Część teoretyczna.

W czasie przepływu cieczy rzeczywistej w przewodach powstają opory wywołane lepkością cieczy. Na pokonanie tych oporów zużywana jest pewna część energii mechanicznej strumienia , co powoduje , że łączna energia mechaniczna maleje wzdłuż drogi , zmieniając się w inne rodzaje energii , głównie w ciepło i ulega rozproszeniu. Tę rozproszoną część energii nazywa się stratami hydraulicznymi lub w skrócie „stratami energii” , czasami „stratami ciśnienia”.

W przewodzie pod ciśnieniem rozróżnia się dwa rodzaje strat hydraulicznych:

a) straty na długości , nazywane również stratami liniowymi .

b) straty miejscowe lub lokalne.

Pierwszy rodzaj strat wynika z rodzaju ruchu ( turbulentny lub laminarny) i wynikających z niego konsekwencji. Drugi natomiast rodzaj strat hydraulicznych powstaje w tych miejscach przewodu , w których występuje zaburzenie w normalnym rozkładzie prędkości na skutek zmiany kierunku przepływu albo zmiany wymiarów czy kształtu poprzecznego przekroju przewodu. Przyczynami , które powodują powstanie strat miejscowych są różne urządzenia eksploatacyjne montowane w przewodach , takie jak np. zawory , kolanka , trójniki.

Najczęściej stosowanym kształtem poprzecznego przekroju przewodu pod ciśnieniem jest przekrój kołowy o średnicy d. Do geometrycznych parametrów tego przekroju należą:

a) pole przekroju poprzecznego

b) obwód zwilżony

c) promień hydrauliczny

Straty miejscowe z reguły oblicza się , dla ruchu burzliwego ponieważ taki też panuje na ogół w rurociągach , ze wzoru:

h_m - wysokość straty miejscowej

• - bezwymiarowy wsp. strat miejscowych , zależny od rodzaju przeszkody

v - średnia prędkość

g - przyspieszenie ziemskie

Straty liniowe w przewodzie o długości l oblicza się za wzoru Chezy lub Darcy-Weisbacha:

ξ_l - wsp. strat liniowych.

W przewodzie całkowita strata hydrauliczna między dwoma przekrojami jest równa sumie strat liniowych i sumie strat miejscowych:

Straty występują w miejscach pokazanych na rysunku:

2.1 Liczbowa wartości wsp. strat miejscowych.

1. Współczynnik strat na wlocie do przewodu

W zależności od sposobu wykonania połączenia rurociągu ze ścianą zbiornika powstają na wlocie do rurociągu większe lub mniejsze zaburzenia , które zużywają część energii. ξ zależy od długości l i różnych krawędzi oraz wyprowadzenia pod różnym kątem ϕ ze ściany rury.

2. Współczynnik strat przy nagły i stopniowym zwiększaniu przekroju.

Gdy przekrój zwiększa się nagle wpływający strumień z przewodu o mniejszej średnicy d₁ stopniowo zwiększa swój przekrój poprzeczny i po przebyciu drogi l_w , równej około 8-10 d₂ , wypełnia cały przekrój przewodu o średnicy d₂ . Po przejściu prędkość maleje , ciśnienie wzrasta. Na odcinku l_w przestrzeń między ściankami i strumieniem wypełniają liczne wiry , które zużywają część energii strumienia.

Straty miejscowe oblicza się ze wzoru Bordy'ego-Carnota:

Jednak w praktyce korzysta się ze wzoru:

k - współczynnik poprawkowy zależny od A₂/A₁ i średnicy d₁.

ξ - wsp. strat miejscowych

3. Współczynnik strat stopniowym zmniejszaniu przekroju.

W celu zmniejszenia strat hydraulicznych podczas przechodzenia z przewodu o większej średnicy do przewodu o mniejszej średnicy stosuje się prostki rurowe o łagodnie zmniejszającym się przekroju nazywane konfuzorami.

Współczynnik strat oblicz się ze wzoru:

4. Współczynnik strat miejscowych przy zmianie kierunku.

Zmiana kierunku przepływu w przewodach o przekroju kołowym poprzez załamanie osi rurociągu pod kątem γ albo przy pomocy krzywaków rurowych , zwanych kolankami , których oś stanowi łuk koła.

Współczynniki strat miejscowych oblicza się ze wzoru Weisbacha:

• - kąt załamania

R - promień łuku osi rurociągu

d - średnica rurociągu

2.1.5 --> [Author:SG] Współczynnik strat miejscowych podczas przepływu przez zamknięcia i zawory.

W rurociągach z reguły zamontowane są urządzenia zamykające , różnych typów i o różnych konstrukcjach. Urządzenia te nawet gdy są w pełni otwarte , powodują pewne straty , które można policzyć przy pomocy znanego współczynnika strat miejscowych. Spotyka się zamknięcia:

1. motylkowe

2. zawór kulowy

3. zasuwa igłowa

4. zasuwa płaska

Im zamknięcia są bardziej zamknięte tym straty są coraz większe.

3.0 Opis przyrządów i stanowiska.

Przyrządy:

1. stoper

2. linijka

3. taśma miernicza

4. wodomierz

Stanowisko pomiarowe składa się z różnej grubości rur , kolanek i materiałów , z których wykonane są te elementy. Rurki do pomiaru ciśnienia są umieszczone przy każdej zmianie przekroju , załamania , rodzaju materiału i zaworów.

0. Odczytane wyniki.

PUNKTY	pi	L	d
	[cm]	cm	[cm^2]
A	120,5	-	4,5
S	94	0	2,25
T	97,9	90,5	2,25
U	98	90,5	4,5
W	123,6	490	4,5
X	121,4	490	2,25
Y	137,4	894	1,84
Z	139,9	914	1,84

5.0 Przykładowe obliczenia.

6.0 Wyniki pomiarów.

ξ_s = 19,0998

ξ_u = 13,74

ξ_x = 0,80

ξ_y = 6,178

ξ_z = 8,785

λ_t = 76,6

λ_w= 368,7

7.0 Błędy pomiarów.

8.0 Wnioski.

Cały pomiar został obarczony wieloma błędami wynikającymi z niedokładności zaobserwowanych zjawisk jak i z niemożności dokładnego odczytu i pomiaru. Prędkość przepływu , ciśnienie jakie panuje w przewodzie uzależnione jest od przekroju i materiału jaki został użyty do wykonania przewodu. Straty spowodowane są także przejściami między różnymi grubościami rur. Wykres Ankony przestawia nam linie ciśnień w przewodach jak i linię piezometru. Jak widać obydwie linie są do siebie bardzo, co do wartości , zbliżone , a jest to spowodowane małymi wartościami . Ciśnienie w rozpatrywanym przewodzie rośnie , a jest to wynikiem nachylenia przewodu.

---