[مهندسی نفت/آزمایشگاه مکانیک سیالات]
آزمایش اول :تحقیق در رابطه برنولی
آزمایش دوم: دستگاه اصطکاک در لوله ها
آزمایش سوم: افت فشار
آزمایش چهارم:کالیبراسیون فشارسنج
آزمایش پنجم: نیروهای وارد بر یک جسم غوطه ور در مایع ساکن
آزمایش ششم :به هم پیوستن پمپ ها سری و موازی
آزمایش هفتم : رینولدز
آزمایش هشتم :جریان های گردابی
آزمایش نهم :تونل باد
آزمایش دهم :برخورد جت آب به اجسام
آزمایش یازدهم :اندازه گیری دبی در لوله ها
آزمایش دوازدهم: کاویتاسیون
آزمایش اول :تحقیق در رابطه برنولی
هدف آزمايش:
بررسی رابطه برنولی به وسیله اندازه گیری سرعت و فشار در مقاطع مختلف یک ونتوری افقی و مقایسه آن با حالت تئوری.
تئوري آزمايش :
با در نظر گرفتن یک المان حجمی از سیال و نوشتن معادلات پیوستگی و ممنتوم برای آن و به کار بردن فرض های ساده کننده، به معادله زیر می رسیم:
با فرض ثابت بودن دانسیته سیال(تراکم ناپذیری سیال)، می توان از معادله بالا انتگرال گرفت:
که در آن:
z : ارتفاع خط جریان از مبداء
U : سرعت خط جریان
P : فشار
g : شتاب ثقل
ρ : دانسیته سیال
معادله بالا بر فرضیات زیر استوار است:
1- معادله برای سیال تراکم ناپذیر صادق است.
2- جریان یکنواخت فرض شده است.(steady state)
3- معادله در طول یک خط جریان بدست آمده است.
4- جریان بدون اصطکاک است.
5- کار مکانیکی روی سیستم انجام نمی شود.()
معادله تصحیح شده برنولی برای جریان داخل لوله ها:
بسیاری از جریان های سیالات در حوضه مهندسی شامل جریان هایی هستند که توسط یک دیواره جامد تحت تأثیر قرار می گیرند و بنابراین شامل یک لایه مرزی هستند. مهمترین حالت این جریان ها، جریان داخل لوله ها است.
برای بسط دادن معادله برنولی به صورتی که حالات عملی فوق را نیز شامل شود، دو تصحیح لازم است. اولین تغییر(که از اهمیت کمتری برخوردار است)، تصحیح انرژی جنبشی به خاطر تغییر سرعت سیال بر حسب موقعیت نقطه نسبت به دیواره است(بیشترین سرعت در مرکز و کمترین سرعت در مجاور دواره است).دومین تصحیح(که اهمیت زیادی دارد)، تصحیح رابطه برنولی به علت وجود اصطکاک است.
1- تصحیح انرژی جنبشی:
در بررسی وضعیت جریان درون کانال های باز و بسته، اغلب تحلیل یک بعدی به کار می رود. کل جریان به صورت یک لوله بزرگ با سرعت متوسط V در هر مقطع در نظر گرفته می شود، اما این انرژی جنبشی در واحد وزن برحسب هد سرعت متوسط سیال(یعنی ) برابر مقدار متوسط روی تمام سطح مقطع نمی شود. بنابراین لازم است که یک ضریب تصحیح α برای جمله چنان محاسبه کنیم که α برابر متوسط انرژی جنبشی در واحد وزن سیال گذرنده از هر سطح مقطع باشد:
که در آن:
V: سرعت متوسط سیال
A : سطح مقطع جریان
می باشد.
2- تصحیح رابطه برنولی به خاطر وجود اصطکاک:
اصطکاک اثر خود را به صورت کاهش انرژی مکانیکی در یک سیال نشان می دهد. بر اساس قانون بقای انرژی، مقداری حرارت معادل کاهش انرژی مکانیکی تولید می شود. اصطکاک سیال می تواند به عنوان هر نوع تبدیل انرژی مکانیکی به حرارت در جریان سیال تعریف شود. برای سیالات تراکم ناپذیر، رابطه برنولی با افزودن یک جمله به سمت راست معادله 3 ، تصحیح می شود.
که در این رابطه افت انرژی به ازاء واحد وزن سیال است.
ونتوري لوله اي است كه سطح مقطع آن بتدريج كم ميشود و بعد از قسمت باريك شده لوله (گلوگاه) دوباره سطح مقطع آن اضافه شده تا به قطر اوليه مي رسد. در اين آزمايش علاوه برآشنايي با ونتوري و تغييرات فشار در قسمت هاي مختلف آن، مدرج كردن يك ونتوري متر به عنوان وسيله اي جهت اندازه گيري دبي در لوله ها نیز انجام مي شود.
در شكل (1) يك جريان ايده آل مايعي در لوله ونتوري نشان داده شده است. اگرan , a4 ,a1 به ترتيب سطح مقطع لوله ونتوري در مدخل ورودي، گلوگاه و مقطعي اختياري و همچنين hn , h4 , h1 ارتفاعات پيزومتري در اين مقاطع باشند با صرفنظر كردن از افت انرژي در لوله ونتوري و ثابت فرض كردن سرعت و ارتفاعات پيزومتري در هر مقطع مي توان رابطه برنولي و پيوستگي را بين دو مقطع نوشت و با حذف يكي از سرعت ها در دو رابطه فوق رابطه (1-6) را نتيجه گرفت و سپس دبي ايده آل جريان را از رابطه(1-7) بدست آورد.
با توجه به افت انرژي بين مقاطع1 و 4 و ثابت نبودن سرعت ها در هر مقطع، مقدار واقعي دبي جريان كمتر از مقدار بدست آمده از رابطه (1-7) مي باشد. براي برطرف نمودن اثراث فوق ضريبي بنام (ضريب دستگاه) كه با C نشان داده ميشود به طرف دوم رابطه (1-7) اضافه كرده و عملاً بصورت رابطه (1-8) مورد استفاده قرار مي گيرد.به كمك رابطه برنولي و معادله پيوستگي بين مقاطع ورودي و هر مقطع اختياري ديگر مي توان فشار ايده- آل را در طول لوله ونتوري بصورت رابطه (1-9) بدست آورد.
شرح دستگاه و روش آزمايش :
در این آزمایش برای بررسی معادله برنولی از یک ونتوری متر استفاده می شود. شكل (2) نشان دهنده دستگاه ونتوري مي باشد. در طول لوله ونتوري يازده پيزومتر جهت اندازه گيري فشار در نقاط مختلف ونتوري نصب شده است. توسط تلمبه كردن هوا از مسيري در بالاي پيزومترها ميتوان سطح آب در شاخه هاي پيزومتري را در مقياس مدرج پشت آنها قرار داد. در ونتوري مترهائي كه براي اندازه گيري دبي جريان بكار مي روند. فقط دو پيزومتر يكي در ورودي و ديگري در گلوگاه ونتوري نصب ميشود زيرا اندازه گيري دبي فقط بستگي به مقدار ارتفاع متناظر با فشار اين دو مقطع دارد تغييرات دبي جريان توسط شير كنترل در قسمت خروجي ونتوري انجام مي گيرد.
فرمت word
oil-yasuj.ir
