do wydruku, Studia - Inżynieria Środowiska, Mechanika płynów


WSTĘP TEORETYCZNY

Cel ćwiczenia

Przeprowadzenie ćwiczenia ma na celu:

Wyznaczanie współczynnika strat liniowych jest przeprowadzane w przewodzie zamkniętym. Jest to kanał, o dowolnym kształcie przekroju, ograniczony linią zamkniętą, wypełniony cieczą. Ruch płynów rzeczywistych (lepkich) charakteryzuje się występowaniem naprężeń stycznych(jest to stosunek wartości siły stycznej T do pola przekroju S).

W każdym przewodzie mimo jego niezmiennego kształtu przekroju występują straty. Po pierwsze występują straty nazywane stratami liniowymi, a po drugie straty lokalne.

Straty liniowe-są wywołane tarciem wewnętrznym płynu oraz w obszarze warstwy przyściennej. W procesach technologicznych płyny są zwykle transportowane rurociągami, w których efekt lepkości prowadzi do "tarcia" i rozproszenia pracy użytecznej w ciepło. To tarcie jest zwykle pokonane zarówno na drodze ciśnienia wygenerowanego przez pompę lub opadania pod wpływem grawitacji z wyższego poziomu na niższy. W obu przypadkach jest zwykle niezbędne, aby wiedzieć, z jaką prędkością płynie ciecz i w związku z tym, z jakim przepływem mamy do czynienia.

Dla przepływu laminarnego straty liniowe są proporcjonalne do prędkości . Dla przepływu turbulentnego zmienia się to do proporcji strat do v1,75-2

 

Straty miejscowe-odgrywają bardzo ważną rolę w obliczeniach spadku ciśnienia, dlatego nie mogą być one pominięte w rozważaniach.

Są stratami zwanymi również lokalnymi i zależą przede wszystkim od kształtu i rodzaju zastosowanych elementów dodatkowych na drodze przepływu, tj. kolanka, zawory, kryzy, dyfuzory, kontraktory i inne.

Straty lokalne wyznacza się na podstawie współczynnika strat miejscowych. Ich wartości są bardzo zróżnicowanie, co wynika z budowy odpowiednich elementów. Do ich wyznaczenia stosuje się przede wszystkim normy np. normę PN-76/M-34034 "Zasady obliczeń strat ciśnienia. Rurociągi".

0x01 graphic

Rys. Przepływ nieściśliwego płynu.

W czasie przepływu płynu w rurociągu ma miejsce spadek energii mechanicznej na skutek tarcia. Energią mechaniczną przepływu rozumie się, jako sumę energii kinetycznej i potencjalnej. W skutek tarcia mają miejsce straty ciśnienia a co za tym idzie spadek energii potencjalnej na odcinku L pomiędzy przekrojem 1 i 2. Straty te nazywa się również stratami liniowymi w celu odróżnienia ich od strat miejscowych. Są one wywołane tarciem wewnętrznym płynu w obszarze warstwy przyściennej. Zakładając, że przepływający płyn jest nieściśliwy, to w przepływie o stałej średnicy D i stałym natężeniu przepływu, prędkość w dowolnym przekroju poprzecznym przewodu jest stała. Wówczas energia kinetyczna jest stała w dowolnym przekroju poprzecznym przepływu, a zmianie ulega jedynie energia potencjalna.

W celu określenia straty energii potencjalnej na odcinku L, należałoby zmierzyć spadek ciśnienia między dwoma przekrojami oraz znać gęstość przepływającego płynu.

Parametrami wpływającymi na wielkość strat energii podczas przepływu płynu przez rurociąg są:

Straty ciśnienia wskutek tarcia będą obliczane z wyprowadzonego wzoru Darcy'ego - Weisbacha:

0x01 graphic

gdzie

 - współczynnik tarcia wewnętrznego

L- długość przewodu na którym jest rozważana strata ciśnienia [m]

D-średnica wewnętrzna przewodu [m]

v-średnia prędkość przepływu [m/s]

ρ- gęstość przepływającego płynu

Wzór ten jest podstawą do obliczania strat ciśnienia w przewodach na prostych odcinkach.

Na wartość ma wpływ chropowatość rury. Przewody techniczne charakteryzują się określoną chropowatością powierzchni ścianek, co w różnym stopniu wpływa na wartość współczynnika tarcia . Wpływ chropowatości na wartość współczynnika , a więc i na opory tarcia jest złożony. W celu wyjaśnienia tej sprawy należy przypomnieć, że w pobliżu ściany przewodu występuje podwarstwa laminarna. Grubość tej podwarstwy δlam decyduje o tym, czy przewód może być uznany za hydraulicznie gładki. Gdy k > δlam , chropowatość wywołuje zakłócenia w rdzeniu turbulentnym, ponieważ spływające wiry generują dodatkową turbulencję Jeżeli natomiast k < δlam, to chropowatość nie wywiera wpływu na ruch płynu w rdzeniu turbulentnym. W tym ostatnim przypadku przewód jest hydraulicznie gładki. Jak wynika z doświadczeń, grubość podwarstwy laminarnej δlam maleje ze wzrostem liczby Reynoldsa. W związku z tym przewód o danej chropowatości może okazać się hydraulicznie gładki przy małych liczbach Re. Stąd wynika, że podczas przepływu laminarnego, tj. dla Re < 2300, przewód o dowolnej chropowatości zachowuje się jak przewód hydraulicznie gładki. W zakresie krytycznym 2300 < Re < 4000 obserwuje się nieciągłość eksperymentalnych krzywych =f(Re). Wynika to stąd, że przepływ laminarny zaczyna tracić stateczność w tym zakresie.

