SPRAWOZDANIE Z LABOLATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW
TEMAT NR 12
„Strumienica”
Wykonał zespół nr 1
Grupa: COWiG 3
Piotr Owczarczyk
Katarzyna Pietrzak
Katarzyna Sosnowska
Marek Paukszto
Jarosław Maślany
1. Wprowadzenie:
Celem ćwiczenia było określenie wybranych parametrów hydraulicznych strumienicy i występujących między nimi zależności .
Strumienica jest jednym z rodzajów pomp o prostej budowie, bez elementów ruchomych, z dużym zakresem natężeń przepływu. Jest stosowana przy pompowaniu wód z głębokich studni, wykopów fundamentowych, ścieków itp. Jej zalety to niezawodność w pracy, duży zakres natężeń przepływu, brak elementów ruchomych oraz prosta budowa. Wadą strumienicy jest jej mała sprawność.
Na podstawie wartości hydraulicznych odczytanych ze stanowiska pomiarowego do badania strumienicy i zestawionych w tablicach 1.1, 1.2, 1.3:
ciśnienia na manometrze [Pt]=kG/cm2 ,
geometrycznej (niwelacyjnej) wysokości ssania hs ,
geometrycznej wysokości tłoczenia ht
wskazania manometru różnicowego Pm ,
wysokości napełnienia danaidy [hd] = m ,
natężenie zasilającego strumienia [Qz ]= m3/s ,
natężenie strumienia całkowitego [Qc ]= m3/s ,
natężenia strumienia zasysanego [Qs] = m3/s.
Obliczono wielkości hydrauliczne niezbędne do określenia zależności parametrów strumienicy: Qc=Qc(Qz) , Ho=Ho(Qs), Ho=Ho(Qz).Niżej wymienione wzory i stałe wykorzystane przy wykonywaniu obliczeń :
wysokość podnoszenia Ho .Ubytki energii mechanicznej w przewodzie ssącym i tłocznym pominięto jako małe.
Ho=ht+hs (1.1)
gdzie:
ht- geometryczna wysokość tłoczenia ,
hs- stała geometryczna wysokość ssania hs=0,17 m
Całkowite natężenie przepływu strumienia wody Qc
Qc=Qz+Qs (1.2)
gdzie:
Qz - natężenie strumienia zasilającego ,
Qs- natężenie strumienia ssawnego .
Wysokość ciśnienia strumienia zasilającego Hz
(1.3)
gdzie:
Pt-wartość ciśnienia odczytana na manometrze w Pascal'ach ,
dla 16 o C ρ H O wynosi ρ = 998,94 kg/m3
współczynnik sprawności η oblicza się za pomocą wzoru:
(1.4)
Zestawienie wielkości hydraulicznych odczytanych ze stanowiska pomiarowego do badania strumienicy przy wyznaczaniu zależności natężenia strumienia całkowitego Qc od natężenia strumienia zasilającego Qz przy zadanej ,stałej wysokości pompowania Ho w tablica 1.1., gdzie:
Ho=1,2 m
hs= 0,18 m, ht=1,02
Tablica 1.1
Wyniki pomiarów przy zadanej stałej całkowitej wysokości pompowania H0 |
||||||||
nr serii |
nr pomiaru w serii |
h1 |
h2 |
Δh |
hd |
Pm |
Qz |
Qc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mm |
mm |
mmHg |
m |
kG/m2 |
10-6 m3/s |
10-6 m3/s |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
1 |
1 |
105 |
-190 |
295 |
0,35 |
4,3 |
65 |
