سرريزهاي مستطيلي
هدف از آزمايش:
بررسي مشخصه هاي جريان عبوري از سرريز مستطيلي، رابطة تئوريك حاكم بر جريان و تعيين ضريب تخليه
شرح آزمايش:
بعد پمپ را روشن و فلكه را باز مي كنيم. اجازه مي دهيم جريان در ميز هيدروليك به حركت آيد و يكنواخت ( laminar) شود. بار ديگر ارتفاع آب را در سرريز اندازه مي گيريم. باگرفتن زمان در حجمي معين دبي را محاسبه مي كنيم ارتفاع آب (h) در سرريز را بدست مي آوريم . و با جاگذاري در فرمول:
cd را محاسبه مي كنيم
لازم به يادآوري است كه B در بحث تئوري lw و همچنين B با واحد دسي متر، H با واحد دسي متر و g با واحد و Q با واحد sec dm3/ است و c d بي بعد مي باشد .
محاسبات:
(1
H=0.027 dm
2)
cd=0.024636
H=0.052 dm
3)
4)
H=0.031 dm
cd=0.025633
سرريزهاي مثلثي
هدف از آزمايش :
بررسي مشخصه هاي جريان عبوري از سرريز مثلثي .
وسايل موردنياز:
ميز هيدروليك ، سطح سنج نقطه اي ، سرريز مثلثي ، كرونومتر.
شرح آزمايش :
در حالت كلي آب با دبي ثابت Q و سرعت ثابت V از سرريز مثلثي جاري شده و به داخل مخزن مكش
مي رود و از آنجا توسط پمپ دوباره به بالاي سرريز پمپاژ مي شود پس براي انجام اين آزمايش ابتدا نوك سطح سنج را بر راس زاويه شكاف مثلثي مماس مي كنيم و سطح سنج را در 0 تنظيم مي كنيم . بعد پمپ را روشن مي كنيم و فلكه را باز مي كنيم . بعد از مدتي كه جريان بصورت پايدار و پايا در آمد دبي را از روي ميز هيدروليك بوسيله كرونومتر و اشل جانبي بدست مي آوريم .
سپس نوك سطح سنج را بالاتر مي بريم تا به سطح جريان مماس شود . از آنجا ارتفاع مابين راس زاويه شكاف و سطح جريان را بدست مي آوريم كه همان هد آب است . اين آزمايش را براي دبي هاي مختلف انجام مي دهيم و Cd را براي هر آزمايش محاسبه مي كنيم .
نتيجه آزمايش :
نتيجه مي گيريم يك سرريز مانعي در مقابل جريان آب است به نحوي كه نه تنها جريان موضعي را كه از روي آن عبور مي كند تحت تاثير قرار مي دهد بلكه توزيع عمق بالا دست را نيز بهم مي زند .
هر مانع مستحكمي در مقابل يك جريان باعث ايجاد منحني آب در پشت آن سرريز مي گردد .
|
سوم |
دوم |
اول |
آزمايش |
|
2 & 4 |
5 & 10 |
1 & 1 |
V (lit) |
|
27 & 54 |
30 & 65 |
1.58 & 1.15 |
Time |
|
0.074 |
0.166 |
0.017 & 0.012 |
Q (lit/s) |
|
19 |
25 |
12 |
H (mm) |
|
0.352 |
0.187 |
0.171 |
Q ^2/5 |
|
0.000049 |
0.0000989 |
0.0000157 |
H ^5/2 |
|
- 1.130 |
- 0.779 |
- 1.921 |
Log Q |
|
- 1.721 |
- 1.602 |
-1.921 |
Log H |
|
0.63 |
0.71 |
0.32 |
Cd |
رينولدز
هدف آزمايش:
تحقيق در تجارب كلاسيك پروفسور اسبورن -رينولدز در خصوص حالات جريان سيالات
وسايل موردنياز:
ميز هيدروليك ، دستگاه آزمايش اسبورن – رينولدز، سليندر اندازه گيري، كرنومتر، مايه رنگي گياهي، ترمومتر
اجزاي تشكيل دهنده دستگاه:
شرح آزمايش :
ابتدا ميز هيدروليك را روشن مي كنيم و اجازه مي دهيم تا مخزن هد ( تانك هد) پر از آب شده و سرريز شود و به حالت پايدار رسد لازم به توضيح است كه بايد ساچمه در كف اين مخزن قرار گبرد تا از تلاطم آب جلوگيري نمايد و آب را به حالت laminar برساند بعد از پايداري سطح شير ماده رنگي را باز مي كنيم و همزمان شير خروجي تانك هد را هم باز مي كنيم طريقه پايان آمدن ماده رنگي در لوله را مي توان با چشم ديد و نوع جريان را تشخيص داد كه يكي از حالات زير مي باشد .
