آزمايش اول : تعيين آزمايشي تلفات در لوله هاي با قطر كوچك

 

مقدمه : يكي از عمومي ترين مسائل در مكانيك سيالات تخمين افت فشار است.

بنابراين هدف از اين آزمايش بررسي افت فشار در اجزا مختلف يك سيستم لوله كشي مي باشد.

 شرح دستگاه : دستگاه مورد استفاده در اين آزمايش شامل دو مدار كاملاً مجزا هيدروليكي است كه يكي به رنگ آبي روشن و ديگري به رنگ آبي تيره قابل مشاهده است كه هركدام از تعدادي اجزا سيستم لوله كشي تشكيل شده اند. دستگاه به يك ميز هيدروليكي وصل شده است.

ورودي جريان بطور مستقيم از ميز به هر دو سيستم وارد شده كه با قرار دادن دو شير فلكه در انتهاي هر مسير مي توان شدت جريان با باز و بسته كردن فلكه ها كاملاً قابل كنترل است.

اجزا هريك از مدارها بصورت زير مي باشند:

شير فلكه كشوئي

مدار آبي تيره

 

خم زانوئي استاندارد

خم تيز 90 درجه

لوله صاف

شير فلكه بشقابي

افزايش ناگهاني سطح مقطع

مدار آبي روشن

كاهش ناگهاني سطح مقطع

خم 90 درجه با شعاع 150 ميليمتر

خم 90 درجه با شعاع 100 ميليمتر

خم 90 درجه با شعاع 50 ميليمتر

در تمامي موارد (بجز شير فلكه بشقابي و كشوئي) تغيير فشار در طول هر يك از اجزا بوسيله يك جفت لوله فشار سنج تحت فشار اندازه گيري مي شود.

در مورد شيرهاي اندازه گيري فشار بوسيله لوله U شكل شال جيوه اندازه گيري مي شود. (به علت اختلاف فشار زياد دو سر شير).

 

شرح آزمايش  :

 همانطور كه قبلاً گفته شد دستگاه داراي دو مدار كاملاً مجزا است و در مرحله اول يكي از مدارها را با بستن شير فلكه خروجي آن كاملاً از مدار خارج مي كنيم.

ابتدا پمپ را روشن كرده و شير آب روي ميز هيدروليكي را تا آخر باز مي كنيم و شير فلكه بشقابي را كاملاً مي بنديم و شير فلكه كشوئي را كاملاً باز مي كنيم. مشاهده مي شود كه آب در مدار آبي روشن جريان پيدا نمي كند و اختلاف فشار دوسر همه اجزا آن صفر است. ابتدا دبي دستگاه را به وسيله ميز هيدروليكي اندازه مي گيريم ( با بالا گرفتن دسته دستگاه آب داخل مخزن دستگاه را خالي مي كنيم و پس از خالي شدن آب بر اثر وزن طرف ديگر مخزن داخل دستگاه بالا مي رود و سوپاپ داخل دستگاه بسته مي شود پس از آن اهرم دستگاه را مي بنديم و پس از برخورد دسته با اهرم يك وزنه 2 كيلويي بر روي دسته مي گذاريم چون نسبت طول بازو دو طرف دسته 1 به 3 است پس از پر شدن مخزن به ميزان 6 كيلوگرم دوباره دو طرف هموزن شده و دسته دوباره به بازو برخورد ميكند حال با تقسيم 6 بر زمان بين برخورد اوليه و ثانويه دبي دستگاه بر حسب ليتر بر ثانيه بدست مي آيد) و سپس اهرم را زير بازو ترازو قرار مي دهيم تا آب خروجي مخزن با آب ورودي آن برابر شود و باعث تغيير در دبي جريان نشود.

