مقاله در مورد ازمایش دبی سنجی سیالات در pdf دارای 16 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد مقاله در مورد ازمایش دبی سنجی سیالات در pdf کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد ازمایش دبی سنجی سیالات در pdf ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن مقاله در مورد ازمایش دبی سنجی سیالات در pdf :
ازمایش دبی سنجی سیالات
شرایط آزمایشگاه : دما: 23°C رطوبت: % 52 فشار: mmHg 641
روشهای اندازه گیری :
1) روش مستقیم :
این روش،روش دقیقی برای محاسبه دبی سیالات می باشد،ولی کاربردش محدود است.(روش آزمایشگاهی است)در کالیبره کردن دبی سنجها استفاده می شود.
2) روش غیر مستقیم :
الف) بر اساس اختلاف فشار موضعی در جریان سیال (در لوله هایی که در طولشان دارای مقاوم موضعی هستند.)
الف-1) روزنه ها (Orifice):دارای انقباض و فوران هستند.
الف-2) شیپوره ها:در شیپوره بر خلاف روزنه،فوران و انقباض نداریم.
الف-3) قطعات همگرا- واگرا- لوله وانتوری (Venturi Tube) : در این روش افت انرژی زیاد است.
الف-4) زانویی (Elbow meter) : در این روش تلفات انرژی به صورت افت فشار ظاهر می شود.
ب) استفاده از وسایل اندازه گیری سرعت جریان در مقطع
ب-1) اندازه گیری دبی از طریق پروفیل سرعت
ب-2) سرعت موضعی در مقطع
ج) استفاده از موانع داخل جریان
ج-1) دبی سنجهای توربینی
ج-2) دبی سنجهای پسایی (از نوع دراگ هستند.)
تعیین سرعت موضعی یا سرعت متوسط در مقطع:
در این روش سرعت عبوری سیال را در هر مقطع مشخص می کنند و پروفیل کامل سرعت را رسم می کنند(پرو فیل سرعت را با وارد کردن سیال رنگی به داخل جریان برای نمایان شدن سرعت سیال مشخص می کنند) سپس با استفاده از فرمول زیر دبی را می یابند:
q_v=V_i A_i
این روش چون زمان بر است فقط در کارهای دقیق تحقیقاتی کار برد دارد.
اندازه گیری سرعت موضعی به کمک لوله ی پیتو:
لوله پیتو یک وسیله با دوام و یک روش بسیار دقیق برای اندازه گیری سرعت است.اگر سرعت یک نقطه ی را بیابیم و در فرمول زیر بگذاریم دیگر زمان زیادی لازم نیست و این روش عملیاتی می شود.در تمامی شیوه های این روش از یک سطح جریان به کمک پیزو متر،فشار استاتیکی جریان وتوسط لوله ی پیتو فشار مطلق داخل جریان را اندازه می گیرند و اختلاف این دو فشار، فشار دینامیکی جریان را نشان می دهد که با در دست داشتن آن می توان دبی جریان را محاسبه کرد. نقطه ی S نقطه ی توقف است بین دو نقطه یS وM معادله ی برنولی را می نویسیم اگر لوله ی پیتو عمود نباشد جریان را کاملا متوقف نمی کند و خطای زیادی ناشی از مولفه های سرعت خواهیم داشت.
انواع لوله های پیتو:
فلومتر پیتو:
در این دستگاه از 4 نقطه فشار دینامیکی و فشار کل سیال را اندازه می گیریم که باعث افزایش دقت آزمایش می شود.و خطای ناشی از عمود نبودن لوله ی پیتو تقلیل می یابد.
لوله ی پیتو- پرانتل:
در این دستگاه نیز می توان لوله ی پیتو و استاتیک را یکی گرفت. در مقطع نشان داده شده 8 سوراخ موجود است که فشار استاتیک را با آنها اندازه می گیرند.
