مهندسین جوان

آزمايش جريان يكنواخت دركانال

هدف آزمايش :

هدف ازانجام مطالعه جريان يكنواخت دائم در كانال باز و بدست آوردن ضرائب چزي((chezy.براي دبي هاي مختلف و مقايسه آنها با نتايج تئوري مي بايد.

تئوري آزمايش :

متوسط اصطكاك بين جريان و بستر دريك جريان يكنواخت باگرفتن يك حجم كنترل به ترتيب زيرقابل محاسبه است . وزن آب داخل كنترل درجهت شيب برابر است با :                                                                                                  

S شيب آبراهه مي‌باشد. نيروي اصطكاك مقابل وزن داخل حجم كنترل را مي‌توان L طول حجم كنترل ، A سطح ρ دانسيته آب،كه P محيط ترشده استt متوسط تنش روي بستر و به صورت زيرنوشت كه دراين رابطه Tpl جريان يكنواخت مي توان نوشت :                           (1)                                                              كه درنتيجه :

                                                                                                            (2)     

 Rشعاع هيدروليكي است . از طرفي درجريانهاي آشفته مي توان بين تنش متوسط بستروسرعت متوسط رابطه تجربي زير رانوشت :  كه     

      (3)                                            

 ƒ  ضريب اصطكاك و V سرعت متوسط است بدين ترتيب باتوجه به رابطه (2) خواهيم داشت:

        (4)                      V= [2g/ƒt] 1/2 √RS                                                                           

                                                           V = C √RS       

C كه ضريب اصطكاك شزي نام دارد .

و يا بصورت ساده تر : رابطه (4) را مي توان به صورت زير نوشت :

         (5)                                            S = ƒ/R . V/2g                                  

       كه همان فرمول دارسي وايسباخ است معمولا" رابطه (5) را به دليل پيداكردن شكل ساده تر درمورد لوله ها به صورت زير مي نويسد :

        (6)                               S = ƒ/2R .V/2g                                                                  D = 4R   بوده وضريب دارسي وايسباخ مي باشد. درموردلوله ها ازآنجائيكه ƒ = 4 ƒ     كه

         (7)                                   ƒ/D.V/2g    S =                                      

براي ضريب دارسي وايسباخ روابط و نمودارهاي متعددي ارائه شده‌ است ازجمله نمودارمودي وفرمول كلبرك وايت اگر بستر آبراهه از نظر هيدروليكي صاف باشد مي‌توان ضريب دارسي وايسباخ را از رابطه زير يافت :

         (8)                                                ƒ = 0/224 Re                                                                

 لزجت سينماتيك آب است . براي اينكه بسترازنظر هيدروليكي صاف باشد بايد :

                                                      Re=VR/v

كه دراين رابطه :

      (9)                                                       <5 V                                   

 زبري مطلق بسترجريان مي باشد . Ks كه  يك رابطه تجربي ديگر نيز براي جريان يكنواخت توسط مانينگ ارائه گرديده كه به صورت زيراست .

    (10)                                                     V =1//n R 2/3 S 1/2                                                

كه با توجه رابطه (5) مي توان بين  C:ضريب اصطكاك شزي و: n ضريب اصطكاك مانيتگ رابطه زيررانوشت                                    

  (11)                                                                           C = R /n          

  مقدار جريان رادريك كانال بااستفاده ازفرمول مانينگ ويا شزي بشكل زير مي توان بدست آورد . اين دوفرمول در سيستم متريك عبارت از:

                                           = V A=1/n AR √S Q                                                                                                                                  

                                                  Q VA= CA√RS          

      N درفرمول مانينگ معرف زبري بستركانال است وبه ضريب زبري مانينگ معروف است . فرمول مانينگ به علت سادگي ونتايج  مقدار رضايتبخش آن بطور گسترده اي بوسيله مهندسين درحل مسائل مربوط به جريانهاي دائمي يكنواخت بكار گرفته مي شود .

      چونn بدون بعد مي باشد درهردوسيستم متريك وانگليسي يكسان است وازاين لحاظ چون هيچگونه تغييروتبديل بعدصورت نمي گيرد مقدار nرامي توان ازجداول مخصوص بدست آورد.                                                                                         

روش انجام آزمايش:

  1- بوسيله اهرم تنظيم كانال رابا شيب دلخواه تنظيم نمائيد .

  2- انتهاي كانال رابوسيله مانع ببنديد .

  3- پمپ راروشن نموده تاآب درپشت مانع جمع شود ، سپس پمپ راخاموش كنيد .

4-ارتفاع آب موجود درابتداوانتهاي كانال ( a  ) رايادداشت نمائيد وهچنين فاصله بين دو    

 محل اندازه  گيري ارتفاع ( h1 , h2) رابه كمك ورنيه اندازه گيري كنيد .    

  5- مانع رابرداشته وبه كمك پمپ آب رادركانال به جريان انداخته وشير كنترل راكاملا" باز كنيد

6- بعدازپايدارشدن جريان عمق آب رادرچندنقطه ازكانال اندازه گيري نمائيد ومتوسط گيري  

كنيد  سپس دبي رابه دوروش كنتور ومخزن اندازه گيري نمائيد .

7- اعداد يادداشت شده رادرجدول قرار داده وآزمايش رادردوشيب ديگرتكراركنيد .

محاسبات :      

B=75mm                         d=(h1+h2+h3)/3                    S=(h1-h2)/a                R=A/P