Ćwiczenie nr 6

Wyznaczanie strat miejscowych w rurociągu

Spis treści:

I. Cel ćwiczenia

II. Schemat i opis stanowiska pomiarowego

III. Metodyka pomiarów

IV. Metodyka obliczeń

V. Opracowanie sprawozdania

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie ze stratami miejscowymi w rurociągu wodnym oraz ze sposobem ich określania.

II. Schemat i opis stanowiska pomiarowego

Najistotniejszym elementem stanowiska, pokazanego na rys.1 jest rura pomiarowa z czterema przeszkodami w postaci: nagłego rozszerzenia przekroju, nagłego zwężenia przekroju,

kryzy ostrokrawędziowej oraz kolana o kącie 90^o.

Rura pomiarowa jest przezroczysta, co pozwala na obserwowanie ewentualnych nieprawidłowości przepływu. Pozostałe elementy służą do regulacji i pomiaru przepływu.

Rys. 1 Schemat stanowiska pomiarowego

Elementy stanowiska:

1 − zbiornik wyrównawczy

2 − pompa obiegowa

3 − wodomierz i stoper

4 − zawór regulacyjny

5 − rura pomiarowa

6 − piezometr rurkowy

Miejsca powstawania strat I, II, III, IV są pokazane na rysunku 2.

Rys. 2. Miejsca powstawania strat

III. Metodyka pomiarów

Celem pomiarów i obliczeń jest określenie miejscowej straty ciśnienia przy przepływie cieczy przez cztery rodzaje przeszkód:

I - nagłe rozszerzenie kanału,

II - nagłe zwężenie kanału,

III - kryzę.

IV - kolano 90º

Dokonujemy pomiarów następujących parametrów:

- czas Δt [s] przepływu ΔV = 10 dm³ wody

- wysokości spiętrzenia w rurkach manometrów dla wszystkich przeszkód (od l_A do l_H ) [mm]

- temperaturę t [^oC] płynącej wody.

Pomiary należy przeprowadzić przy różnych natężeniach przepływu wody, podanych przez prowadzącego ćwiczenia.

Wyniki pomiarów notujemy w tabeli pomiarowej.

Wzór tabeli pomiarowej.

L.p.

t

-

dm^3

s

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

^oC

1

10

↓

↓

12

IV. Metodyka obliczeń.

Wszystkie zmierzone wielkości przeliczamy na jednostki układu SI.

Dla każdej przeszkody określamy średnią, w danym przekroju, prędkość cieczy oraz różnicę ciśnień statycznych przed i za przeszkodą.

Następnie obliczamy stratę ciśnienia na przeszkodzie p_str, liczbę Re oraz współczynnik strat ζ

1. Obliczenie prędkość przepływu c.

Średnią prędkość w przekrojach wlotowym i wylotowym przeszkody, określany na podstawie znajomości strumienia objętości
i pola powierzchni przekroju poprzecznego rury
:

Strumień objętości
określany na podstawie pomiaru czasu przepływu
wody przez wodomierz.

.

2. Obliczanie strat ciśnienia p_str

Stratę ciśnienia wskutek oporu miejscowego określamy przy użyciu równania Bernoulliego, ułożonego dla przekrojów kontrolnych przed i za przeszkodą

Dla przeszkody I:

biorąc pod uwagę równanie ciągłości

otrzymujemy:

Ponieważ z układu pomiarowego wynika, że

oraz

,

stąd

Analogicznie dla przeszkody II

Dla przeszkody III

oraz dla przeszkody IV

Do obliczeń przyjmujemy następujące dane:

Wielkość	Wartość
, , , , ,
,

3.Obliczenie liczby Reynolds'a.

Liczbę Reynolds'a obliczamy ze wzoru

Prędkość c przyjmujemy dla przekroju za przeszkodą. Współczynnik lepkości

kinematycznej ν określony na podstawie tablic i pomiaru temperatury płynącej wody.

4. Obliczenie współczynnika strat miejscowych

gdzie:
jest średnią prędkością przepływu za przeszkodą.

Stąd
dla poszczególnych przeszkód obliczamy z poniższych wzorów:

Wyniki zamieszczamy w tabeli obliczeń .

Wzór tabeli wyników obliczeń

L.p.

cA

cB

cC

cD

cE

cF

cG

cH

-

-

-

-

-

1

↓

↓

12

V. Opracowanie sprawozdania

Sprawozdanie winno zawierać:

• schemat i opis stanowiska pomiarowego

• wyniki pomiarów

• tabelę z wynikami obliczeń

• kompletny przykład obliczeń dla jednego z punktów pomiar. (dla każdej przeszkody)

• wykresy:
  dla wszystkich przeszkód

• wykresy:
  dla wszystkich przeszkód

na papierze milimetrowym lub w postaci wydruku komputerowego

• wnioski

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN Laboratorium Mechaniki Płynów	Ćw. 6
		str. 2

Opracowanie i edycja: Marek Pacut, Kryspin Mirota i Jerzy Kopeć ATH Bielsko-Biała 2007 - 2008 r.