حالت متلاطم حالت بين خطي و متلاطم حالت خطي
از خروجي ميز هيدروليك دبي را اندازه مي گيريم لازم به توضيح است. كه دما در محيط آزمايش 20°c و قطر لوله خروجي تانك هد mm 15و ويسكوزيته آب مي باشد و اعداد محاسبه شده در آزمايش به شرح زير مي باشد.
|
زمان (s) |
حجم آب (cc) |
حالت ماده رنگي (مرئي ) |
|
8.78 |
20 |
خطي |
|
1.93 |
60 |
متلاطم |
|
7.53 |
30 |
حالت بين خطي و متلاطم |
m2
m3/s
Q=VA m/s
با توجه به اينكه عدد رينولدز كوچكتر از 320 است <320 Re بنابر اين حالت جريان خطي يعني laminar مي باشد
m3/s
Q=VA m/s
با توجه به اينكه عدد رينولدز بزرگتر از 520 است >520 R eبنابر اين حالت جريان متلاطم يعني turbulent مي باشد .
m3/s
Q=VA m/s
با توجه به اينكه عدد رينولدز <520 320e مي باشد بنابر اين حالت جريان بين خطي و متلاطم است.
تحقيق رابطه برنولي
اجزاي تشكيل دهنده دستگاه:
ميز هيدروليك-دستگاه نمايش برنولي-كرنومتر
تئوري آزمايش:
معادله برنولي در دو مقطع لوله:
براي اين دستگاه: بوده و مي باشد لذا داريم :
شرح آزمايش:
در اين آزمايش از لوله پيتوت استفاده مي شود. مانومتري كه به لبه لوله وصل است فشار استاتيكي را نشان مي دهد.يعني داريم:
ومانومتري كه از وسط لوله مي گذرد فشار ديناميكي را براي ما معين مي كند.يعني داريم:
با معلوم بودن دو عبارت فوق مي توان سرعت و دبي را براي جريان لوله محاسبه نمود.
نتايج و محاسبات :
|
سرعت سيال(m/s) |
سطح مانومتر مربوط به لوله(mm) |
فاصله ميله(mm) |
دبي جريانQ lit/s |
سطوح مانومتر (mm) |
مساحت مقطع عرضي(mm) |
قطر مقطع عرضي(mm) |
NUM |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
ضربه جت
هدف از آزمايش :
تحقيق و بررسي در مطالب تئوريك موجود در خصوص نيروي اعمالي توسط ضربه جت روي هدفهائي با شكل هاي مختلف
وسايل موردنياز:
ميز هيدروليك – دستگاه ضربة جت – كورنومتر – وزنه
اجزاي تشكيل دهنده دستگاه:
شرح آزمايش:
ابتدا بايد قطر نازل را بدست آوريم ، براي اين منظور ابتدا صفحه بالائي دستگاه را برداشته ، قطر نازل را اندازه مي گيريم و در مرحله اول صفحه هدف مسطح ( 90°درجه ) را روي ميلة مربوطه نصب مي كنيم اين كارها در شرايطي انجام مي گيرد كه دستگاه كاملاً بسته باشد ، موقعي كه پمپ ميز ئيدروليك خاموش است نوك شاخص اندازه گيري را به محور صفحة وزنه تنظيم نموده ( كاملاً صفر مي نمائيم ) و براي اولين آزمايش مقادير 300, 150, 100 گرمي را روي صفحه وزنه تنظيم نموده با تغير دبي جرياني دستگاه ( با استفاده از شير فلكه ) حالت صفر – صفر سطح سنج و محور صفحه وزنه را ايجاد مي كنيم و براي هر وزنه بطور جداگانه مقدار دبي جريان ( از طريق ميز ئيدروليك) يادداشت مي نمائيم .