نحوه انجام آزمایش:
پیتومتررا وارد مدار می کنیم.این دستگاه شامل یک شبکه لوله است که آب در آن توسط پمپی که به یک مخزن متصل است به گردش در می آید و در مسیر لوله ها روزنه،شیپوره ، قطعه ی هم گرا- واگرا و یک پیتو متر موجود است . می توان بالا دست و پایین دست هر یک از این قطعات را به دو لوله ی پیزو متر که در دستگاه تعبیه شده است وصل کرده و از این طریق اختلاف فشار آنها را
بدست آورد قبل از آزمایش پیزومتر هواگیری می‌شود بدین‌ترتیب که ابتدا شیر بالای پیزومتر باز شده و از پایین فشار آب باعث می‌شود که سطح آب بالا رود و هوا را از شیر بالای مخزن خارج کند بعد از هواگیری کامل شیر مخزن بسته شده و هوای فشرده مجدداً دمیده می‌شود. این هوای فشرده باعث می‌شود که از بالا به سطح سیال فشار وارد آید اگر از این هوای فشرده استفاده نشود نیاز
به لوله بلندی است که بازای هر یک اتمسفر اختلاف فشار باید 10m لوله استفاده کرد که این کار عملاً غیرممکن است. چون اساس کار دبی سنجی بر اختلاف فشار است و این هوا بر هر دو طرف لوله پیزومتر به یک اندازه فشار وارد می‌کند پس خطای اندازه‌گیری در پی نخواهد داشت.
پمپ را روشن می کنیم و توسط فلکه ای که در مسیر موجود است دبی هایی را به شبکه وا
رد کرده و حجم سیال شارش شده به کمک آب‌نما اندازه‌گیری می‌شود وقتی که سطح آب به صفر رسید کرونومتر را استارت کرده و وقتی سطح آن به ده رسید متوقف می‌شود. پس حجم سیال برابر با Lit 10 است از حاصل تقسیم حجم بر زمان شارش دبی واقعی محاسبه می‌شود. این کار با باز شدن فلکه آب چند بار تکرار می‌شود. به ازای هر بازشدگی فلکه دبی و ارتفاع یک باراندازه‌گیری می‌شود و مقدار آنها در فرمول جاگذاری می‌گردد.با به دست آوردن کمیتهای لازم می توان C ,Re ,V را با فرمول های زیر بدست آورد جدول زیر نشان دهنده ی اطلاعات بدست آمده برای لوله ی پیتو می باشد :
با نوشتن معادله برنولی بین نقاط 1 و 2 داریم :
V_1^2/2g+Z_1+P_1/=V_2^2/2g+Z_2+P_2/ (( P_2=P_s ) ) V_1^2/2g=P_s/-P_1/=h
V_1=2gh ( ( m)s) , q_v=v_(آب حجم)/t_زمان ( m^3s) ,
D_(اصلی لوله قطر)=003175 m , A_(لوله مساحت)=0000792 m^2
Re_(رینولد عدد)=(V_1×D_(اصلی لوله قطر) _(حجمی جرم))/_ویسکوزیته
q_v_(واقعی دبی)=A_(لوله مساحت)×c 2gh ( m^3s)
q_v_(واقعی دبی)/(A_(لوله مساحت)×2gh)=c , _(حجمی جرم)=99776 kg/m^3 , _ویسکوزیته=0000938 Pa.s
Re c q_v_(واقعی ) V_1=2gh h(mm) t(s)
90375.99 1.179 0.0025 2.676 365 4
82608.25 1.084 0.0021 2.446 305 4.6
67714.45 1.044 0.0017 2.005 205 5.6
6166912 1037 00015 1826 170 63
3505615 1094 00009 1038 55 11
2114176 1008 00005 0626 20 171
همانطوریکه از نتایج مشخص می شود تغییرات c با کاهش دبی یعنی بسته شدن فلکه ابتدا سیر نزولی و بعد صعودی دارد. این مطلب در روی نمودار صفحه آخرکاملاً مشهود است. راستای x این نمودار جهت کاهش دبی و به تبع آن کاهش عدد رینولدز و راستای y آن راستای افزایش c است.دلایل زیر را می توان علت خطاهای موجود در آزمایش دانست:
1- خطای اندازه گیری زمان
2- خطای خواندن سطح آب مانومتر
3- تجهیزات اضافی نصب شده برروی لوله موجود درآزمایشگاه تا حدودی
4- هوای داخل لوله های پیزومتر جهت اندازه گیری فشار
کاربرد صنعتی لوله پیتو اندازه گیری سرعت موضعی جریان و به تبع آن اندازه گیری دبی است. چون فاصله دهانه لوله پیتو می تواند از سطح لوله و یا سطح آزاد مایع در کانال های باز تغییر کند پس می توان از آن برای توزیع سرعت در لایه مرزی بهره گرفت.یکی از کاربردهای متداول لوله پیتو دراندازه گیری سرعت هواپیماست.ولی چون در این مورد اثرات تراکم پذیری نیز ظاهر می شود باید ضریب تصحیح بیشتری به کار برد. مزیّت لوله پیتو این است که این لوله نسبت به انحراف از امتداد جریان حساس نیست و اگر انحران آن نسبت به امتداد جریان کمتر از 15° باشد،خطای حاصل تنها در حدود چند درصد معدود(دو یا سه درصد) خواهد بود که این ویژگی خیلی حائز اهمیت است.