265 |
|
2 |
107 |
-188 |
295 |
0,36 |
4,25 |
65 |
265 |
2 |
1 |
100 |
-198 |
298 |
0,38 |
4,2 |
66 |
269 |
|
2 |
96 |
-205 |
301 |
0,40 |
3,9 |
66 |
269 |
3 |
1 |
90 |
-170 |
260 |
0,39 |
3,8 |
58 |
245 |
|
2 |
84 |
-167 |
251 |
0,39 |
3,8 |
57,5 |
243 |
4 |
1 |
60 |
-140 |
200 |
0,375 |
3,0 |
55 |
219 |
|
2 |
56 |
-137 |
193 |
0,35 |
2,8 |
52 |
190 |
5 |
1 |
45 |
-120 |
165 |
0,24 |
2,45 |
50 |
158 |
|
2 |
42 |
-111 |
153 |
0,23 |
2,40 |
47,5 |
150 |
Zestawienie wielkości hydraulicznych odczytanych ze stanowiska pomiarowego przy wyznaczaniu zależności wysokości podnoszenia Ho od natężenia strumienia zasysanego Qs przy zadanym ,stałym natężeniu strumienia zasilającego Qz w tablicy 1.2 ,gdzie:
Δh= 120 mm Hg po odczytaniu z wykresu Qz=44,5 *10 -6 m3/s, hs=0,18 m,
Tablica 1.2
Wyniki pomiarów przy zadanym stałym natężeniu strumienia zasilającego Qz |
||||||
|
||||||
nr pomiaru w serii |
ht |
hd |
Pm |
Qc |
Qc |
Qz |
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
m |
kG/m2 |
10-6 m3/s |
10-6 m3/s |
10-6 m3/s |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
0,75 |
0,162 |
1,8 |
189 |
189 |
|
2 |
0,75 |
0,163 |
1,8 |
189 |
|
|
1 |
0,60 |
0,252 |
1,8 |
214 |
213 |
|
2 |
0,60 |
0,235 |
1,8 |
212 |
|
|
1 |
0,50 |
0,260 |
1,8 |
230 |
231,5 |
44,5 |
2 |
0,50 |
0,261 |
1,8 |
231 |
|
|
1 |
0,40 |
0,265 |
1,8 |
240 |
240 |
|
2 |
0,40 |
0,265 |
1,8 |
240 |
|
|
1 |
0,30 |
0,278 |
1,8 |
251 |
251,5 |
|
2 |
0,30 |
0,272 |
1,8 |
250 |
|
|
Zestawienie wielkości hydraulicznych odczytanych ze stanowiska pomiarowego przy wyznaczaniu zależności wysokości podnoszenia Ho od natężenia strumienia zasilającego Qz przy zadanym ,stałym natężeniu strumienia całkowitego Qc w tablicy 1.3 ,gdzie
hd=150 mm H0 po odczytaniu z wykresu otrzymano Qc=120*10 -6 m3/s, hs=0,18 m
Tablica 1.3
Wyniki pomiarów przy zadanym stałym natężeniu strumienia całkowitego Qc |
|||||||
nr serii |
Nr pomiaru w serii |
h1 |
h2 |
Δh |
ht |
Pm |
Qz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mm |
mm |
mm |
m |
kG/m2 |
10-6 m3/s |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
1 |
90 |
-175 |
225 |
1,800 |
3,8 |
57,5 |
|
2 |
87 |
-171 |
256 |
1,780 |
3,75 |
60 |
2 |
1 |
74 |
-155 |
229 |
1,200 |
3,35 |
58 |
|
2 |
72 |
-150 |
222 |
1,180 |
3,3 |
57 |
3 |
1 |
70 |
-150 |
220 |
1,150 |
3,15 |
57 |
|
2 |
68 |
148 |
216 |
1,140 |
3,1 |
55 |
4 |
1 |
50 |
-130 |
180 |
0,780 |
2,6 |
53 |
|
2 |
50 |
-129 |
179 |
0,770 |
2,6 |
52 |
5 |
1 |
18 |
-88 |
106 |
0,300 |
1,6 |
42 |
|
2 |
17 |
-85 |
102 |
0,280 |
1,6 |
42,5 |
2. Obliczenie wartości hydraulicznych:
Przykładowe obliczenia dla zależności Qc=Qc(Qz) wykonano dla 1-ej serii pomiarowej dla 1-ego pomiaru .