سپس مانومتر هاي 1 تا 6 و مانومترهاي جيوه اي دوسر شير فلكه كشوئي را مي خوانيم و در جدول يك قرار مي دهيم و سپس شير فلكه را كمي مي بنديم تا دبي عبوري از دستگاه كاهش يابد و عمليات فوق را مجدداً انجام مي دهيم اين عمل را در 8 مرحله انجام مي دهيم و پس از آن شير فلكه كشوئي را مي بنديم و شير فلكه بشقابي را باز مي كنيم مشاهده مي شود كه آب در مدار آبي روشن جريان مي يابد مانومتر هاي 7 تا 16 و مانومترهاي دو سر شير بشقابي را مي خوانيم و آنها را در جدول 2 قرار مي دهيم در اين حالت نيز با بستن تدريجي فلكه در 8 مرحله با دبي هاي مختلف افت فشارهاي مختلف را بدست مي آوريم.

جدول محاسبات برای مدار آبی تيره

U_Tube (cm) Hg

Piezometer Tube Readings (cm) Water

Time to Collect x Kg of Water (s)

Test

Number

 

Gate Valve

5                     6

3                    4

1                   2

Time (s)

Weight (Kg)

302

312

775

1169

650

882

360

725

26.53

6

1

279

335

814

1160

674

878

412

728

27.86

6

2

260

355

848

1151

692

873

454

730

30.10

6

3

233

380

895

1143

718

865

550

731

33.86

6

4

212

399

930

1134

738

861

467

733

37.29

6

5

184

426

976

1112

736

854

599

730

45.86

6

6

158

453

1012

1109

791

847

644

729

58.81

6

7

145

465

1057

1099

811

842

691

729

1.31.81

6

8

120

 

 

496

1088

1095

838

841

736

725

5.42.3

6

9

U_Tube (cm) Hg

Piezometer Tube Readings (cm) Water

Time to Collect x Kg of Water (s)

Test

Number

 

Gate Valve

15      16

13       14

11        12

9        10

7          8

Time (s)

Weight (Kg)

389

425

469

756

335

680

386

658

469

706

720

675

24.61

6

1

364

450

510

746

392

671

431

658

510

704

715

678

27.29

6

2

339

475

541

739

435

673

469

652

543

703

712

682

30.36

6

3

314

500

573

730

480

667

505

656

575

700

709

685

34.28

6

4

287

525

605

721

525

660

543

653

608

699

705

688

42.18

6

5

262

550

635

712

564

554

576

650

638

698

702

691

51.61

6

6

233

575

668

703

609

647

614

647

673

698

700

695

1.21.59

6

7







































































 

افت لوله صاف :

هدف از اين آزمايش بدست آوردن روابط زير است

افت ارتفاع تابعي از آهنگ جريان حجمي است.

ضريب اصطكاك تابعي از عدد رينولدز است. بتن و گچ

ابتدا با رسم نمودار hL و Q بصورت لگاريتمي ( نمودار 1 ) رابطه بين كاهش ارتفاع – آهنگ جريان حجمي بدست مي آيد. نمودار نشان مي دهد hL=KQn مي باشد.. مقدار كم اين عدد نسبت به مقدار مورد قبول براي جريانهاي آشفته 75/1 تا 00/2 بعلت هموار بودن لوله و كوچك بودن عدد رينولدز در مقايسته با ديگر حالات بدست آمده است.

همچنين ميتوانيم نمودار بين عدد رينولدز(Re) و ضريب اصطكاك (f) را رسم كنيم.

