Hydraulika i Hydrologia LABORATORIUM
1. Definicja głębokości krytycznej
Głębokośd krytyczna - hkr  jeden z parametrów określających ruch cieczy w przepuście.
Prędkośd krytyczna jest prędkością graniczną, przy której następuje przejście z ruchu
rwącego (podkrytycznego) hhkr. Głębokośd krytyczna
opisuje ruch krytyczny, czyli ruch, w którym przekrój przepustu jest zbyt duży, aby wystąpił w
nim ruch rwący, ale zbyt mały, aby był ruch laminarny.
2. Wymiary niezbędne do określenia wydatku przepustu
przepływ ze swobodną powierzchnią
wody, niezatopiony wlot i wylot DPK
 przed wlotem
H/D<1,5
HPrzypadek ruchu spokojnego
DPK przy wylocie
Przepływ ze swobodnym
zwierciadłem zatopiony wlot,
niezatopiony wylot.
H/D>1,5
hdPrzepływ pod ciśnieniem  zatopiony
wlot i wylot H/D>1,0
hd>d
DPK przy wylocie
Maks Mroske, grupa 1 sem.5 BUDOWNICTWO Strona 1
Hydraulika i Hydrologia LABORATORIUM
3. Do czego służy szpilka wodowskazowa
Regulowany miernik poziomu wody składający się z pręta metalowego zaostrzonego od dołu, służy
do precyzyjnych pomiarów stanu wody w korytach laboratoryjnych.
4. Co to jest młynek hydrometryczny i do czego służy?
Urządzenie w formie wiatraczka służące do punktowego pomiaru prędkości wody płynącej. Pomiar
polega na zliczeniu obrotów wirnika w określonym czasie. Ważne jest, aby czas pomiaru nie był zbyt
krótki, ponieważ wartośd prędkości wody (szczególnie płytkich i rwących potoków górskich) ulega
niewielkim, ale szybkim wahaniom. Prędkośd wody jest funkcją prędkości obrotowej wirnika, która
jest ilorazem zliczonej ilości obrotów i czasu wykonywania pomiaru. Każdy młynek hydrometryczny
powinien byd okresowo tarowany.
W pomiarach za pomocą młynka hydrometrycznego wykorzystuje się wpływ energii kinetycznej wody
na prędkośd obrotową śmigła młynka.
Prędkośd wody obliczamy z następującej zależności:
vL= a + b*nm
gdzie n jest prędkością obrotową wirnika, zaś pozostałe wielkości to stałe charakteryzujące młynek
wynikające ze świadectwa tarowania.
5. Od czego zależy współczynnik filtracji?
Współczynnik filtracji charakteryzuje zdolnośd przesączania wody będącej w ruchu
laminarnym przez skały porowate i jest miarą przepuszczalności hydraulicznej skał (gruntów).
Przesączanie odbywa się siecią kanalików utworzonych z porów gruntowych. Grunt stawia
opór przesączającej się wodzie, opór ten i współczynnik filtracji zależy od właściwości gruntu:
·ð rodzaju oÅ›rodka gruntowego
·ð porowatoÅ›ci
·ð uziarnienia
·ð struktury gruntu
·ð wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci filtrujÄ…cej cieczy  lepkoÅ›ci.
Współczynnik filtracji jest miarą przepuszczalności wyłacznie dla wody i nie powinno się go
stosowad w przypadku innych płynów, do których odnosi się współcześnie stosowana wersja
formuły Darcy'ego.
6. W jaki sposób mierzymy wydatek w badaniu ruchu laminarnego/burzliwego?
Mierzyliśmy go metodą objętościową  poprzez pomiar czasu przepływu określonej
ilości wody, pobieranej za pomocą podstawionego naczynia. Każdorazowo
przelewaliśmy zawartośd naczynia do cylindra miarowego i odczytywaliśmy objętośd.
