2. M ení t ecích ztrát na vodní trati

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "2. M ení t ecích ztrát na vodní trati"

Peter Novotný
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 2. M ení t ecích ztrát na vodní trati 2. M ení t ecích ztrát na vodní trati 2.1. Úvod P i proud ní skute ných tekutin vznikají následkem viskozity t ecí odpory, tj. síly, které p sobí proti pohybu ástic tekutiny. Práce t chto sil zp sobuje rozptyl energie, která se p em ní na teplo. Tato energie se nazývá ztrátová. Na rovných úsecích potrubních systém závisejí ztráty energie u laminárního proud ní na rychlosti proud ní, tj. na velikosti Reynoldsova ísla. V p ípad turbulentního proud ní m že ztráta energie záviset i na vnit ní drsnosti potrubí. Celkov však t ecí ztráty závisejí na délce potrubí a projevují se jako tlakový úbytek. Zkoumání a vyhodnocování t ecích ztrát potrubí je zásadní pro správný návrh jak samotného potrubního systému, tak erpadla, které vhání do systému tekutinu ur itou omezenou rychlostí a tlakem, na který je dimenzováno. V extrémním p ípad by se mohlo stát, že t ecí odpory potrubního systému budou natolik veliké, že erpadlo nevytla í tekutinu až do zvoleného místa. Teoretické stanovení t ecí ztráty na prvku je obtížné a nep esné (rovnici pro výpo et t ecího sou initele nelze vyjád it analyticky), proto je stanovena experimentáln. Pro experimentální stanovení velikosti t ecí ztráty byl vytvo en zkušební obvod, viz obr obr. 2.1 Zkušební obvod 2.2. Popis m icího za ízení Zkušební m icí obvod se skládá z n kolika typ potrubí, kterými se m že rozvád t nap. voda v rodinném dom. Do obvodu je zapojeno hladké potrubí o vn jším pr m ru 20 mm (T1), 25 mm (T2) a 32 mm (T4) a drsné potrubí o vn jším pr m ru 25 mm (T3). Všechny typy potrubí mají stejnou délku l. Dále je do obvodu zapojena nádrž na vodu (N), 2-1

Na rovných úsecích potrubních systém závisejí ztráty energie u laminárního proud ní na rychlosti proud ní, tj. na velikosti Reynoldsova ísla.

2 erpadlo (HG), U trubice (UT1 UT5 a UTC) pro mení rozdílu tlakové energie a spojovací prvky potrubí. Zpsob zapojení je na obr. 2.2 a obr Obvod funguje tak, že erpadlo nasává vodu z instalované nádrže a vhání ji do potrubního systému. Potrubní systém je tvoen potrubím T1, T2, T3 a T4. Postupn je na každém typu potrubí zjišována tlaková diference z odbru tlaku pomocí U trubic. Odbrná místa zapojených U trubic jsou na zaátku a konci každého typu potrubí. Z potrubního systému je voda odvádna zpt do nádrže. obr. 2.2 Schématické znázornní zkušebního obvodu UTC C T1 T2 T3 T4 KK KK1 KK2 KK3 KK4 N HG UT1-5 obr. 2.3 Realizovaný obvod 2-2

Postupn je na každém typu potrubí zjišována tlaková diference z odbru tlaku pomocí U trubic.

3 Tlakovou diferenci je možno zjišovat pi rzných prtocích. Prtok vody je možno regulovat jak pomocí regulace erpadla (HG) (3 stupn prtoku), tak pomocí kulového kohoutu KK (plynulá regulace prtoku). Zmny tlakové diference jsou zjišovány na píslušné U trubici UT1-UT5. Mení rychlosti proudní v obvodu je realizováno pomocí clony a U trubice zaznamenávající vzniklou tlakovou diferenci na UTC, která je úmrná rychlosti proudní Specifikace použitých prvk Pi realizaci obvodu, viz obr. 2.3 byly použity tyto prvky: Nádrž (N) Objem nádrže: 42 dm 3 Valter Špalek-plexi erpadlo (HG) cirkulaní erpadlo WILO RS 25/4 230 V PN 10 Maximální tlakový spád: 10 kpa Jmenovité otáky: 1200/1650/2000 ot.min -1 WILO Clona (C) Vnitní prmr clony: Vnitní prmr potrubí: 14 mm VŠB Potrubí (T4) Vnjší prmr: Délka: STRO25P16X 32 mm 23,2 mm 1,104 m 2-3

Mení rychlosti proudní v obvodu je realizováno pomocí clony a U trubice zaznamenávající vzniklou tlakovou diferenci na UTC, která je úmrná rychlosti proudní. 2.3.

