skrypt.pdf
(
5982 KB
)
Pobierz
Laboratorium z Mechaniki Płynów i Hydrauliki
Politechnika Gdańska
LABORATORIUM
Z MECHANIKI PŁYNÓW
I HYDRAULIKI
praca zbiorowa
pod redakcją
Katarzyny Weinerowskiej
autorzy
Jerzy Sawicki, Wojciech Szpakowski
Katarzyna Weinerowska, Elżbieta Wołoszyn, Piotr Zima
recenzent
Kazimierz Burzyński
ISBN 83-920821-2-5
Gdańsk 2004
SPIS TREŚCI
ZAMIAST PRZEDMOWY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
I. WPROWADZENIE DO ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH (
K. Weinerowska
,
P. Zima
) . . . .
6
1. UWAGI WSTĘPNE (
K. Weinerowska
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2. ZASADY PRACY W LABORATORIUM HYDRAULICZNYM (
K. Weinerowska
) . . . .
6
3. DOKUMENTACJA PRAC LABORATORYJNYCH (
K. Weinerowska
) . . . . . . . . . . . . .
7
4. PRZEDSTAWIANIE DANYCH EKSPERYMENTALNYCH (
K. Weinerowska
) . . . . . .
7
4.1. Metoda tabelaryczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
4.2. Metoda graficzna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
4.3. Przedstawianie danych za pomocą równań matematycznych.
Aproksymacja zależności funkcyjnej metodą najmniejszych kwadratów . . . . . . . . . 11
5. PODSTAWOWE WIADOMOŚCI Z TEORII BŁĘDÓW (
P. Zima
) . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
5.1. Błędy bezwzględne i względne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
5.2. Błędy grube, systematyczne i przypadkowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
5.3. Ocena dokładności pomiarów pośrednich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.4. Statystyczna analiza błędów przypadkowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5.5. Funkcja gęstości rozkładu i prawdopodobieństwo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
II. MATERIAŁY POMOCNICZE (
K. Weinerowska, J. M. Sawicki
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1. WYBRANE PARAMETRY I CECHY FIZYCZNE PŁYNÓW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.1. Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2. Gęstość i lepkość płynu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2. WSPÓŁCZYNNIKI OPORÓW LOKALNYCH PRZY PRZEPŁYWIE
CIECZY W RUROCIĄGACH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3. WSPÓŁCZYNNIKI OPORÓW LINIOWYCH PRZY PRZEPŁYWIE CIECZY
W RUROCIĄGACH I KANAŁACH OTWARTYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4. ZASADA POMIARU NATĘŻENIA PRZEPŁYWU ZA POMOCĄ PRZELEWU
O OSTREJ KRAWĘDZI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5. SCHEMATY KANAŁÓW LABORATORYJNYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
III. OPISY DOŚWIADCZEŃ LABORATORYJNYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1. OPORY RUCHU CIAŁ PORUSZAJĄCYCH SIĘ W PŁYNIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.1. Podstawy teoretyczne (
P. Zima
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.2. Wyznaczanie współczynnika oporu cząstki stałej poruszającej się
w wodzie (Cd) (
P. Zima
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.3. Wyznaczanie współczynnika oporu pęcherzyków powietrza
poruszających się w wodzie (Cp) (
P. Zima
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.4. Pomiar lepkości wiskozymetrem Höpplera (Hp) (
P. Zima
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2
2. PRZEPŁYW CIECZY LEPKIEJ W RUROCIĄGACH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.1. Podstawy teoretyczne (
K. Weinerowska
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2. Wyznaczanie krytycznej liczby Reynoldsa (Re) (
K. Weinerowska
) . . . . . . . . . . . . . . 55
2.3. Cechowanie zwężki Venturiego (Vn) (
K. Weinerowska
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.4. Wyznaczanie współczynników oporów przy przepływie cieczy
w rurociągu (R) (
K. Weinerowska
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.5. Badanie pomp wirnikowych (Pmp) (
J. Sawicki
,
K. Weinerowska
) . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.6. Wyznaczanie siły naporu hydrodynamicznego na powierzchnię płaską
i czaszę półkulistą (PH) (
K. Weinerowska, E. Wołoszyn
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3. WYPŁYW CIECZY PRZEZ OTWORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.1. Podstawy teoretyczne (
K. Weinerowska, J.M. Sawicki
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2. Określanie czasu opróżniania zbiornika przez otwór w dnie (TO)
(
K. Weinerowska, J.M. Sawicki
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4. PRZEPŁYW WODY W KANAŁACH OTWARTYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.1. Podstawy teoretyczne (
K. Weinerowska
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.2. Wyznaczanie rozkładów prędkości i współczynników de Saint-Venanta w kanale
otwartym (α) (
J. Sawicki,
K. Weinerowska
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.3. Cechowanie zwężkowego kanału mierniczego typu Venturiego
(
KVn)
(
E. Wołoszyn
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.4. Badanie przelewu o ostrej krawędzi (
K. Weinerowska
) (Po) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
4.5. Badanie przelewu o szerokiej koronie (
K. Weinerowska
) (Pk) . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.6. Wyznaczanie parametrów ustalonego odskoku Bidone’a (Obd)
(
K. Weinerowska
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5. RUCH WODY W OŚRODKU POROWATYM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.1. Podstawy teoretyczne (
W. Szpakowski
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.2. Wyznaczenie współczynnika filtracji – doświadczenie i prawo Darcy’ego (F)
(
W. Szpakowski
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
LITERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
3
Zamiast Przedmowy
Drodzy Studenci,
Przekazujemy w Państwa ręce nowe materiały, mające stanowić pomoc dydaktyczną przy re-
alizacji zajęć laboratoryjnych prowadzonych na Wydziale Budownictwa Wodnego i Inżynierii Środo-
wiska Politechniki Gdańskiej w ramach przedmiotów Mechanika płynów oraz Hydraulika. Materiały
te zawierają nie tylko wiadomości niezbędne do poprawnego wykonania ćwiczeń laboratoryjnych i
prawidłowej interpretacji uzyskanych wyników, ale także odpowiednio dobraną część teoretyczną
dotyczącą każdego z omawianych zagadnień, ułatwiającą zrozumienie analizowanych zjawisk. Jest to
o tyle istotne, że ze względu na organizację zajęć niektóre ćwiczenia należy wykonać zanim stosowna
partia materiału zostanie omówiona w ramach wykładów. Użytkownik skryptu powinien więc opano-
wać umiejętność uczenia się w dwóch etapach – wstępnego, w celu świadomego wykonania ćwiczeń
laboratoryjnych, a następnie właściwego, najpóźniej przed przystąpieniem do egzaminu. Trzeba wy-
raźnie podkreślić, że opanowanie treści skryptu jest warunkiem koniecznym zdania takiego egzaminu,
lecz niewystarczającym.