آزمايش فوق براي جرمهاي ذكر شده برا هر سه نوع سپري تكرار خواهد گرديد
براي صفحه هدف مسطح (90°) :
براي صفحه هدف (120°) :
براي صفحه هدف (180°) :
نتايج و محاسبات :
براي صفحه هدف 90° درجه:
|
Q2 |
دبي جريان Q
LIT/S |
زمان |
حجم آب |
جرم روي صفحه وزنه |
|
0.04 |
0.2002 |
24.97 |
5 lit |
100 gr |
|
0.06 |
0.2481 |
20.15 |
5 lit |
150 gr |
|
0.11 |
0.334 |
14.97 |
5 lit |
300 gr |
براي صفحه هدف 120 درجه:
|
Q2 |
دبي جريان Q
LIT/S |
زمان |
حجم آب |
جرم روي صفحه وزنه |
|
0.03 |
0.1767 |
16.97 |
3 lit |
100 gr |
|
0.03 |
0.1973 |
25.34 |
5 lit |
150 gr |
|
0.08 |
0.2935 |
17.03 |
5 lit |
300 gr |
براي صفحه 180° درجه:
|
Q2 |
دبي جريان Q
LIT/S |
زمان |
حجم آب |
جرم روي صفحه وزنه |
|
0.01 |
0.1088 |
27.56 |
3 lit |
100 gr |
|
0.04 |
0.2141 |
9.34 |
2 lit |
150 gr |
|
0.08 |
0.2873 |
17.4 |
5 lit |
300 gr |
جت وروزنه
هدف از آزمايش:
تعيين ضريب سرعت براي روزنه كوچك
تجهيزات لازم:
ميز هيدروليك و مكانيزم نشان داده شده در زير :
تئوري آزمايش:
مي دانيم كه معادله برنولي كه در درس سيالات 1 بدان اشاره شده به شرح زير مي باشد:
كه در اين فرمول :
|
|
علامت |
ديمانسيون |
واحد |
|
سرعت واقعي |
V |
LT-1 |
|
|
ضريب سرعت |
Cv |
|
|
|
هر آب در مخزن |
h |
L |
m |
|
ثابت جهاني |
g |
LT-2 |
m/s2 |
و با توجه به روابط زير:
يا
لازم به توضيح است كه در روابط فوق الذكر xمشخصه طولي نقطه تحت مطالعه در امتداد نيمرخ فوران آب وy مشخصه عرضي نقطه تحت مطالعه در امتداد نيمرخ فوران آب مي باشد.
شرح آزمايش:
ابتدا ميز هيدروليك را روشن مي كنيم و اجازه مي دهيم تا آب در مخزن بار پر شده و از سرريز جاري شود و مدتي صبر مي كنيم تا آب پايدار مي شود و با توجه به اينكه صفحه قرار داده شده در وسط استوانه سبب تسريع در رسيدن به حالت پايداري مي شود و آبي كه از روزنه فوران مي كند با استفاده از ميله ها كه مماس بر آب فوران شده قرار مي گيرد نمودار اين فوران در كاغذ A3كه در زمينه مكانيزم نصب شده رسم مي شود كه محاسبات آزمايش به شرح زير مي باشد.
|
X2/h (mm) |
X2(mm2) |
X(mm) |
Y(mm) |
h(mm) |
Num |
|
8.41 |
2500 |
50 |
239 |
297 |
1 |
|
33.67 |
10000 |
100 |
230 |
297 |
2 |
|
75.75 |
22500 |
150 |
220 |
297 |
3 |
|
134.68 |
40000 |
200 |
206 |
297 |
4 |
|
210.43 |
62500 |
250 |
140 |
297 |
5 |
|
X2/h (mm)
|
X2(mm2) |
X(mm) |
Y(mm) |
h(mm) |
Num |
|
10.28 |
2500 |
50 |
239 |
243 |
1 |
|
41.15 |
10000 |
100 |
235 |
243 |
2 |
|
92.59 |
22500 |
150 |
225 |
243 |
3 |
|
164.6 |
40000 |
200 |
214 |
243 |
4 |
|
257.2 |
62500 |
250 |
199 |
243 |
5 |
|
X2/h (mm) |
X2(mm2) |
X(mm) |
Y(mm) |
h(mm) |
Num |
|
8.06 |
2500 |
50 |
239 |
310 |
1 |
|
32.25 |
10000 |
100 |
235 |
310 |
2 |
|
72.58 |
22500 |
150 |
224 |
310 |
3 |
|
129.03 |
40000 |
200 |
213 |
310 |
4 |
|
201.61 |
62500 |
250 |
193 |
310 |
5 |
با توجه به رابطه ضريب سرعت داريم:
با در نظر گرقتن h=247
1) cv=0.093 2) cv=0.191 3) cv=0.293 4)cv=0.404 5)cv=0.526
با در نظر گرفتن h= 243
1) cv=0.103 2) cv=0.209 3) cv=0.320 4)cv=0.438 5)cv=0.568
با در نظر گرفتن h=310
1)cv=0.091 2) cv=0.185 3)cv= 0.284 4)cv=0.389
cv=0.511
همانگونه كه مشاهده مي شود ضريب سرعت در نقاط يكسان با ارتفاع متفاوت،تفاوت كمي دارد كه اين تفاوت ناشي از تغيير دبي ها است
دبي سنجي
هدف از آزمايش:
سنجش دبي مايعات (آب) در سرعتهاي مختلف
تئوري آزمايش :
با توجه به فرمول دبي جريان عبارت است مقدار گذردهي سيال (مايع) در واحد زمان از يك مقطع مشخص
شرح دستگاه:
دستگاه مورد بحث در كليه آزمايشات ميز هيدروليك حجمي نام دارد كه متلعقات آن به شرح زير مي باشد.
-مخزن ذخيره آب به گنجايش 160 ليتر
- مخزن دو مقطعي اندازه گيري دبي حجمي آب به ظرفيتهاي 6و 40 ليتر (به ترتيب براي دبي هاي كم و زياد)
- شير فلكه كنترل جريان ورودي به دستگاه اندازه گيري تحت بررسي
- كانال رو باز جهت امكان نصب سرريز در پايين دست كانال با دريچه تلاطم گير آب ورودي
- شير فلكه دو منظوره مخزن ذخيزه جهت
الف – تخليه آب مخزن
ب- كنترل ورودي مكش پمپ
-لوله شفاف نمايش حجم آب جمع شده در مخزن به اشل جانبي مربوطه .
- سرريز اضطراري جهت ممانعت از سر ريز شدن احتمالي آب مخزن اندازه گيري
- اهرم دو حالت انسداد كف مخزن اندازه گيري
شرح آزمايش :
ابتدا پمپ را روشن كرده و فلكه را باز مي كنيم و صبر مي كنيم تا جريان به حالت يكنواخت ( laminar ) برسد بعد از اين عمل با گذاردن اهرم انسداد كف مخزن و بكار انداختن زمان اجازه مي دهيم كه مخزن كوچك پر شود بعد از پر شدن مخزن زمان را متوقف مي كنيم چند بار اين عمليات را با سرعتهاي مختلف انجام داده و مقادير زير بدست مي آيند.
V=5lit t=29.13
V=4lit t=23.82
V=4lit t=24.93
بار ديگر اين علميات را در مخزن بزرگ ( مخزن 4 0 ليتري ) تكرار مي كنيم كه دبي هاي بدست آمده به شرح زير است.
