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 90o.
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 lA do lH ) [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 |
- |
dm3 |
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 pstr, 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 pstr
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.