Zgodnie z naszym założeniem, materiały zostały przygotowane w formie umożliwiającej
umieszczenie ich w sieci internetowej, a tym samym łatwe udostępnienie Studentom całości lub wybra-
nych fragmentów. Opracowanie podzielone zostało na trzy części, z których każda zawiera mniejsze
podrozdziały, mogące stanowić osobną całość. Część pierwszą stanowi wprowadzenie do laborato-
rium, wraz z niezbędnymi informacjami o zasadach prowadzenia doświadczeń, analizy uzyskanych
wyników i przygotowania dokumentacji laboratoryjnej. W części drugiej umieszczono materiały po-
mocnicze do laboratorium, między innymi wartości wybranych parametrów fizycznych i współczynni-
ków potrzebnych do obliczeń. Część trzecia zawiera właściwe opisy doświadczeń, przedstawione w
formie oddzielnych instrukcji, pogrupowanych według tematyki analizowanych zagadnień. Każdą gru-
pę instrukcji poprzedza rozdział wstępny, zawierający informacje ogólne z danej tematyki. Dla uła-
twienia korzystania z instrukcji, każde ćwiczenie laboratoryjne potraktowano niezależnie. W celu
przygotowania się do ćwiczeń należy więc przeczytać rozdział wstępny dla danego zakresu tematyki
oraz właściwą instrukcję do ćwiczenia.
Punktem wyjścia dla prezentowanych materiałów był skrypt Politechniki Gdańskiej „Labora-
torium z Machaniki Płynów i Hydrauliki”, przygotowany przez zespół pracowników Katedry Hydrau-
liki i Hydrologii PG w roku 1985 (wyd. II poprawione i uzupełnione – 1995). Od tego czasu zmianom
uległ program nauczania, zmodernizowano niektóre stanowiska laboratoryjne oraz zmieniono zakres i
sposób prowadzenia niektórych ćwiczeń. Wymagało to stworzenia nowych instrukcji do zajęć, w któ-
4
rych to instrukcjach – kierując się sugestiami oraz obserwacjami dotychczasowego przebiegu ćwiczeń
– w znaczący sposób poszerzono opis teoretyczny prezentowanych zagadnień
.
Jako autorzy prezentowanych materiałów chcemy podkreślić, że na charakter obecnego Labo-
ratorium Hydrauliki i Inżynierii Środowiska PG, ilość i rodzaj stanowisk doświadczalnych, ich funk-
cjonalność dydaktyczną, a w konsekwencji także pośrednio na kształt prezentowanych materiałów,
miały wpływ doświadczenie i zaangażowanie wielu byłych i obecnych pracowników Katedry Hydrau-
liki i Hydrologii, między innymi nieżyjącego już dr. hab. inż. Józefa Geringera, któremu funkcjonowa-
nie Laboratorium zawdzięcza szczególnie dużo.
Obok pracowników naukowo-dydaktycznych należy wspomnieć również pracę i zaangażowa-
nie pracowników technicznych. Wyrażamy więc szczególne podziękowania Panom Krzysztofowi Genc
i Andrzejowi Świerszczowi, których opinia i doświadczenie miały wpływ na ostateczny kształt prezen-
towanych materiałów i którzy od wielu lat czuwają nad bezpiecznym i bezawaryjnym przebiegiem
ćwiczeń laboratoryjnych.
Wreszcie szczególne podziękowania kierujemy do Studentów naszego Wydziału, którzy swoimi
opiniami ukierunkowali prace nad niektórymi instrukcjami i brali udział w ich testowaniu.
Przekazując niniejsze materiały mamy nadzieję, że dostarczą one potrzebnych informacji w
sposób jasny i przejrzysty, a zajęcia laboratoryjne będą nie tylko obowiązkiem, ale także przyjemno-
ścią.
Życzymy Państwu i sobie owocnej pracy.
Do zobaczenia w laboratorium
Autorzy
5
Plik z chomika:
erykdr
Inne pliki z tego folderu:
skrypt(1).pdf
(5982 KB)
Sprawozdanie (1)(1).JPG
(1712 KB)
pmpw_06(1).pdf
(618 KB)
Sprawozdanie (2)(1).JPG
(1632 KB)
Do obliczeń(1).xlsx
(17 KB)
Inne foldery tego chomika:
Ćw 10 Pomiar natężenia płynu za pomocą zwężek
Ćw 11 Pomiary prędkości i pla ciśnienia za pomocą sond spiętrzających
Ćw 12 Profil Prędkości w rurze kołowej
Ćw 14
Ćw 18 Wyznaczanie krzywych płynięcia cieczy lepkich nie newtonowskich
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin