Politechnika Świętokrzyska
Wydział Inżynierii Środowiska, Geomatyki i Energetyki
Katedra Geotechniki i Inżynierii Wodnej
Kierunek Inżynieria Środowiska
Studia stacjonarne I stopnia, rok II, semestr 3
rok akad. 2013/2014
SPRAWOZDANIE
NR 2
Pomiar współczynnika wydatku napełnienia
Prowadzący: Opracowały:
Dr inż. Bartosz Szeląg Katarzyna Kotwica
Anna Kowalska
Justyna Kułaga
Agnieszka Kwiatkowska
Data oddania……………………..…… Ocena końcowa…………..
1. Część teoretyczna
Przelewem nazywa się przegrodę umieszczoną w kanale otwartym, która spiętrza płynącą wodę i powoduje jej przelewanie się przez przegrodę lub wykonane w niej wcięcie. Najważniejszym zastosowaniem przelewów jest ich użycie jako urządzeń do pomiarów natężenia przepływu. Przelewy te nazywamy przelewami mierniczymi.
Za podstawowe kryteria przelewów przyjmuje się kształt otworu i ścianki oraz hydrauliczne warunki przepływu.
Podział przelewów:
- ze względu na kształt krawędzi przelewowej wyróżniamy przelewy o ostrej krawędzi, o kształtach praktycznych lub o szerokiej koronie;
- ze względu na usytuowanie względem kierunku ruchu wyróżniamy przelewy proste, skośne, załamane, krzywoliniowe i boczne;
- w zależności od położenia dolnego zwierciadła cieczy w stosunku do krawędzi przelewowej wyróżniamy przelewy niezatopione (zupełne) i zatopione (niezupełne);
- ze względu na kształt wycięcia przelewy dzielimy na trójkątne, prostokątne, trapezowe, kołowe, paraboliczne i inne;
- ze względu na szerokość przelewu w stosunku do szerokości koryta wyróżniamy przelewy bez dławienia bocznego i z dławieniem bocznym.
Otwór mały w hydromechanice charakteryzuje się tym, że rozkład prędkości w strumieniu wypływającej cieczy w przekroju tego otworu jest w przybliżeniu stały. Założenie to obowiązuje w przypadku gdy wysokości ciśnienia w środku geometrycznym otworu jest co najmniej dziesięciokrotnie wyższa od wysokości otworu. Gdy różnica prędkości w przekroju otworu jest znacząca nie można stosować zależności dla małych otworów niezatopionych. Wypadek ten wymaga zastosowania równań opisujących wypływ z dużego otworu nieztopionego. Otwór w praktyce traktujemy jako mały, jeśli jego wysokość nie przekracza 10-25% zagłębienia środka ciężkości otworu pod zwierciadłem cieczy. Otwory duże mogą występować w zależności od ich wpływu na ich wydatek położenia zwierciadła cieczy w stanowisku dolnym:
- jako niezatopione - położenie zwierciadła wody w stanowisku dolnym nie wpływa na wydatek otworu,
- jako częściowo zatopione - położenie zwierciadła wody w stanowisku dolnym wpływa na jego wydatek. Wraz ze wzrostem poziomu zwierciadła wody, wydatek otworu ulega obniżeniu,
- jako zatopione - wartość wydatku otworu zależy od różnicy położenia poziomów zwierciadeł cieczy przed i za otworem.
Ze względu na grubość ścianki otwory można podzielić na:
- otwór w cienkiej ściance, tj. strumień nie przylega do wewnętrznych krawędzi otworu, grubość ścianki L<(3,4 - 4,0 d)
- przystawki, tj. strumień przylega do wewnętrznych krawędzi otworu powodując zwiększenie wydatku.
Rozkład prędkości na wysokości otworu jest stały dlatego jego wydatek można określić zapisując równanie Bernoulliego dla przekrojów 0-0 i 1-1 na rysunku poniżej:
Rys. 1. Schemat obliczeniowy małego otworu niezatopionego.
W przypadku dużego otworu niezatopionego ze względu na rozmiary otworu odpływowego, rozkład prędkości na jego wysokości ulega zmianie. Dlatego też aby określić jego wydatek koniecznie jest rozdzielenie przekroju wypływającego strumienia na elementarne paski, w których prędkość przepływu jest w przybliżeniu stała. Wydatek pojedynczego paska po zapisaniu równania Bernoulliego dla przekroju 0-0 i 1-1 jest następujący:
Gdzie:
b(h) - szerokość elementarnego paska, [m]
dH - wysokość elementarnego paska, [m]
Rys. 2. Schemat obliczeniowy dużego otworu niezatopionego.
W przypadku wydatku otworu zatopionego na wydatek otworu wpływa wyłącznie różnica poziomów zwierciadła wody oraz współczynnik jego wydatku. Wydatek otworu zatopionego wyznaczany jest ze wzoru:
Gdzie:
F - pole powierzchni otworu [m2]
ΔH - różnica poziomów zwierciadeł wody [m]
Rys. 3. Schemat obliczeniowy otworu zatopionego.
2. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest pomiar współczynnika wydatku napełnienia dla różnych wysokości cieczy w zbiorniku. Doświadczenie polega na zmierzeniu czasu w jakim nastąpiła określona zmiana poziomu wody odczytana na podziałce.
3. Stanowisko badawcze
Schemat stanowiska badawczego przedstawiono na rysunku 4. W celu podtopienia otworu kołowego ustalony jest minimalny spadek koryta.
4. Literatura
„Poradnik hydromechanika i hydrotechnika” - praca zespołowa, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2001.
Wyszukiwarka