Politechnika Warszawska
Samochody i Maszyny Robocze
Instytut Pojazdów
Laboratorium Mechaniki Płynów
Studia dzienne
Grupa 2.3
zespół 1
rok akademicki 2009/2010
SPRAWOZDANIE
Ćwiczenie C: Kawitacja w przewężeniu rurociągu
Gębal Paweł
Lech Zbigniew
Lewicki Mateusz
Michał Janiszewski gr.3.5
Janusz Skaczkowski gr.3.5
Data wykonania ćwiczenia: 25.03.2010 r.
Cel ćwiczenia
W ćwiczeniu badano kawitację, czyli zespół zjawisk towarzyszących spadkowi ciśnienia w przewężeniu rurociągu.
Wstęp
Zgodnie z równaniem Bernoullego oraz równaniem ciągłości wiemy, że wzrostowi prędkości w przewężeniu rurociągu towarzyszy spadek ciśnienia. Gdy osiągnie on wartość krytyczną, przy której ciecz płynąca rurociągiem wrze - pojawia się szereg następujących po sobie naprzemiennie zjawisk zwanych kawitacją. Ciecz paruje w niskim ciśnieniu, powstają pęcherzyki pary, wzrost ciśnienia i następnie pary cieczy skraplają się. Ciąg tych zjawisk jest niszczący dla rurociągu. Występuje tu nie tylko korozja kawitacyjna, ale i mikrouderzenia znikających pęcherzyków pary cieczy. Owe pęcherzyki pary zanikają po raptownym dostaniu się w obszar wyższego ciśnienia. W przypadku, gdy zjawiska te następują po sobie z dużą częstotliwością, słychać dudnienie rur oraz odczuć można silne drgania układu.
Schemat stanowiska pomiarowego
W ćwiczeniu mierzono ciśnienia w trzech punktach układu pokazanego na schemacie:
1 - zbiornik
2 - układ zasilający pompę
3 - zawory
4 - przezroczysta rura
5 - przewężenie
6 - zbiornik pomiarowy
Wa - wakuometr
M - manometr
Wykonanie ćwiczenia
W ćwiczeniu mierzono ciśnienia P1 i P2 oraz natężenie przepływu Q (pośrednio). Pomiary wykonano dla Q < Qk (Qk - krytyczne natężenie przepływu),
przy którym, występuje kawitacja. Pomiary rozpoczęto od ciśnienia 0,5 atm., skończywszy na wartości 7 atm. Wartości odczytywano z krokiem co 0,5 atm. a od wartości 2 atm. co 1 atm.
Wyniki pomiarów oraz obliczeń przedstawiono w poniższej tabeli
P1 |
P1 |
P2 |
P3 |
t |
Q |
ΔP |
[kp/cm2] |
[MPa] |
[MPa] |
[MPa] |
[s] |
[dm3/s] |
[MPa] |
0,5 |
0,049 |
-0,09 |
0,01 |
194 |
0,36 |
0,039 |
1 |
0,098 |
-0,09 |
0,03 |
165 |
0,42 |
0,068 |
1,5 |
0,147 |
-0,10 |
0,03 |
147 |
0,48 |
0,117 |
2 |
0,196 |
-0,10 |
0,04 |
136 |
0,51 |
0,156 |
3 |
0,294 |
-0,10 |
0,05 |
118 |
0,59 |
0,244 |
4 |
0,392 |
-0,09 |
0,06 |
106 |
0,66 |
0,332 |
5 |
0,490 |
-0,09 |
0,07 |
97 |
0,72 |
0,420 |
6 |
0,588 |
-0,09 |
0,08 |
90 |
0,78 |
0,508 |
6,5 |
0,637 |
-0,09 |
0,09 |
88 |
0,80 |
0,547 |
7 |
0,686 |
-0,09 |
0,10 |
85 |
0,82 |
0,586 |
Równolegle z pomiarami obserwowano zjawisko kawitacji. Począwszy od 0,5 MPa do wartości 3 MPa (ciśnienie P1) nie obserwowano wyraźnych oznak pojawiania się kawitacji. Przy wartości P1=4 MPa zaobserwowano pierwsze objawy występowania badanego zjawiska. Widoczne było ono w postaci bardzo małych białych pęcherzyków pojawiających się w centralnej części przewężenia.
Przy wartości P1=5 MPa oprócz wyraźnych już białych, podłużnych pęcherzyków widoczne były również jasne smugi długości od kilku do kilkunastu centymetrów występujące wzdłuż przezroczystej rury. Stały się one wyraźnie widoczne przy wartości P1=6 MPa.
Począwszy od 6,5 MPa zjawisko kawitacji było już bardzo wyraźnie widoczne, oraz wyczuwalne (drgania rury) i słyszalne.
Na podstawie pomiarów i obliczonych wartości sporządzono wykresy zależności ciśnień od natężenia przepływu.
Wnioski
Wykonanie ćwiczenia dało obserwacje, które zgadzają się z teoretycznym przebiegiem zjawiska kawitacji. Wystąpiły zarówno drżenie rur jak i zjawiska akustyczne. W przezroczystym odcinku przewężenia widoczne były ponad to powstające bąbelki pary z wrzącej w niższym ciśnieniu wody.
Na wykresie widoczny jest wyraźny spadek ciśnienia w przewężeniu rurociągu wraz ze wzrostem ciśnienia wejściowego, a co za tym idzie powstaniem pęcherzyków gazu a jako dalszy skutek zaburzenia przepływu - staje się on turbulentny. Zjawisko kawitacji charakteryzuje się ponadto tzw. „korozją kawitacyjną”, jednak w przypadku naszego ćwiczenia jej obserwacja była niemożliwa - zbyt krótki czas.
Ponadto obserwując wzrost natężenia dźwięku, silniejsze drgania oraz dodając do tego korozję kawitacyjną można stwierdzić, że zjawisko to jest niekorzystne w dłuższym działaniu. W przypadku torpedy nie ma znaczenia, gdyż urządzenie owo nie zdąży odczuć negatywnych skutków kawitacji, jednak w użytkowanych długoterminowo rurociągach, czy łopatkach turbin jest zjawiskiem bardzo niepożądanym.
Wyszukiwarka