Maks Mroske, grupa 1 sem.5 BUDOWNICTWO Strona 2
Hydraulika i Hydrologia LABORATORIUM
7. Od czego zależy liczba Reynoldsa?
Liczba Re określa stosunek sił bezwładności do sił lepkości (sił tarcia wewnętrznego
cieczy). Im większa jest jej wartośd, tym siły lepkości odgrywają mniejszą rolę w ruchu
cieczy, a czÄ…steczki mogÄ… Å‚atwiej przemieszczad siÄ™ w kierunkach poprzecznych do
głównego kierunku przepływu. Jeżeli Re jest mniejsza od pewnej wartości granicznej
to ruch jest laminarny, zaÅ› w przeciwnym razie turbulentny.
Najmniejszą wartością Re, przy której można zaobserwowad przejście jest wartośd
2320  dolna krytyczna liczba Re. Poniżej tej wartości zawsze mamy do czynienia z
ruchem laminarnym.
Maksymalna wartośd liczby Re, przy której następuje przejście w ruch turbulentny
jest to Re=50 000. Obie te wartości wyznaczają tzw. Strefę przejściową.
Re zależy od prędkości reprezentatywnej dla badanego zjawiska (U), od
reprezentacyjnego wymiaru liniowego (L), gęstości cieczy oraz kinematycznego i
dynamicznego współczynnika lepkości cieczy. Te współczynniki z kolei zależne są
głównie od temperatury.
Dla przepływu pod ciśnieniem w rurociągu o przekroju kołowym za L przyjmuje się
średnicę rurociągu, zaś U jest średnią prędkością w przekroju poprzecznym rurociągu.
8. Prędkośd filtracji
Prędkośd filtracji jest to fikcyjna prędkośd, z jaką płynęłaby dana ilośd wody, gdyby przepływ
odbywał się w całej objętości, a nie tylko w przestrzeni porów  usuwamy z gruntu wszystkie
ziarna nie zmieniajÄ…c wydatku.
9. Filtracja
Filtrację definiujemy, jako ruch wody w ośrodku porowatym.
Ośrodkiem porowatym nazywamy np. szkielet gruntowy wraz z wolnymi przestrzeniami,
które tworzą skomplikowany układ kanalików i połączeo kapilarnych. Ośrodki porowate
dzielimy na naturalne i sztuczne. Naturalne  wynikajÄ… ze skomplikowanej budowy
geologicznej. Sztuczne to np. filtry, złoża jonitów.
Cechy charakteryzujÄ…ce filtracjÄ™:
a) Porowatośd. Współczynnik porowatości objętościowej: (stosunek przestrzeni porów
do całej objętości próbki  podawany, jako wartośd graniczna, gdzie Vg jest objętością
graniczną niezbędną do uniknięcia efektów mikroskalowych, które mogłyby wpłynąd
na wartośd współczynnik porowatości.
b) Objętośd efektywna  objętośd faktycznie biorąca udział w filtracji (z pominięciem
kanalików odizolowanych od globalnej struktury połączeo, części przestrzeni porowej
gdzie silnie oddziałują siły adhezji  spójności)
Maks Mroske, grupa 1 sem.5 BUDOWNICTWO Strona 3
Hydraulika i Hydrologia LABORATORIUM
c) Prędkośd filtracji [vf]  uśredniona (ze względu na brak możliwości dokładnego
oszacowania prędkości przepływu w poszczególnych kanalikach), fikcyjna prędkośd, z
jaką płynęłaby dana ilośd wody, gdyby przepływ odbywał się w całej objętości a nie
tylko w przestrzeni porów (usuwamy z gruntu wszystkie ziarna nie zmieniając
wydatku). Prędkośd filtracji jest wynikiem całkowania pola prędkości w objętości dV i
podzieleniu całki przez dV
d) Wydatek jednostkowy  strumieo jednostkowy  pojęcie tożsame z prędkością
filtracji, która mówi o wydatku przez jednostkowe pole powierzchni prostopadłe do
kierunku przepływu, gdyż w rzeczywistości ciecz przepływa tylko przez przestrzenie
porowe i rzeczywista uśredniona prędkośd przepływu tzw. Prędkośd porowa [vp] jest
równa
[vp] = [vf]/ne
ne jest współczynnikiem porowatości efektywnej
10. Ruch laminarny
Ruch cieczy, w którym ciecz porusza się wzdłuż regularnie, płynnie ułożonych warstw,
między którymi nie następuje makroskopowe mieszanie elementów płynu, a
elementy z poszczególnych warstw nie wykonują ruchów poprzecznych. Ruch taki
jest możliwy przy zachowaniu odpowiednich warunków  mała prędkośd przepływu.
