INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

Transkrypt

1 INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI Laboratorium z mechaniki płynów ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

2 . Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczanie współczynnika strat miejscowych ξ (ksi) przy przepływie płynu przez przeszkodę w zależności od liczby Reynoldsa.. Zakres wymaganych wiadomości ciśnienie, jednostki i urządzenia do jego pomiaru, natężenie przepływu objętościowe i masowe, równanie Bernoulliego, straty przepływu. 3. Opis stanowiska pomiarowego Schemat stanowiska pomiarowego został przedstawiony na rys.. Układ ten składa się z odcinka rury na której zamontowano kryzę, dla której obliczany jest opór miejscowy przepływającego płynu przez rurę. W skład stanowiska pomiarowego wchodzą także cztery szklane rurki służących do obliczania spadku ciśnienia przed i za kryzą. Układ zasilany jest wodą ze zbiornika i tłoczony za pomocą pompy. Do układu podłączony jest rotametr wskazujący wydatek przepływającej cieczy w l/h. Rys. Schemat stanowiska pomiarowego

3 3 4. Podstawy teoretyczne Podczas przepływu płynu przez rurociąg występują straty przepływu lokalne (na przeszkodzie) i na długości (liniowe). Objawiają się one spadkiem ciśnienia w kierunku przepływu płynu. W tym ćwiczeniu skupimy się przede wszystkim na stratach przepływu wywołanych oporem miejscowym. Spadek ciśnienia przepływającej cieczy przez przeszkodę wyraża wzór: w U p [] ξ współczynnik strat lokalnych, [-], U prędkość przepływającej cieczy w przekroju poprzecznym rurociągu, [m/s ], ρw gęstość cieczy (wody), [kg/ m 3 ], W celu określenia spadku ciśnienia na przeszkodzie Δpm oraz współczynnika strat lokalnych, zastosujemy specjalny sposób pomiaru ciśnień (patrz rysunek ). Zastosowana metoda pomiaru pozwala wyodrębnić z sumy strat ciśnień (straty ciśnienia na długości + straty ciśnienia miejscowe) tylko straty miejscowe. Dla zaznaczonych na rysunku punktów : -4 i -3 strumienia cieczy w rurociągu piszemy dwa równania Bernoulliego: p L 4 p4 pm [] d p L3 p3 pm [3] d p, p, p3, p4 ciśnienia w punktach pomiarowych, [Pa] α współczynnik Coriolisa, [-], λ współczynnik oporu liniowego, L-4, L-3 odległości pomiędzy punktami pomiarowymi, [-], d średnica wewnętrzna rurociągu, [m]. Rozwiązując układ równań [] i [3] otrzymamy wzór na spadek ciśnienia na oporze miejscowym:

4 4 p L 4 L 3 L 4 p p L p p [4] Oraz ze wzoru [] zależność określająca współczynnik strat lokalnych p [5] U w straty ciśnienia p-3, p-4 obliczamy następująco: p 3 h3 p g h [6] 4 h4 p p g h [7] p, p, p3, p4 ciśnienia w punktach pomiarowych, [Pa] h, h, h3, h4 wysokości poziomów cieczy w piezometrach, [Pa], gęstość, [kg/ m 3 ], g przyspieszenie ziemskie, [m/ s ]. d F [8] 4 U d Re [9] Re liczba Reynoldsa [-], U prędkość przepływającego płynu w rurociągu, [m/ s ], d średnica rury [m] - lepkość kinematyczna, [m /s]. 5. Wykonanie ćwiczenia naszkicować stanowisko pomiarowe, zmierzyć wielkości geometryczne: d, L-4, L-3,

5 5 z tabeli dla danej temperatury wody T określić gęstość wody, z tabeli dla danej temperatury wody T określić lepkość kinematyczną ν wody, dla różnych wydatków V wielkości według poniższej przedstawionej tabeli, (różnych nastaw zaworu dławiącego) zmierzyć i obliczyć wykonać wykresy: Δpm = f( ξ = f (Re), opracować wnioski i przeprowadzić dyskusję błędów. V ), Temperatura [K] Tabela Gęstość wody w zależności od temperatury Gęstość wody [kg/ m 3 ] ,84 999, ,94 999, , , , ,90 999, ,78 999, , , ,44 999, , , , , ,99 997, , ,96 997, ,783 Temperatura [K] Tabela Kinematyczny współczynnik lepkości wody w zależności od temperatury Współczynnik lepkości kinematycznej wody 0 6 [m /s] ,789,75,670,65,565,56,486 80,45,385,354,306,7,39,06,4,0 90,060,033,006 0,985 0,965 0,935 0,96 0,8986 0,8685

6 6 Tabela 3 Tabela pomiarowa Lp. Wydatek przepływu V Prędko ść przepły wu płynu U Liczba Reynol dsa Re wysokości h -h 4 ciśnienia p -p 4 wysokości h -h 3 ciśnienia p -p 4 ciśnień Δp Współczynn ik strat lokalnych ξ [l/h] [m 3 /s] [m/s] [-] [mm] [m] [N/m ] [mm] [m] [N/m ] [N/m ] [-] Literatura:. Puzyrewski R.: Podstawy mechaniki płynów i hydrauliki. Prosnak W.: Ćwiczenia laboratoryjne z mechaniki płynów