W praktyce inżynierskiej współczynnik tarcia  określa się albo wprost z wykresu, albo za pomocą empirycznej formuły. W literaturze znaleźć można bardzo wiele formuł empirycznych wyrażających . Najczęściej stosowany jest jednak wzór

Colebrooke'a - White'a:

0x01 graphic

Poza tą formułą istnieją inne wzory pozwalające wyznaczyć współczynnik strat liniowych, m.in.:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Zbilansowanie całkowitych strat energii potencjalnej w przepływającym płynie sprowadza się do zsumowania strat występujących na prostych odcinkach przewodu oraz na odcinkach, gdzie wektor prędkości ulega zmianie pod względem wartości lub kierunku. Te pierwsze nazwano stratami liniowymi, natomiast te drugie stratami lokalnymi (miejscowymi).

STANOWISKO BADAWCZE I PRZEBIEG ĆWICZENIA

Budowa stanowiska badawczego

W skład poniżej przedstawionego stanowiska badawczego wchodzą :

Ponadto w ćwiczeniu jest używany stoper i termometr.0x01 graphic

Rys. Schemat stanowiska badawczego. Pomiar strat liniowych.

Przebieg ćwiczenia:

Doświadczenie polega na pomiarze spadku ciśnienia na rurociągu stalowym o

średnicy d=0,05m i długości L=2,0m. W trakcie ćwiczenia dla zmiennych wydajności pompy wirowej określany jest spadek ciśnienia (h str ) na odcinku przewodu L. Spadek ciśnienia odczytywany jest za pomocą manometru różnicowego rtęciowego. Wydajność układu mierzona jest w sposób pośredni. Pomiar ten polega na odczytaniu na wodomierzu ilości obrotów turbinki w określonym czasie - mierzony czas obrotów turbinki na wodomierzu.

0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Tabela 1

L.p.

v

t

P1

P2

T

T śr.

ρ

m3

s

bar

bar

C

C

kg/m

1

0,03

17,95

0,005

0,04

10

10

999,7

17,54

0,005

0,04

17,22

0,005

0,04

2

0,03

13,27

0,02

0,05

10

10

999,7

13,31

0,02

0,05

13,32

0,02

0,05

3

0,03

11,07

0,04

0,07

10

10

999,7

10,91

0,04

0,07

11,04

0,04

0,07

4

0,03

9,90

0,05

0,08

10

10

999,7

10,04

0,05

0,08

9,94

0,05

0,08

Tabela 2

L.p.

V

h str

Q

0x01 graphic

Re

0x01 graphic

0x01 graphic

Ɛ

0x01 graphic

m

0x01 graphic

m/s

-

-

mm

1

0,0000013081

0,4

0,00170746

0,870

33254

0,265

0,0198

0,397

2

0,0000013081

0,3

0,00225564

1,149

43930

0,198

0,014

0,120

3

0,0000013081

0,3

0,0027248

1,388

53069

0,289

0,021

0,435

4

0,0000013081

0,3

0,00301205

1,535

58665

0,063

0,002

0,037

Re

0x08 graphic

-

-

33254

0,265

43930

0,198

53069

0,289

58665

0,063

0x01 graphic

0x01 graphic

WNIOSKI:

Literatura:

1. Bartosik A.: Laboratorium mechaniki płynów, Wydawnictwo Politechniki

Świętokrzyskiej, 2005r.

2. Szpindor A.: Zaopatrzenie w wodę i kanalizacji wsi, Wydawnictwo Arkady,

Warszawa 1992.

3. Orzechowski Z., Prywer J., Zarzycki R.,: Mechanika płynów w inżynierii środowiska,

Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa 1997,2001.

4. Lubczyńska U.: Hydraulika stosowana w inżynierii środowiska, Wydawnictwo

Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2000.

0x01 graphic

- 1 -



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
wykresy do drugiego sprawozdania mech płynów, Studia - Inżynieria Środowiska, Mechanika płynów
Wzory potrzebne do obliczeń, Inżynieria Środowiska, Mechanika płynów
Wykres Ancony, Inżynieria Środowiska, Mechanika płynów
sciaga MP, INŻYNIERIA ŚRODOWISKA WGGiIŚ AGH inżynierskie, SEMESTR 3, Mechanika Płynów
wersja do nauki, Studia - inżynieria & ochrona środowiska (inż. mgr.), Technologie wody i ścieków, P
teoria do szeląd trzeba dokończyć pisać z , Studia - Inżynieria Środowiska, Hydraulika 1 i 2
mechanika gruntów, Studia - Inżynieria Środowiska
Klucz do opisywania kamieni, Inżynieria Środowiska Politechnika Krakowska studia I stopnia, II Semes
sciaga MP, INŻYNIERIA ŚRODOWISKA WGGiIŚ AGH inżynierskie, SEMESTR 3, Mechanika Płynów
wersja do nauki, Studia - inżynieria & ochrona środowiska (inż. mgr.), Technologie wody i ścieków, P
klimat i meteop1, Studia - Inżynieria Środowiska, Meteorologia
wzory i tabela, Inżynieria Środowiska, Mechanika gruntów
Wyklady z oczyszczalni, Studia Inżynieria Środowiska, Oczyszczanie ścieków
Metoda sitowa, Inżynieria Środowiska, Mechanika gruntów
mechana plynow opracowane zagadnienia kolo1, PG inżynierka, Semestr 3, Mechanika płynów, wykład
projekt mete, Studia - Inżynieria Środowiska, Meteorologia
Meteo projekt, Studia - Inżynieria Środowiska, Meteorologia
zagadnienia hydraulika, Studia - Inżynieria Środowiska, Hydraulika 1 i 2
RODZAJE CHMUR, Studia, inżynieria środowiska-U. Rolniczy, Meteorologia

więcej podobnych podstron