Ruch laminarny występuje zawsze dla Re<2320  dolna krytyczna wartośd liczby
Reynoldsa i może trwad aż do osiągnięcia górnej krytycznej wartości Re = ~ 50 000
11. Ruch turbulentny  burzliwy (Re > 2320)
Jest to ruch, w którym oprócz przemieszczenia w głównym kierunku przepływu
cząstki zaczynają również wykonywad ruchy poprzeczne i dochodzi do mieszania się
poszczególnych warstw cieczy. Poprzeczne ruchy cząsteczek nazywane są
fluktuacjami turbulentnymi
12. Opory ruchu w rurociÄ…gu
Wśród strat energii mechanicznej wyróżnia się straty na długości oraz straty o charakterze
lokalnym.
a) Straty na długości spowodowane są tarciem wewnętrznym cieczy wzdłuż odcinków o
nieregularnym przebiegu linii prądu, głównie w pobliżu ścianek. Zależą one głównie
od:
Rodzaju przepływającej cieczy
Prędkości przepływu
Rodzaju ruchu panujÄ…cego w przewodzie
Geometrii przewodu
Chropowatości wewnętrznej powierzchni przewodu
Maks Mroske, grupa 1 sem.5 BUDOWNICTWO Strona 4
Hydraulika i Hydrologia LABORATORIUM
Do wyznaczenia wysokości strat na długości w przewodzie kołowym o długości L i
średnicy d stosujemy formułę Darcy ego-Weisbacha
Gdzie lambda jest wsp. Oporów liniowych, zaś v
prędkością przepływu strumienia.
Współczynnik oporów liniowych jest funkcją liczby Re charakteryzującej rodzaj ruchu
oraz chropowatości względnej e=(k/d) -dla rur kołowych, gdzie k jest
chropowatością bezwzględną i określa średnią wysokośd nierówności na powierzchni
przewodu z uwzględnieniem nierównomierności ich rozmieszczenia.
b) Straty energii lokalne  związane z lokalnie występującymi przeszkodami np.:
Zmiana średnic przewodu
Zmiana kierunku przepływu
Armatura zamontowana na przewodzie
Wloty do rurociÄ…gu
Miejscowe straty energii obliczamy z następującej zależności:
Wartości współczynników oporów lokalnych określane są na podstawie tabel i danych
producenta kształtek lub rur. Współczynniki te nie zależa od prędkości przepływu
13. Wyznaczenie natężenia przepływu metodą Culmanna
a) Wyznaczenie lokalnych wartości prędkości np. rurką Prandla lub młynkiem
hydrometrycznym
b) Wyznaczenie linii jednakowych prędkości  izotach
c) W obszarach pomiędzy izotachami wprowadza się prędkośd równą średniej
arytmetycznej z wartości izotach ograniczających analizowany obszar.
d) Całkowite natężenie przepływu jest sumą wszystkich natężeo przepływu z
elementarnych obszarów przekroju poprzecznego (pole Ai  prędkośd przepływu vi)
Maks Mroske, grupa 1 sem.5 BUDOWNICTWO Strona 5
Hydraulika i Hydrologia LABORATORIUM
14. Wyznaczenie prędkości średniej z formuły Manninga
Założenia wstępne:
a) Ruch ustalony  niezmienne parametry opisujÄ…ce ruch wody w czasie
b) Ruch jednostajny  stałe wartości napełnienia kanału, natężenia przepływu
oraz prędkości średniej w każdym przekroju poprzecznym kanału otwartego
Formuły Manninga
15. Różnica pomiędzy poziomem, a rzędną zwierciadła wody.
Poziom (wysokośd) zwierciadła wody jest zawsze liczony od poziomu dna zbiornika,
natomiast rzędna zwierciadła wody jest liczona względem dowolnie przyjętej płaszczyzny
odniesienia
16. Elementy meteorologii  kompendium
a) Temperatura
·ð Miara Å›redniej energii kinetycznej czÄ…stek; okreÅ›la stopieo nagrzania
danego ciała
·ð Skale temperatur  Kelvina, Farenheita, Celsjusza
PrzyrzÄ…dy do pomiaru temperatur:
·ð Termometry cieczowe  rtÄ™d, alkohol, toluol
·ð Termometr minimalny  wewnÄ…trz jest umieszczony szklany wskaz
nik o dł.