Korzystając ze wzoru (1.2) obliczono Qs
Qs=265*10 -6 -65*10 -6 =200*10 -6 m3/s
Ze wzoru (1.3) wyznaczono Hz:
m
Ze wzoru (1.4) obliczono η
Pozostałe wielkości dla tej zależności Qc=Qc(Qz) umieszczona w tablicy 1.4
Tablica 1.4
Zestawienie obliczeń do przepływu przy zadanej stałej całkowitej wysokości pompowania Ho -zależność Qc=Qc(Qz) |
||||||
|
||||||
nr serii |
nr.pomiaru |
hz |
Qs |
η |
Qs |
η |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
10-6 m3/s |
% |
10-6 m3/s |
% |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
1 |
43,05 |
200 |
8,786 |
200 |
8,839 |
|
2 |
42,55 |
200 |
8,892 |
|
|
2 |
1 |
42,04 |
203 |
8,997 |
203 |
9,352 |
|
2 |
39,04 |
203 |
9,707 |
|
|
3 |
1 |
38,04 |
187 |
10,451 |
186,25 |
10,454 |
|
2 |
38,04 |
185,5 |
10,457 |
|
|
4 |
1 |
30,03 |
164 |
12,334 |
151 |
12,065 |
|
2 |
28,03 |
138 |
11,791 |
|
|
5 |
1 |
24,53 |
108 |
11,027 |
105,25 |
11,142 |
|
2 |
24,03 |
102,5 |
11,256 |
|
|
Przykładowe obliczenia dla zależności Ho=Ho(Qs) wykonano dla 1-ej serii pomiarowej dla 1-ego pomiaru :
Korzystając ze wzoru (1.2) obliczono Qs
Qs=189,0*10 -6 -44,5*10 -6 =144,5*10 -6 m3/s
Ze wzoru (1.3) wyznaczono hz:
m
Ze wzoru (1.4) obliczono η
%
Pozostałe wielkości dla tej zależności Ho=Ho(Qs) umieszczona w tablicy 1.5
Tablica 1.5
Obliczone wartości dla przepływu przy zadanym stałym natężeniu strumienia Qz - zależność Ho=Ho(Qs) |
||||||||
|
||||||||
|
H0 |
Ho |
Qs |
hz |
η |
Qs |
hz |
η |
|
m |
m |
10-6 m3/s |
m |
% |
10-6 m3/s |
m |
% |
1 |
0,93 |
0,93 |
144,5 |
18,02 |
17,49 |
144,5 |
18,019 |
17,487 |
2 |
0,93 |
|
|
18,02 |
17,49 |
144,5 |
|
|
1 |
0,78 |
0,78 |
169,5 |
18,02 |
17,06 |
169,5 |
18,019 |
16,955 |
2 |
0,78 |
|
|
18,02 |
16,85 |
167,5 |
|
|
1 |
0,68 |
0,68 |
185,5 |
18,02 |
16,18 |
185,5 |
18,019 |
16,224 |
2 |
0,68 |
|
|
18,02 |
16,27 |
186,5 |
|
|
1 |
0,58 |
0,58 |
195,5 |
18,02 |
14,46 |
195,5 |
18,019 |
14,462 |
2 |
0,58 |
|
|
18,02 |
14,46 |
195,5 |
|
|
1 |
0,48 |
0,48 |
206,5 |
18,02 |
12,57 |
206,5 |
18,019 |
12,54 |
2 |
0,48 |
|
|
18,02 |
12,51 |
205,5 |
|
|
Przykładowe obliczenia dla zależności Ho=Ho(Qz) wykonano dla 1-ej serii pomiarowej dla 1-ego pomiaru :
Korzystając ze wzoru (1.2) obliczono Qs
Qs=120*10 -6 -58*10 -6 =62 *10 -6 m3/s
Ze wzoru (1.3) wyznaczono hz:
m
Ze wzoru (1.4) obliczono η
Pozostałe wielkości dla tej zależności Ho=Ho(Qz) umieszczona w tablicy 1.6
Tablica 1.6
Zestawienie obliczonych wartości dla przepływu przy zadanym stałym natęzeniu strumienia całkowitego Qc |
||||||||
|
||||||||
nr serii |
nr.pomiaru |
Qs |
hz |
Ho |
η |
Qs |
Ho |
η |
|
|
10-6 m3/s |
m |
m |
% |
10-6 m3/s |
m |
% |
1 |
1 |
62,5 |
38,04 |
1,98 |
5,9386 |
61,25 |
1,97 |
5,7098 |
|
2 |
60 |
37,54 |
1,96 |
5,481 |
|
|
|
2 |
1 |
62 |
33,536 |
1,38 |
4,5621 |
62,5 |
1,37 |
4,6404 |
|
2 |
63 |
33,035 |
1,36 |
4,7187 |
|
|
|
3 |
1 |
63 |
31,533 |
1,33 |
4,8382 |
64 |
1,325 |
5,0284 |
|
2 |
65 |
31,033 |
1,32 |
5,2186 |
|
|
|
4 |
1 |
67 |
26,028 |
0,96 |
4,8067 |
67,5 |
0,955 |
4,8626 |
|
2 |
68 |
26,028 |
0,95 |
4,9186 |
|
|
|
5 |
1 |
78 |
16,017 |
0,48 |
5,6718 |
77,75 |
0,47 |
5,501 |
|
2 |
77,5 |
16,017 |
0,46 |
5,3303 |
|
|
|
3.Analiza otrzymanych wyników i rachunek błędów
Błędy pomiaru:
temperatury 1oC
wysokości ht 1-30 mm
wysokości hd 1-10 mm
wysokości hs 2 mm
manometru mechanicznego 0,4*10 kG/cm2
natężenia strumieni : Qz, Qc- 1-4*10^-6 m3/s
Największe błędy odczytu wystąpiły przy odczytywaniu wysokości tłoczenia przy pomiarach dla stałego natężenia strumienia zasilającego. Ciągłe wahania cieczy w cylindrze pomiarowej nie pozwalały na dokładny odczyt.
