011111 | 1,415414 | 0,0084223 | 14111,38 | ||
3 | 0,125 | 0,00013889 | 1,769299 | 0,00783441 | 17639,54 | ||
4 | 0,171 | 0,00016667 | 2,123184 | 0,00744252 | 21167,7 | ||
5 | 0,223 | 0,00019444 | 2,476942 | 0,00713136 | 24694,6 |
Obliczenia dla pomiaru 1 z zakresu 0-250[l/h] – przykład:
h = hl − hp = 26, 6mm − 23, 4mm = 3, 2mm
h = 3, 2mm * 0, 001m = 0, 0032m
$$Q = 50\frac{l}{h}*\frac{1}{3600000}\frac{m^{3}}{s} = 0,00001389\frac{m^{3}}{s}$$
$$V = \frac{4*Q}{\pi*d^{2}} = \frac{4*0,00001389\frac{m^{3}}{s}}{3,14*{(0,01m)}^{2}} = 0,176942\frac{m}{s}$$
$$v = \frac{u}{\rho} = \frac{10,02*10^{- 4}\frac{\text{kg}}{m*s}}{998,97\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}} = 1,00303*10^{- 6}\frac{m^{2}}{s}$$
$$\lambda = \frac{d*2*g*h}{l*V^{2}} = \frac{0,01m*2*9,81\frac{m}{s^{2}}*0,0032m}{1m*{(0,176942\frac{m}{s})}^{2}} = 0,02005336$$
$$Re = \frac{V*d}{v} = \frac{0,176942\frac{m}{s}*0,01m}{1,00303*10^{- 6}\frac{m^{2}}{s}} = 1764,07$$
Wnioski:
Możemy stwierdzić, że współczynnik strat zależy od następujących czynników:
-średnicy wewnętrznej rurki,
-długości na której następuje spadek ciśnienia,
-chropowatości powierzchni wewnętrznej,
-lepkości dynamicznej,
-gęstości cieczy,
-prędkości średniej.
W zakresie 0-250 [l/h] należy wykorzystać pochylenie manometru 1:10 w celu uzyskania dokładniejszych pomiarów. Podczas wykonywania badan należy stosować się do poleceń prowadzącego ćwiczenie. Należy pamiętać również o tym, by pompka nie pracowała przy braku przepływu.