دیافراگم(روزنه یا Orifice):
اریفیس معمولا روزنه ای گرد است که سیال از آن عبور می کند.صفحه اریفیس ورق نازکی است که می توان بین فلانج های لوله گیره کرد. شکل بعد یک صفحه اریفیس را نشان می دهد که بر روی لوله ای که جریانی از سیال از آن عبور می کند بسته شده است. همانطوریکه دیده می شود سیال بعد از خروج از روزنه به صورت یک جت در می آید که در زیر آن سیال ساکن (سیال مرده) وجود دارد.
بررسی نظری مسئله ( تئوری مسئله )
روش های مختلفی برای اندازه گیری دبی جریان ، در لوله ها وجود دارد. دو روش عمده برای اندازه گیری دبی وجود دارد که عبارتند از: 1- روش مستقیم 2- روش غیر مستقیم
در روش اول برای تعیین آهنگ شارش برای جریان های مستقیم مایع پایا ، می توان از یک مخزن استفاده کرد ، به این منظور حجم یا جرم مایعی که در یک بازه زمانی معین جمع آوری می شود ، اندازه گیری می شود و از فرمول دبی به دست می آید. اگر بازه زمانی به اندازه کافی طولانی
باشد تا اندازه گیری دقیق انجام شود ، به این طریق می توان آهنگ های شارش را با دقت اندازه گرفت. این روش در مقیاس بزرگ و صنعتی کاربرد چندانی ندارد و بیشتر برای اندازه گیری دبی در دستگاه ها و تاسیسات کوچک و نیز کالیبره کردن سایر دبی سنج های غیر مستقیم به کار می رود. به همین منظور روش دوم یعنی روش غیر مستقیم کاربرد عملی و آزمایشگاهی دارد که در ذیل به طور مفصل مورد بررسی قرار می گیرد.
چندین روش برای اندازه گیری دبی به روش غیر مستقیم وجود دارد که عبارتند از:
1-2- قرار دادن اجزای متمرکز در مسیر جریان سیال که افت موضعی ایجاد می کنند یعنی روشی که بر افت فشار موضعی استوار است. در این آزمایش از این روش استفاده خواهیم کرد.
2-2- تعیین دبی با استفاده از تعیین سرعت موضعی یا سرعت متوسط در مقطع
q_v=_0^r2rvdr , V_موضعی/V _متوسط =k
2-3- تعیین دبی با استفاده از تعبیه موانع در داخل جریان که در دو نوع ثابت و متحرک وجود دارد که مورد اول در دبی سنج های پسایی و مورد دوم در دبی سنج های توربینی مورد استفاده قرار می گیرد.
در این آزمایش روش اول از روش های غیر مستقیم یعنی دبی سنج های از نوع افت فشار موضعی را مورد مطالعه قرار خواهیم داد. اجزای متمرکزی که در این روش به کار می روند عبارتند از:
2-1-1- روزنه ها ( orifice ) : که به شکل زیر می باشند:
هم در بالادست و هم در پایین دست لایه های جریان به صورت موازی هستند. روزنه دارای اصطکاک بوده و در اثر عبور جریان از آن ، پدیده فوران و انقباض رخ داده و گردابه تشکیل می شود و از آنجا که تشکیل گردابه مصرف کننده انرژی است پس باعث افت فشار خواهد شد. قبل از روزنه شتاب مثبت و بعد از آن منفی می باشد.
2-1-2- شیپوره ها ( nozzle ) : که به شکل زیر می باشند:
در اینجا نیز فوران و گردابه داریم اما انقباض نداریم بنابراین مقدار انرژی مصرفی نسبت به روزنه کمتر است و به همین دلیل افت فشار نیز کمتر خواهد بود.