V=20 lit T=2 ¢,10 ².47
V=15 lit T=1¢,40².25
V=10 lit T=1¢,06².03
براي محاسبه دبي به صورت عملي مجبور به استفاده از فرمول تئوري دبي يعني مي باشيم بنابر اين مقايسه تئوري با آزمايش لزومي ندارد.
نمايش دستگاهاي دبي سنجي
هدف از آزمايش:
نمايش عملكرد و توصيف سه نوع اساسي از دبي سنجها
تجهيزات لازم:
ميز هيدروليك، سه نوع دبي سنج، كرنومتر
اجزاي تشكيل دهنده دستگاه:
تئوري آزمايش :
در اين آزمايش ما به معرفي سه نوع دبي سنج مي پردازيم كه بشرح زير مي باشد.
الف)روتامتر: دستگاهي است براي اندازه گيري دبي در جريانهاي داخل لوله و كاربرد آن نسبت به ديگر دستگاههاي ديگر ساده تر و آسانتر است اين دستگاه عبارت است از يك لولة شيشه اي كه روي لوله مدرج است و درون لوله يك پيستون وجود دارد كه با دبي هايي مختلف اين پيستون حركت مي كند و عددي كه از درجة لوله خوانده مي شود مقدار دبي در آن لحظه است
ب) ونتوريمتر
ج) صفحة روزنه
اين دو وسيله بسيار شبيه هم هستند هر دو از يك لوله تشكيل شده اند كه سه مانومتر بترتيب در اول، وسط و آخر دستگاه نصب شده است كه در دبي هاي مختلف اعداد اين مانومترها تغيير مي كند و دبي در اين دستگاهها از ساده سازي معادله اساسي برنولي بشرح زير بدست مي آيد
كه در اين فرمول ضريب Cd بشرح زير مي باشد:
0.98= CD براي ونتوريمتر
63= CD براي صفحه روزنه
شرح آزمايش :
ابتدا دستگاه ميز هيدروليك را روشن مي كنيم و آب در اتصالات و دستگاههاي دبي سنجي جريان پيدا مي كند بعد از اين عمل فشار را در مانومترها قرانت مي كنيم و دبي را از روتامتر مي خوانيم و همچنين لازم به تذكر است كه اعداد مانومترها بشرح زير مي باشند
قرائت مربوط به ونتوريمتر: مانومترهاي شماره 1و2
افت به ونتوريمتر: مانومترهاي شماره 1و3
افت در روتامتر: مانومترهاي 4و5
قرائت مربوط به صفحة روزنه: مانومترهاي شماره 6و7
افت در صفحه روزنه: مانومترهاي شماره 7و8
بعد با كمك ميز هيدروليك دبي آب را بشرح آزمايش دبي سنجي اندازه مي گيريم و با دبي محاسبه شده براي هر دستگاه مقايسه مي كنيم كه اعداد بدست آمده در جدول زير آمده است:
|
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
NUM |
|
107 |
105 |
110 |
115 |
172 |
185 |
180 |
200 |
1 |
|
104 |
90 |
110 |
117 |
180 |
210 |
192 |
253 |
2 |
|
102 |
69 |
111 |
127 |
199 |
265 |
200 |
336 |
3 |
|
72 |
40 |
86 |
102 |
205 |
278 |
172 |
360 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q
دبي (lit/s) |
T
زمان (s) |
V
حجم(lit) |
قرائت روتامتر |
|
0.101 |
29.53 |
3 |
5 |
|
0.156 |
12.78 |
2 |
10 |
|
0.284 |
17.60 |
5 |
15 |
|
0.298 |
16.78 |
5 |
18 |
لازم به ذكر است كه واحد دبي در روتامتر و صفحه روزنه lit/min است و در ونتوريمتر lit/s
است
كه براي محاسبه كافي است در فرمول زير جاگذاري كنيم :
A1=12.882
A2=0.070
g=9.81
براي ونتوريمتر
براي صفحه روزنه
با مقايسه دبيهاي بدست آمده مشاهده مي شود كه اختلاف اندكي بين آنها وجود دارد كه اين اختلاف ناشي از خطاهايي است كه در بخش خطاها به آنها خواهيم پرداخت