Schemat stanowiska
Wzory wyjściowe i wynikowe
Strumień objętości obliczam z zależności:
Aby obliczyć prędkość cieczy korzystam z zależności:
Podstawowym wzorem, z którego wyznaczamy liczbę Reynoldsa Re jest:
gdzie:
Sumę strat miejscowych w punktach 1, 3 i 4 obliczam z zależności:
Straty liniowe na kapilarach
i
wynoszą (na podstawie wzoru Darcy'ego - Weisbacha):
Doświadczalnie współczynnik oporu liniowego
wyznaczam na z zależności:
Otrzymuję następujący wzór:
Teoretyczny współczynnik oporu liniowego
obliczam z zależności:
Tabela pomiarowa
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mm |
mm |
cm3 |
s |
cm3/s |
m/s |
- |
- |
mm |
mm |
mm |
- |
1204 |
709 |
50 |
40,87 |
1,22 |
0,97 |
1275 |
0,0502 |
143 |
854 |
72 |
0,0640 |
1099 |
648 |
50 |
44,87 |
1,11 |
0,88 |
1161 |
0,0551 |
119 |
778 |
59 |
0,0713 |
794 |
471 |
50 |
59,31 |
0,84 |
0,67 |
878 |
0,0729 |
68 |
589 |
34 |
0,0920 |
629 |
375 |
50 |
72,66 |
0,69 |
0,54 |
717 |
0,0893 |
45 |
480 |
23 |
0,1105 |
498 |
297 |
25 |
44,16 |
0,57 |
0,45 |
590 |
0,1085 |
31 |
395 |
15 |
0,1310 |
490 |
294 |
25 |
44,31 |
0,56 |
0,45 |
588 |
0,1089 |
30 |
394 |
15 |
0,1285 |
406 |
243 |
25 |
53,57 |
0,47 |
0,37 |
486 |
0,1316 |
21 |
326 |
10 |
0,1585 |
327 |
196 |
25 |
66,1 |
0,38 |
0,30 |
394 |
0,1624 |
14 |
264 |
7 |
0,1963 |
265 |
159 |
25 |
80,37 |
0,31 |
0,25 |
324 |
0,1975 |
9 |
217 |
5 |
0,2370 |
200 |
118 |
25 |
98,75 |
0,25 |
0,20 |
264 |
0,2426 |
6 |
177 |
3 |
0,2786 |
142 |
86 |
25 |
144,59 |
0,17 |
0,14 |
180 |
0,3552 |
3 |
121 |
1 |
0,4129 |
Oznaczenia symboli:
- wysokość strat ciśnienia na odcinku 14
- wysokość strat ciśnienia na odcinku 34
- wysokość strat miejscowych na odcinku 14
- wysokość strat liniowych na odcinku 14
- liczba Reynoldsa
- objętość cieczy
- czas przepływu cieczy
- kinematyczny współczynnik lepkości
- strumień objętości
- szybkość przepływu cieczy
- wartość średnia strumienia objętości
- średnica rury
- temperatura wody
- współczynnik strat miejscowych w przepływie ze zbiornika do rury
- współczynnik strat miejscowych w przepływie z rury do zbiornika
- współczynnik oporu liniowego
Dane, przydatne do obliczeń:
Przykładowe obliczenia
Dla pierwszego pomiaru obliczenia wyglądają następująco:
Strumień objętości:
Prędkość cieczy:
Liczba Reynoldsa Re wynosi:
Kinematyczny współczynnik lepkości obliczam na podstawie wzoru:
Teoretyczny współczynnik oporu liniowego
:
Sumę strat miejscowych w punktach 1, 3 i 4 obliczam z zależności:
Straty liniowe na kapilarach
i
wynoszą (na podstawie wzoru Darcy'ego - Weisbacha):
Doświadczalnie współczynnik oporu liniowego
:
Wykresy
Wnioski
Wraz ze wzrostem liczby Reynoldsa wartość współczynnika oporu liniowego
maleje.
Niewielkie przesunięcie wykresu doświadczalnego w stosunku do teoretycznego wynika z niedokładności pomiarów oraz przybliżeń przyjętych w obliczeniach.
Zależności wysokości strat miejscowych i liniowych (zobrazowane na drugim wykresie) są zależnościami wielomianowymi drugiego stopnia, co wynika z użytych wzorów.
Linie trendu wyznaczają dalszą część wykresu, których początek przecina się w początku układu współrzędnych. Jest to efektem tego, że gdy strumień objętości wynosi zero (ciecz nie płynie) nie może być żadnych strat wysokości ciśnienia.
Naczynie Marinota ułatwiło utrzymanie stałego strumienia objętości powietrza, dzięki czemu pomiary stały się dokładniejsze.
Niedokładności pomiarów mogą wynikać z opóźnionego czasu reakcji podczas pomiaru czasu przepływu danej objętości cieczy oraz nieidealnego oka ludzkiego. Mogą one też być wynikiem długiego czasu stabilizowania się ciśnień w manometrach (odczyt
i
).