Analizę błędów wartości Ho, Qs, hz przeprowadzono w oparciu o różniczkę zupełną dla pomiaru trzeciego wartości dla przepływu przy stałej wysokości podnoszenia:
Δ
=Δht+Δhs=0,005-0,002=0,003
=ΔQc+ΔQz=0,002+0,002=0,004
(0,4*1000)/998,94=0,4
=0,0109
Zestawienie błedów dla pomiarów przy stałej wysokosci pompowania Ho |
||||||
|
||||||
nr.serii |
Δh |
Δhz |
Δht |
ΔQs |
Δη |
ΔHo |
|
m |
|
m |
10-6 m3/s |
|
m |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
0,002 |
0,4004 |
0,005 |
3 |
0,0046 |
0,007 |
2 |
0,003 |
0,4004 |
0,006 |
2 |
0,0008 |
0,008 |
3 |
0,002 |
0,4004 |
0,005 |
4 |
0,0053 |
0,007 |
4 |
0,001 |
0,4004 |
0,008 |
2 |
0,0009 |
0,01 |
5 |
0,001 |
0,4004 |
0,007 |
5 |
0,0067 |
0,009 |
4.Wnioski.
Z przeprowadzonych przez nas pomiarów wynika, iż sprawność strumienicy jest mała i jej wartość średnia wynosi 12% dla trzech pomiarów ,podczas gdy najlepsze strumienice osiągają do 26 %.Najwyższą sprawność 17,49% osiągnęła strumienica przy przy zadanym stałym natężeniu strumienia Qz .Na taki wynik, wpływ mają błędy pomiarowe wynikające ze zbyt krótkiego czasu trwania doświadczenia, a tym samym brak możliwości uzyskania dokładnie ruchu ustalonego(długie oczekiwanie na stabilizowanie warunków przepływu po wykonaniu każdego pomiaru- przy zmianie warunków przepływu od razu można było odczytać wysokość ciśnienia tłoczenia, natomiast wysokość napełnienia danaidy można było odczytać dopiero po paru minutach.
Z wykresu zależności H(Qs) wynika, iż ze wzrostem Qs, przy stałej wartości Qz
maleje wartość wysokości podnoszenia H. Zależność ta zgodna jest z literaturą.
Mając do dyspozycji stały strumień zasilający możemy :
zwiększyć wysokość podnoszenia pamiętając jednak o tym, że Qs będzie malało.
uzyskać większy strumień zasysany kosztem obniżenia wysokości podnoszenia H.
Na wykresie zależności H(Qz) widać dokładnie jak wraz ze wzrostem natężenia zasilającego rośnie wysokość pompowania.
Mając do dyspozycji stałe natężenie strumienia całkowitego cieczy możemy:
zwiększając natężenie strumienia zasilającego, zwiększać wysokość podnoszenia, pamiętać należy o zmniejszającym się natężeniu strumienia zasysanego.
Przy stałej wysokości pompowania Ho (stała ht i hs) zaobserwowano następującą zależność: wzrost natężenia strumienia zasilającego, prowadzi do wzrostu natężenia strumieni całkowitego jak również natężenia strumienia zasysanego bez zwiększania(zmniejszania) wysokości pompowania.
- 2 -