1-2 cm w czasie spadku temperatury menisk przesuwa wskaz
nik w dół
kapilary, natomiast w czasie wzrostu temperatury ciecz termometryczna
Maks Mroske, grupa 1 sem.5 BUDOWNICTWO Strona 6
Hydraulika i Hydrologia LABORATORIUM
opływa wskaz
nik i pozostaje on w pozycji odpowiadającej najniższej
odnotowanej temperaturze.
·ð Termometr maksymalny  rtÄ™ciowy  podczas zwiÄ™kszania siÄ™
temperatury ciecz przepływa do rurki kapilarnej przez specjalne zwężenie
pierścieniowe. Podczas ochłodzenia dochodzi do przerwania się słupka
rtęci w punkcie tego przewężenia  pozostaje ona w punkcie wskazującym
temperaturÄ™ maksymalnÄ…. Termometry maksymalny oraz minimalny
należy trzymad w pozycji pionowej, aby zminimalizowad wpływ sił
grawitacji na zachowanie się słupa cieczy.
·ð Termometr maksymalno-minimalny ( 2 in 1) stosowany głównie w USA
·ð Termometry gruntowe  rtÄ™ciowe badajÄ… temperaturÄ™ w gruncie na
zadanej głębokości
·ð Termometry deformacyjne  wykorzystujÄ… wpÅ‚yw temperatury na
zachowanie się bimetalu (czujnikiem jest bimetal wykonany z 2 płytek
metalowych o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej). Takie
termometry znalazły zastosowanie w termografach  urządzeniach
rejestrujących w sposób ciągły zmiany temperatury
·ð ELEKTRYCZNE CZUJNIKI POMIAROWE
·ð Termometry rezystancyjne  dziaÅ‚ajÄ… na bazie zjawiska zmiany rezystancji
metali wraz z temperaturą, gdyż w wyższych temperaturach wzrasta opór
danego metalu
·ð Termometry półprzewodnikowe  zbudowane w oparciu o termistor, czyli
półprzewodnik, którego rezystywnośd jest funkcją temperatury. Termistor
jest wykonany z tlenków manganu, żelaza, niklu, miedzi lub tytanu.
Termistory mogÄ… pracowad w zakresie do 300st.C
·ð Termometry termoelektryczne
·ð Pirometry  przyrzÄ…dy sÅ‚użące do bezstykowego okreÅ›lania temperatury
ciała na podstawie emitowanego przezeo promieniowania
temperaturowego (możliwośd pomiaru aż do 1500st.C)
b) Opad atmosferyczny
PrzyrzÄ…dy pomiarowe:
·ð Deszczomierz (PLUWIOMETR)  w Rzeczpospolitej stosuje siÄ™ pluwiometr
Hellmanna wykonany z walca metalowego z płaskim dnem o ostrej
krawędzi i średnicy 159,6mm  powierzchnia zbierania opadu jest równa
200 cm2. Opad zebrany przelewany jest do zbiornika. Powierzchnia
chwytna powinna byd zlokalizowana ok.1m nad powierzchniÄ… terenu
·ð Pluwiograf pÅ‚ywakowy  przyrzÄ…d pozwalajÄ…cy prowadzid ciÄ…gÅ‚Ä… rejestracjÄ™
wysokości opadu w postaci linii na bębnie kreślonych pisakiem w
zależności od poziomu wody. Wykres opadu w czasie nazywamy
pluwiogramem.
Maks Mroske, grupa 1 sem.5 BUDOWNICTWO Strona 7
Hydraulika i Hydrologia LABORATORIUM
c) Ciśnienie atmosferyczne
Jednostki ciśnienia atmosferycznego:
Pascal  N/m2
Atmosfera techniczna
Atmosfera fizyczna  1013,25 hPa = 760 mm Hg
Słup rtęci
SÅ‚up wody
BAR
Przyrządy służące do pomiaru ciśnienia atmosferycznego:
·ð Barometr cieczowy  ciÅ›nienie jest równoważone ciężarem sÅ‚upa rtÄ™ci
Wyróżniamy barometry cieczowe naczyniowe, lewarowe oraz
naczyniowo-lewarowe.
