ZAKŁAD BUDOWNICTWA WODNEGO POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

INSTYTUT GEOTECHNIKI WYDZIAŁ BUDOWNICTWA

I HYDROTECHNIKI LĄDOWEGO I WODNEGO --> [Author:ZG]

LABORATORIUM Z HYDRAULIKI

Temat: Ustalony przepływ cieczy pod ciśnieniem Wyznaczenie współczynnika strat lokalnych ξ

1. Celem ćwiczenia jest : zapoznanie się z metodą wyznaczania współczynnika strat lokalnych ξ oraz zbadanie jego zależności od liczby Reynoldsa (Re).

2. Część teoretyczna

Podczas 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, zamieniając się w inne rodzaje energii, głównie w ciepło i ulega rozproszeniu. Tę rozproszoną część energii nazywa się stratami hydraulicznymi.

Rozróżnia się straty liniowe i straty miejscowe. Straty miejscowe powstają w tych miejscach przewodu, w których występuje zaburzenie w normalnym rozkładzie prędkości na skutek zmiany kierunku przepływu lub zmiany wymiarów bądź kształtu poprzecznego przekroju przewodu. Przyczyną tych strat są wbudowane zawory odcinające , rozrządcze, odwadniające, odpowietrzające, przyrządy miernicze i inne urządzenia stanowiące dla przepływu wody przeszkodę.

Wysokość strat energetycznych wyraża się wzorem

ΔE=ξ

gdzie: v oznacza średnią prędkość przepływu w m/sek, a ξ bezwymiarowy współczynnik oporu .

1. Straty energetyczne wywołane zakrzywieniem rury.

Zmiana kierunku przepływu w przewodach o przekroju kołowym odbywa się przy pomocy krzyżaków rurowych zwanych kolanami. Współczynnik start miejscowych w kolanach określa się z wzoru Weisbacha

ξ=

gdzie:

d - średnica rury

18. promień łuku osi rurociągu

δ - kąt zmiany kierunku

Jednak badania wykazały, że współczynnik oporu ξ zależy nie tylko od stosunku d/R i kąta δ, lecz również od liczby Reynoldsa i chropowatości ścian krzywaka.

2. Straty energii przy nagłym zwiększeniu przekroju.

Straty przy nagłym zwiększeniu się przekroju przepływowego są wywołane zmniejszeniem

się ilości ruchu i tarciem.

ξ=

gdzie A_i pole odpowiadającego przekroju.

3. Straty energetyczne przy nagłym zmniejszeniu się przekroju.

Gdy przekrój zmniejsza się nagle współczynnik straty miejscowej określony jest wzorem

ξ=
+

gdzie: ε jest funkcja stosunku A₂/A₁

3. Obliczenia

Przykładowe obliczenia dla pomiaru 3.

Gdzie:

- średnia pomiarów czasu [s]

- próby pomiaru czasu [s]

Gdzie:

- objętość [cm³]

Gdzie:

-prędkość przepływu [cm/s]

Q- wydatek[cm³/s]

A- powierzchnia przekroju przewodu [cm²]

Gdzie:

Re- liczba Reynoldsa

d- średnica przewodu [cm]

- współczynnik lepkości kinematycznej [cm²/s]

Gdzie:

- różnica wysokości ciśnień [cm]

- pomiary wysokości ciśnień [cm]

Gdzie:

- strata lokalna

4. Opis przyrządów i metody pomiarowej

Przyrządy:

• stoper

• wodomierz METRON

• rurki piezometryczne

5. Zależność współczynnika  od liczby Re
   

6. Określenie błędów pomiarów.

1. błąd Q

Q=V/t

ΔV=0,005cm³

δV = 0,5%

Δt =0,01s

ΔQ = ΔV/t +Δt⋅V/t²

ΔQ_t=11,27 = ΔV/t_t=11,27 +Δt⋅V/t_t=11,27 ² =0,08cm³/s

2. błąd v

v=Q/A

Δv_t=11,27 =0,09cm/s

3. błąd Re

ΔRe_t=11,27 =4,50

4. błąd ΔE

Δp = 0.1cm

0,2cm

e)błąd 

,

8.Wnioski:

Na podstawie wykonanych pomiarów stwierdzamy iż wyniki są mało dokładne, a wpływ na to miała mała dokładność przyrządów pomiarowych - błąd odczytu masy wody, czasu, jak również odczyt różnicy ciśnienia w przewodach( rurkach piezometrycznych).

---