2-1-3- قطعات همگرا – واگرا مانند لوله وانتوری ( venturi meter ) : که به شکل زیر می باشند:
در لوله وانتوری اصطکاک و شتاب منفی داریم ولی فوران و گردابه نداریم.
2-1-4- زانوها ( elbow ) : که به شکل زیر می باشند:
مطالعه تجربی
سکوی مطالعه:
در این آزمایش با کالیبره کردن دبی سنج های از نوع افت فشار موضعی آشنا خواهیم شد.
با توجه به شکل زیر روابط لازم را برای روزنه ، شیپوره و لوله وانتوری به دست می آوریم:
همان طور که در شکل نشان داده شده است جریان در دو ناحیه 1 و 3 توسعه یافته است. از محل قرار گرفتن روزنه تا ناحیه 3 منطقه تاثیر مقاومت موضعی است. جریان پس از عبور از روزنه منقبض می شود. به ناحیه 2 ، منطقه فوران منقبض شده ( VENA CONTRACTA ) گویند یعنی جایی که جریان قبل از آن منقبض و بعد از آن منبسط می شود و همان طور که در روی شکل نیز
نشان داده شده است خطوط جریان در این ناحیه موازی هستند. همان طور که می بینیم لبه های روزنه به صورت پخ هستند که به خاطر نچسبیدن سیال به دیواره به این صورت طراحی شده اند. دو پیزومتر را در دو ناحیه 1 و 2 و برای اندازه گیری اختلاف فشار بین این دو نقطه قرار می دهیم. می دانیم که دبی عبوری از لوله ، از طریق رابطه مقابل به دست می آید:
q_v=A_1 V_1=A_2 V_2=A_0 V_0
از آنجا که A2 در روزنه معلوم نیست آن را به طریق مقابل محاسبه می کنیم:
C_c=A_2/A_0
رابطه برنولی را بین دو نقطه 1 و 2 می نویسیم:
V_1^2/2g+Z_1+P_1/=V_2^2/2g+Z_2+P_2/ ( h=)(Z_1+P_1/)-(Z_2+P_2/)
V_2^2/2g=[(Z_1+P_1/)-(Z_2+P_2/) ]+V_1^2/2g
همان گونه که از روی شکل پیداست عبارت داخل کروشه برابر با h می باشد بنابراین:
V_1^2/2g=C_c^2 (A_0/A_1 )^2×V_2^2/2g ( h=) V_2^2/2g [1-C_c^2 (A_0/A_1 )^2 ]
V_2=2gh/[1-C_c^2 (A_0/A_1 )^2 ]^0.5 =V_2 A_2=V_2 C_c A_0
q_v_تئوری=C_c (A_0 2gh)/(1-C_c^2 (A_0/A_1 )^2 ) , q_v_(واقعی دبی)=C_v ×q_v_تئوری
q_v_(واقعی دبی)=C_d(A_0 2gh)/(1-C_c^2 (A_0/A_1 )^2 ) , C_d=C_c×C_v
اما در شیپوره C_c=1 و در لوله وانتوری نیز انقباض وجود ندارد ، بنابراین فرمول دبی برای شیپوره و لوله وانتوری به صورت زیر خواهد بود:
q_v_(واقعی دبی)=C_d(A_0 A_1)/(A_1^2-A_0^2 ) 2gh
در این آزمایش فقط وابستگی ضریب دبی به عدد رینولدز را در نظر خواهیم گرفتc_d= c_d (Re) وسیله ای که در این آزمایش مورد استفاده قرار می گیرد در شکل زیر به صورت شماتیک نشان داده شده است:
همان طور که در شکل نشان داده شده است هر یک از روزنه یا شیپوره و یا لوله وانتوری می توانند در مسیر جریان قرار گیرند. روش کار به این صورت است که ابتدا شیر A را اندکی باز می کنیم. با باز کردن شیر ، سیال در لوله جریان می یابد و آب در مخزن سمت راست انباشته می شود. این مخزن مدرج شده است و می توان وقتی سطح آب به یک مقدار مشخص رسید اندازه گیری زمان را آغاز کرد و وقتی حجم آب به یک مقدار مشخص رسید زمان را متوقف کرد و بدین صورت زمان لازم
