USTALONY WYPŁYW CIECZY PRZEZ DUŻY OTWÓR. WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA WYDATKU µ I SPORZĄDZENIE CHARAKTERYSTYKI OTWORU.

Politechnika Wrocławska

Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego,

Budownictwo, rok II, semestr 3

Adam Balcerzak – 169639

Angelika Jonik – 169509

Małgorzata Perkosz – 169568

Sprawdzający:

Dr inż. Lech Pawlik

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest sporządzenie charakterystyki dużego otworu Q=Q(H₂) oraz wyznaczenie charakterystyki wydatku μ.

1. Podstawy teoretyczne

Przelewem nazywamy przegrodę umieszczoną w kanale otwartym, która spiętrza płynącą wodę i powoduje jej przelewanie się przez przegrodę.

Rozróżniamy przelewy ze względu:

1. na szerokość korony (o ostrej krawędzi, o kształtach praktycznych, o szerokiej koronie)

2. w zależności od położenia zwierciadła wody dolnej (niezatopione i zatopione)

3. na kształt wycięcia (prostokątne, trójkątne, paraboliczne, trapezowe)

4. na usytuowanie w planie (proste, ukośne, boczne)

5. od nachylenia ścianki piętrzącej (pionowo, ukośnie)

W zjawiskach wypływu cieczy strumień zwęża się i jego przekrój jest mniejszy od przekroju otworu. Zjawisko to wywołane jest dławieniem strumienia wzdłuż krawędzi otworu – brakiem możliwości nagłej zmiany kierunku przepływu.

Współczynnik zwężenia α=d/D , gdzie d-średnica zwężonego strumienia, D – średnica otworu. α=0,61-0,64

W zjawiskach wypływu cieczy wskutek istnienia oporów ruchu prędkość wypływu jest mniejsza od prędkości teoretycznej. Jest to uwzględnione za pomocą współczynnika prędkości ϕ. Zależy on od lepkości cieczy, wielkości i kształtu otworu i wysokości napełnienia zbiornika. ϕ=0,97-0,98

Współczynnik wydatku µ=α⋅ϕ (µ=0,59-0,63) jest zależny od wymiarów i kształtu otworu, ciśnienia, sposobu wykonania otworu i położenia w stosunku do sąsiednich ścianek zbiornika.

Prędkość przepływu . Elementarne natężenie przepływu , a całkowite natężenie wypływu jest równe

1. Rysunek i opis stanowiska pomiarowego. Opis przyrządów i metody pomiarowej.

1. Zbiornik dolny 2. Podziałka milimetrowa 3. Zbiornik górny 4. Igła pomiarowa

5. Rura napełniająca 6. Przegroda

Pomiary przeprowadzone były dla dwóch otworów. Okrągłego i trójkątnego. Po ustablizowaniu się wypływu odczytano poziom zwierciadła wody w górnym zbiorniku. Następnie zmierzono czas, w jakim dolny zbiornik zostaje napełniony wodą. Czas został zmierzony dwukrotnie dla każdego poziomu wody. Prędkość przepływu była również regulowana. Dla każdego otworu wykonano pomiary dla 5 różnych poziomów wody w zbironiku górnym. Poniżej zestawienie pomiarów.

1. Przeprowadzone pomiary:

Pomiary:

Rzędna dna zbiornika górnego H_d = 39.95 cm

Szerokość zbiornika górnego B = 28 cm

Powierzchnia dolnego zbiornika F = 4750 cm²

Przyrost warstwy cieczy w zbiorniku dolnym

1. Tabela obliczeń

HWGi [cm]	d [cm]	ΔH [cm]	H1 [cm]	H2 [cm]	H2 [cm]	Hd [cm]	Hp [cm]	pg [cm]	F [cm^2]	ti [s]	Vi [cm^3]
12,25	6	10	3,38	12,10	9,38	39,95	24,35	15,60	4750	20,10	47500
12,25										20,69
13,85				10,50						22,52
13,85										22,09
14,75				9,60						24,21
14,75										23,84
15,35				9,00						25,44
15,35										25,30
17,55				6,80						32,08
17,55										33,58
16,55	7		2,13	7,55	9,13		24,10	15,85		28,96
16,55										28,97
16,00				8,10						26,71
16,00										26,37
15,65				8,45						24,47
15,65										25,09
14,33				9,77						21,57
14,33										21,84
13,45				10,65						19,87
13,45										19,72

Qrz [cm^3/s]	Qrz [cm^3/s]	ΔQrz [cm^3/s]	Qrz śr [cm^3/s]	ΔQrz [cm^3/s]	Qt[cm^3/s]	ΔQt[cm^3/s]	H2/pg	H2/pg	H2/d	H2/d	µ	µ	µ	Δµ	b/B
2363,18	2329,49	3,54	1951,28	2,78	3067,73	20,54	0,78	0,60	2,02	1,56	0,77	0,76	0,64	0,01	0,36
2295,80											0,75
2109,24	2129,77	3,05					0,67		1,75		0,69	0,69
2150,29											0,70
1962,00	1977,22	2,77					0,62		1,60		0,64	0,64
1992,45											0,65
1867,14	1872,30	2,60					0,58		1,50		0,61	0,61
1877,47											0,61
1480,67	1447,60	1,94					0,44		1,13		0,48	0,47
1414,53											0,46
1640,19	1639,91	2,21	1987,01	2,84	3219,22	12,03	0,48	0,58	1,08	1,30	0,51	0,51	0,62	0,01
1639,63											0,51
1778,36	1789,82	2,44					0,51		1,16		0,55	0,56
1801,29											0,56
1941,15	1917,17	2,73					0,53		1,21		0,60	0,60
1893,18											0,59
2202,13	2188,52	3,22					0,62		1,40		0,68	0,68
2174,91											0,68
2390,54	2399,63	3,59					0,67		1,52		0,74	0,75
2408,72											0,75

Dla przelewu trójkątnego korzystaliśmy ze wzoru:

Q_t=

; gdzie wymiary trójkąta to podstawa b = 12 cm; wysokość h = d = 7 cm

A dla przelewu kołowego z:

Q_t=$\frac{\pi d^{2}}{4}\sqrt{2gh}$ - gdzie d = h = 6cm to średnica koła

1. Rachunek błędów

1. Wykresy

Dla trójkątnego:

Dla kołowatego:

1. Wnioski