1. WZORY POCZĄTKOWE I WYNIKOWE

Ciśnienie przepływającej cieczy wyznaczam na podstawie równania manometru:

p_b + ρ_H2O • g • H = ρ_Hg • g • z_rteci + ρ_H2O • g • z_wody + p_d

Po przekształceniu powyższej zależności otrzymujemy wartość ciśnienia w zwężeniu wyrażoną jako:

p_d = p_b + ρ_H2O • g • H − ρ_Hg • g • z_rteci − ρ_H2O • g • z_wody

1. TABELA POMIAROWA I WYNIKOWA

Kawitacja			zrteci	pd	h
	dm^3/h	mm	mm	Pa	m
	320	945	26	88641	9,06
	360	911	60	84444	8,63
	400	868	103	79136	8,09
	440	817	154	72842	7,45
	480	762	209	66053	6,75
	520	697	274	58030	5,93
	580	598	373	45811	4,68
	640	489	482	32357	3,31
	680	404	567	21865	2,24
Widzialna	740	305	666	9646	0,99
	760	288	683	7547	0,77
Słyszalna	780	284	687	7054	0,72
	800	282	689	6807	0,70
	820	288	683	7547	0,77
	840	293	678	8165	0,83
	860	300	671	9029	0,92
	880	304	667	9522	0,97
	900	309	662	10139	1,04
	920	311	660	10386	1,06
	940	313	658	10633	1,09
	960	314	657	10757	1,10
	980	315	656	10880	1,11
	1000	315	656	10880	1,11

Dane potrzebne do obliczeń:

– wysokość wody na początku pomiarów

H = 967 − 815 = 152 mm

p_b– ciśnienie otoczenia

p_b = 998, 6 hPa

– gęstość cieczy manometrycznej (rtęć)

$$\rho_{rteci} = 13579\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

– gęstość wody

$$\rho_{\text{wody}} = 997\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

– temperatura wody

t_sr = 25, 7

– ciśnienie nasycenia wody w temp. 25,7 ^oC (obliczone zgodnie z normą PN-EN ISO 13788: 2003)

p_n = 3300, 3 Pa

1. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA

Wysokość ciśnienia w zwężce wyrażona w metrach słupa wody:

$$h = \frac{p_{d}}{\rho_{H_{2}O} \bullet g} = \frac{p_{b} + \rho_{H_{2}O} \bullet g \bullet H - \rho_{\text{Hg}} \bullet g \bullet z_{2} - \rho_{H_{2}O} \bullet g \bullet z_{1}}{\rho_{H_{2}O} \bullet g}$$

Dla pomiaru odpowiadającemu strumieniowi $= 900\frac{\text{dm}^{3}}{h}$:

$$h = \frac{99860 + 997 \bullet 9,81 \bullet 0,152 - 13579 \bullet 9,81 \bullet 0,662 - 997 \bullet 9,81 \bullet 0,309}{997 \bullet 9,81} = 1,04\ m$$

Obliczenie wysokości ciśnienia nasycenia wody w temp. 25,7 ^oC

$$h_{n} = \frac{p_{n}}{\rho_{H_{2}O} \bullet g} = \frac{3300,3}{997 \bullet 9,81} = 0,3375\ m$$

Średnia temperatura wody obliczona jako średnia arytmetyczna z wykonanych 4 pomiarów:

$$t_{sr} = \frac{25,4 + 25,6 + 26,1 + 25,7}{4} = 25,7\ $$

1. WNIOSKI

Ciśnienie w przewężeniu spada wraz ze wzrostem strumienia objętości (jest to związane ze wzrostem prędkości a co za tym idzie spadkiem ciśnienia statycznego), aż do momentu wystąpienia kawitacji słyszalnej. Wtedy ciśnienie zaczyna nieznacznie wzrastać, a później mimo wzrostu strumienia nie zmienia się - stabilizuje się. Wyraźnie widać to na wykresie dołączonym do sprawozdania.

Kawitacja widzialna wystąpiła gdy ciśnienie spadło do ok. 10 hPa, a następnie wyraźnie ją usłyszeliśmy przy ciśnieniu ok. 7 hPa. Zjawisko wtedy było również dużo wyraźniejsze, ze względu na większą ilość pęcherzyków.

Wartość ciśnienia nasycenia obliczona dla średniej temperatury wody była niższa niż wartość wyznaczona empirycznie.

Zjawisko kawitacji potrafi mieć bardzo niekorzystne skutki. Powstające w wyniku implozji bąbelków fale uderzeniowe potrafią zniszczyć nawet bardzo wytrzymałe materiały, przez co znacząco skraca się żywotność takich elementów jak śruby okrętowe czy łopatki wirników pomp.