برای پر شدن حجم مورد نظر را به دست آورد. سپس افت فشار یعنی h را از روی مانومتری که در شکل نشان داده شده است و با آب کار می کند ، می خوانیم. همان طور که می بینیم از بالا به مانومتر هوای فشرده دمیده می شود. این هوای فشرده باعث می‌شود که از بالا به سطح آب فشار وارد آید و اگر از این هوای فشرده استفاده نشود نیاز به لوله بلندی خواهد بود که این کار
عملاً غیرممکن است. بعد از هر بار پر شدن مخزن و اندازه گیری زمان ، دریچه تخلیه را باز می کنیم تا مخزن خالی شود. سپس شیر را اندکی بیشتر باز می کنیم و همین مراحل را دوباره تکرار می کنیم. و چندین بار این آزمایش را انجام می دهیم. در هر مرحله با داشتن حجم و زمان ، دبی را از طریق فرمول q_v=v/t محاسبه می کنیم. و با داشتن h ، ضریب دبی ( c_d ) ، را محاسبه می کنیم که در مورد لوله وانتوری اندیس 0 برای گلوگاه است. سپس عدد رینولدز
را محاسبه می کنیم. برای این کار لازم است که سرعت جریان را به دست آوریم. سرعت را از این فرمول به دست می آوریم:V =(4q_v)/(d^2 ) و در انتها ضریب دبی را بر حسب عدد رینولدز در روی نموداری رسم می کنیم.متوسط ضرایب دبی به دست آمده ، برای کالیبره کردن دبی سنج به کار می رود.
اندازه گیری ها:
قبل از انجام آزمایش باید مانومتر را هواگیری کنیم بدین‌ترتیب که ابتدا شیر بالای مانومتر را باز کرده و از پایین از طریق یک کمپرسور ، هوای فشرده می دمیم. این کار باعث می‌شود که سطح آب بالا رود و هوا را از شیر بالائی خارج کند. بعد از هواگیری کامل ، شیر را می بندیم.
لوله وانتوری:
ابتدا لوله وانتوری را در مسیر جریان آب قرار می دهیم. مشخصات این لوله به شرح زیر می باشد:
d_1=31.75 mm , d_0=15.875 mm , _1=27° , _2=14°
در مورد لوله وانتوری در همه مراحل حجم آب را برابر با 10 لیتر می گیریم. یعنی زمان لازم برای پر شدن 10 لیتر آب را اندازه می گیریم.
اعداد به دست آمده برای لوله وانتوری به شرح زیر می باشند:
4 3 2 1 آزمایش
10 10 10 10 v(Lit)
12 18.5 24.4 30 t(s)
440 335 210 150 h(mm)
شیپوره:
در مرحله بعدی شیپوره را در مسیر جریان آب قرار می دهیم. مشخصات شیپوره به شرح زیر می باشد:
d_1=31.75 mm , d_0=21.4 mm
در مورد شیپوره نیز حجم آب را در همه مراحل برابر با 10 لیتر می گیریم.
اعداد به دست آمده برای شیپوره به شرح زیر می باشند:
4 3 2 1 آزمایش
10 10 10 10 v(Lit)
6.1 7 8 11 t(s)
745 530 420 130 h(mm)
دیافراگم:
3 2 1 آزمایش
10 10 10 v(Lit)
11.6 12.8 17.2 t(s)
680 540 290 h(mm)
جداول و نمودارها:
لوله وانتوری:
4 3 2 1 شماره آزمایش
83×10^(-4) 54×10^(-4) 41×10^(-4) 33×10^(-4) q_v=v/t(m^3/s)
1.38 1.03 0.99 0.95 C_d
99229.9 86584.2 68552.9 57937.8 Re
شیپوره:
4 3 2 1 شماره آزمایش
164×10^(-4) 143×10^(-4) 125×10^(-4) 909×10^(-4) q_v=v/t(m^3/s)
1.11 1.09 1.08 1.41 C_d
99229.9 86584.2 68552.9 57937.8 Re
دیافراگم:
3 2 1 شماره آزمایش
86×10^(-4) 78×10^(-4) 58×10^(-4) q_v=v/t(m^3/s)
0.79 0.80 0.82 C_d
124959.3 111450.2 81054.7 Re
اکنون نمودار ضریب دبی را بر حسب عدد رینولدز برای لوله وانتوری و شیپوره و دیافراگم رسم می کنیم:
برای شیپوره:
کلمات کلیدی :
