STRATY.DOC

1.0 Cel  ćwiczenia

              Celem  ćwiczenia  jest  poznanie  metody  wyznaczania  piezometrycznej  i  energii  w  przewodzie  pod  ciśnieniem  oraz  wykorzystanie  jej  do  obliczania  współczynników  strat 

x i  strat  na  długości l.

2.0 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:

hm - wysokość  straty  miejscowej

x      - 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:

xl  -  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.

2.1.1          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. x zależy  od  długości  l  i różnych  krawędzi  oraz  wyprowadzenia  pod  różnym  kątem  j  ze  ściany  rury.

2.1.2          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  lw  , równej  około  8-10 d2 , wypełnia  cały  przekrój  przewodu  o  średnicy  d2 . Po  przejściu  prędkość  maleje , ciśnienie  wzrasta. Na  odcinku  lw 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.

x  - wsp. strat  miejscowych

2.1.3          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:

2.1.4          Współczynnik  strat  miejscowych  przy  zmianie  kierunku.

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

Współczynniki  strat  miejscowych  oblicza  się  ze  wzoru  Weisbacha:

g       - kąt  załamania

R   - promień  łuku  osi  rurociągu

d    - średnica  rurociągu

2.1.5

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:

a)    motylkowe

b)   zawór  kulowy

c)    zasuwa  igłowa

d)   zasuwa  płaska

Im  zamknięcia  są  bardziej  zamknięte  tym  straty  są  coraz  większe.

3.0 Opis  przyrządów  i  stanowiska.

Przyrządy:

a)    stoper

b)   linijka

c)    taśma  miernicza

d)   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.

4.0             Odczytane  wyniki.

...