 همچنين ضريب اصطكاك را مي توان بوسيله معادل بلازيوس نيز بدست آورد:f=0.0785/Re¼

 ضريب اصطکاک و عدد رينولدز در لوله صاف ( مدار آبی تيره )

f

hl

Re

Q x   

No Test

6.978

232

2.361

2.262

1

6.766

204

2.248

2.154

2

7.013

181

2.08

1.993

99

3

7.132

147

1.859

1.781

4

7.311

123

1.6793

1.0619

5

7.915

88

1.365

1.308

6

8.283

56

1.0646

1.02

7

11

31

0.682

0.6235

8

15

3

0.183

0.1753

9

افزايش ناگهاني سطح مقطع :

هدف از اين آزمايش مقايسه افزايش ارتفاع در طول افزايش مقطع ناگهاني با افزايش ارتفاع محاسبه شده با استفاده از فرض هاي :

بدون افت ارتفاع

با افت ارتفاعي معادل hL=(V1-V2)2/2g

سپس نمودار تغيير ارتفاع بدست آمده نسبت به تغيير ارتفاع محاسبه شده را رسم مي كنيم– در سه حالت با افت بدست آمده ، بدون افت و با افت معادل (V1-V2)2/2g.

از روي نمودار مشاهده مي شود كه با در نظر گرفتن افتي معادل (V1-V2)2/2g ، نمودار افت بدست آمده بسيار نزديك به افت واقعي محاسبه شده به ما مي دهد.

همچنين ميتوانيم نمودار افت فشار بر حسب دبي را در اين سه حالت رسم. مقاله

 

افزايش ارتفاع  محاسبه شده بدون افت ( ) متر

افزايش ارتفاع محاسبه شده با افت( ) متر

متر محاسبه شده توسط رابطه *

افزايش ارتفاع اندازه گيری شده متر

 

 

افت اندازه گيری شده متر

Test

No

133

56

77

88

0.425

1.678

45

1

108

46

62

71

0.408

1.514

37

2

87

37

50

57

0.367

1.36

30

3

69

29

40

45

0.326

1.208

24

4

45

19

26

28

0.264

0.979

17

5

30

13

17

19

0.216

0.801

11

6

كاهش ناگهاني سطح مقطع :

 در اين آزمايش نيز همانند آزمايش قبل هدف از انجام آزمايش مقايسه افزايش ارتفاع در طول كاهش مقطع ناگهاني با افزايش ارتفاع محاسبه شده با استفاده از فرض هاي :

بدون افت ارتفاع

با افت ارتفاعي معادل hL=K. V2/2g

مي باشد

با رسم نمودار هاي با در نظر گرفتن افتي معادل hL=K. V2/2g، بدون در نظر گرفتن افت و نمودار افت تجربي بر حسب افت تجربي مشاهده مي شود كه اينبار نمودار افت تجربي داراي كمترين شيب مي باشد و افت در نظر گرفته تغريب مناسبي از افت واقعي را به ما مي دهد.

 

1.0

0.8

0.6

0.4

0.3

0.2

0.1

0


0

0.06

0.18

0.30

0.36

0.41

0.46

0.5

K

کاهش ارتفاع  محاسبه شده بدون افت ( ) متر

کاهش ارتفاع محاسبه شده با افت( ) متر

متر محاسبه شده توسط رابطه *

کاهش ارتفاع اندازه گيری شده متر

 

افت اندازه گيری شده متر

Test

No

133

187

54

370

1.978

237

1

108

152

44

302

1.514

194

2

87

122

35

247

1.36

160

3

69

97

28

194

1.208

125

4

45

63

18

136

0.979

91

5

30

42

12

90

0.801

60

6

افت در خم ها و زانويي ها :

در اين آزمايش هدف اندازه گيري ضريب افت زانويي هاست. افت خوانده شده پيزومتر ئو سر زانويي نشانگر افت زانويي و افت اصطكاكي طولي لوله است كه براي پيدا كردن افت اصطكاكي از رابطه اي كه در لوله صاف بدست آورده بوديم يعني hL=211749Q1.6362 استفاده مي كنيم و با كم كردن افت اصطكاكي از افت كل، افت زانويي بدست مي آيد. و از رابطه h=K.V2/2g مي توان ضريب افت زانويي را بدست آورد.

سپس نمودار ضريب افت را نسبت به دبي رسم مي كنيم.