·ð Barometr lewarowy  rurka barymetryczna jest zagiÄ™ta w ksztaÅ‚cie litery U
·ð Manometr puszkowy  pod wpÅ‚ywem zmian ciÅ›nienia atmosferycznego
dochodzi do odkształcenia zamkniętej metalowej puszki Vidiego zwanej
aneroidem, z którego usunięto powietrze
·ð Barometr sprężynowy  ukÅ‚ad puszek z manometru puszkowego
·ð Barograf  urzÄ…dzenie do ciÄ…gÅ‚ej rejestracji zmian ciÅ›nienia tworzy wykres
zwany barogramem
d) Wilgotnośd powietrza
Definicja  zawartośd pary wodnej w powietrzu
Prężnośd pary wodnej  ciśnienie pary wodnej
Prężnośd pary wodnej w warunkach nasycenia  zmienia się wraz z temperaturą
powietrza. Wraz ze wzrostem temperatury maksymalne ciśnienie pary wodnej
rośnie
Wilgotnośd względna  stosunek aktualnej prężności pary wodnej do pary
nasyconej w aktualnej temperaturze powietrza
Wilgotnośd bezwzględna  zawartośd pary wodnej w gramach w 1 m sześciennym
powietrza wilgotnego.  inaczej gęstośd pary wodnej w powietrzu.
Wilgotnośd właściwa  stosunek masy pary wodnej zawartej w danej objętości
powietrza w gramach do całej masy powietrza w tej objętości.
Stosunek zmieszania  masa pary wodnej e powietrzu w 1 kg powietrza suchego.
Niedosyt wilgotności powietrza  (hPa) wyraża różnicę pomiędzy prężnością pary
wodnej nasyconej (E), a aktualną prężnością powietrza wilgotnego( e).
Temperatura punktu rosy  temperatura przy której ochłodzenie masy powietrza
o określonej wartości prężności pary wodnej spowoduje nasycenie się powietrza
parÄ… wodnÄ….
Maks Mroske, grupa 1 sem.5 BUDOWNICTWO Strona 8
Hydraulika i Hydrologia LABORATORIUM
Wilgotnośd mierzymy za pomocą psychrometru  2 termometry: suchy i wilgotny
 wilgotny posiada owinięty szmatką (batysem) zbiornik z cieczą termometryczną.
Temperatura zbiornika nie jest większa niż temp. Termometru suchego, ponieważ
podczas parowania batysu ciepło parowania obniża jego temperaturę i stąd
pojawiają się różnice wskazao na obu termometrach.
Różnica jest tym większa im mniejsza jest wilgotnośd powietrza  wówczas
parowanie jest większe.
Istnieją również higrometry włosowe  wykorzystują one zjawisko wydłużania się
naturalnego włosa pod wpływem zwiększania się wilgotności względnej
powietrza.
e) Wiatr
f) Promieniowanie słoneczne
g) OGRÓDEK PG
Takie warunki powinien spełniad:
·ð Umiejscowiony na terenie otwartym
·ð Z dala od budynku Hydro, drzew, wody
·ð W odlegÅ‚oÅ›ci 30m nie mogÄ… znajdowad siÄ™ żadne obiekty
·ð Powyżej 30m mogÄ… pojawid siÄ™ pojedyncze drzewa
·ð Powyżej 100 m dopuszczalna jest luz
na zabudowa
·ð Powyżej 300 m mogÄ… znajdowad siÄ™ sady lub parki
·ð Powyżej 500 m można lokalizowad wiÄ™ksze zespoÅ‚y mieszkalne
Teren należy ogrodzid, przyrządy pomalowad na biało (rozmiary minimalne to
15x15m
Przyrządy wchodzące w skład ogródka to:
Klatka meteorologiczna, deszczomierze, wiatromierze, poletko z termometrami
gruntowymi.
Wszystkim uczącym się z tych materiałów życzę POWODZENIA
Maks Mroske, grupa 1 sem.5 BUDOWNICTWO Strona 9