 زانوها _ آبی تيره










Test

Number

زانوی تيز

زانوی استاندارد

زانوی تيز

زانوی استاندارد

زانوی تيز

زانوی استاندارد

زانوی تيز

زانوی استاندارد

1.31

1.07

3.18

2.94

162

133

394

365

232

1.56

1

1.27

1.00

3.10

2.83

142

112

346

316

204

1.48

2

1.27

0.99

3.17

2.88

122

95

303

276

181

1.37

3

1.31

0.44

3.21

2.35

101

34

248

181

147

1.23

4

1.29

1.00

3.25

2.96

81

63

204

186

123

1.11

5

0.12

1.04

3.46

3.17

5

43

143

131

88

0.9

6

1.64

1.16

3.88

3.40

41

29

97

85

56

0.7

7

1.11

0.71

4.25

3.85

11

7

42

38

31

0.44

8

5.45

8.17

9.53

12.26

4

6

7

9

3

0.12

9

 خم ها _ آبی روشن

 

خم 150

خم 100

خم 50




Test

Number
















0.742

1.89

272

0.828

2.40

345

0.914

2.00

287

1.68

2.44

1

0.742

1.94

227

0.828

2.39

279

0.914

2.02

236

1.51

2.2

2

0.742

1.93

183

0.828

2.51

238

0.914

2.09

198

1.36

1.98

3

0.742

2.03

151

0.828

2.51

187

0.914

2.11

157

1.21

1.755

4

0.742

2.25

110

0.828

2.76

135

0.914

2.38

116

0.98

1.422

5

0.742

2.27

74

0.828

2.76

90

0.914

2.36

77

0.80

1.163

6

0.742

0.03

33

0.828

0.03

38

0.914

0.03

35

5.06

7.35

7

 

زانوی تيز

زانوی استاندارد

خم 150

خم 100

خم 50

Test No

KB

KL

KB

KL

KB

KL

KB

KL

KB

KL

1.31

3.18

1.07

2.94

0.41

1.89

0.74

2.40

0.17

2.00

1

1.27

3.10

1.00

2.83

0.47

1.94

0.74

2.39

0.20

2.02

2

1.27

3.17

0.99

2.88

0.46

1.93

0.87

2.51

0.27

2.09

3

1.31

3.21

0.44

2.35

0.54

2.03

0.85

2.51

0.28

2.11

4

1.29

3.25

1.00

2.96

0.76

2.25

1.1

2.76

0.54

2.38

5

0.12

3.46

1.04

3.17

0.78

2.27

1.1

2.76

0.53

2.36

6

1.64

3.88

1.16

3.40

1.04

 

1.25

 

0.85

 

7

1.11

4.25

0.71

3.85

 

 

 

 

 

 

8

1.17

3.44

0.93

3.05

0.64

1.54

0.95

1.92

0.41

1.62

Average(K)

 افت در شير فلكه ها :

هدف از اين آزمايش بدست آوردن رابطه اي ميان ضريب افت و آهنگ جريان حجمي براي شير بشقابي و شير كشويي است.

و طبق رابطه hL=KV2/2g مقدار K را بدست مي آوريم و نمودار آن را بر حسب دبي حجمي عبوري رسم مي كنيم.

 

Gate valve

Globe valve

Test

No

K

درصد باز بودن


K

درصد باز بودن


1.10

100%

2.262

32.60

100%

2.44

1

6.82

95%

2.154

32.64

90%

2.2

2

13.50

88%

1.993

34.32

81%

1.98

3

25.92

79%

1.781

34.07

72%

1.755

4

40.48

47%

1.0619

37.49

58%

1.422

5

79.60

58%

1.308

37.51

48%

1.163

6

160.58

45%

1.02

 

 

 

7

440.86

28%

0.6235

 

 

 

8

6964.44

8%

0.1753

 

 

 

9

 

افزودنی تبدیل گچ به سیمان