4 Potrubí (T3,T2) Vnjší prmr: Délka: STRO25P16X 25 mm 1,104 m Potrubí (T1) Vnjší prmr: Délka: STRO20P16X 20 mm 14,4 mm 1,104 m Kulový kohout (KK) SVEK025XXX Koleno 90 o SKO02590XX T - kus (K4) STK025XXXX U - trubice (UT1, UT2, UT3, UT4, UT5, UTC) VŠB CD-ROM 2-Tecí_ztráty_voda_popis.wmv 2-4

(KK) SVEK025XXX Koleno 90 o SKO02590XX T - kus (K4) STK025XXXX U -

5 2.4. Cejchovní kivka clony Pi použití clony jako midla prtoku je nutné znát tzv. cejchovní kivku clony, viz obr. 2.4, pomocí které lze ze ztrátové výšky na clon urit prtok, který je této ztrátové výšce úmrný Q v [m 3 h -1 ] y = x R 2 = h c [mm] obr. 2.4 Cejchovní kivka clony z obvodu na mení tecích ztrát 2.5. Postup mení, vyhodnocení a závr výpotu tecích ztrát Postup mení Pi stanovení tecích ztrát jednotlivého potrubí postupujeme následujícím zpsobem: 1. Seznámíme se s obvodem. 2. Vybereme jedno z mených potrubí T1, T2, T3 nebo T4 a u tohoto potrubí oteveme píslušný kohout KK1, KK2, KK3 nebo KK4. 3. Provedeme kontrolu uzavenosti všech ostatních kohout. 4. Pipojíme odbry tlaku na zaátku a konci meného potrubí pomocí hadiek na U trubici (pomocí U trubice se uruje ztrátová výška, ze které se vypoítá ztráta tlaku). 5. Pipojíme odbry tlaku ped a za clonou pomocí hadiek na U trubici. (Clona slouží k urení prtoku v obvodu.) 6. Provedeme kontrolu uzavenosti všech ostatních odbr tlak. 2-5

2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 h c [mm] obr. 2.4 Cejchovní kivka clony z obvodu na mení tecích ztrát 2.5. Postup mení, vyhodnocení a závr výpotu tecích ztrát Postup mení Pi stanovení tecích ztrát jednotlivého potrubí postupujeme následujícím zpsobem: 1.

6 7. Zapneme erpadlo. 8. Odeteme rozdíly výšek hladin vody h p, na U trubici pipojené k menému potrubí a rozdíly výšek hladin vody h c na U trubici pipojené ke clon. 9. Postupným pivíráním kohoutu KK až do jeho úplného uzavení získáme další hodnoty výšek hladin h p, h c a zapíšeme je do tabulky tab Je vhodné provést maximální poet mení. (Alespo 10) 10. Postup aplikujeme na všechna mená potrubí a zapíšeme do obdobných tabulek. Namené Vypoítané Mení hodnoty h c h p p p Q hodnoty v Re λ vypo. λ teoret [mm] [mm] [Pa] [m 3 h -1 ] [ms -1 ] [1] [1] [1] tab. 2.1 Vzorová tabulka pro namené a vypotené hodnoty Vyhodnocení mení Pro výpoet tecích ztrát je nutné znát ztrátovou výšku h (tlakovou ztrátu p), rychlost proudní v v potrubí, délku l potrubí a vnitní prmr d potrubí. Všechny pomocné neznámé vypoítáme a zapíšeme do tab Pi výpotu postupujeme takto: 1. Vybereme potrubí pro výpoet. 2. Pepoítáme pro mené potrubí ztrátovou výšku h p na tlakovou ztrátu p p. (Výpoet se provede pomocí rovnice pro výpoet hydrostatického tlaku.) p = ρg p h p 3. Do rovnice cejchovací kivky y = 0,0916 x 0,4405, viz obr. 2.4, dosadíme za promnnou x rozdíl ztrátových výšek na clon h c [mm] a výpotem této rovnice získáme hodnotu prtoku Q v [m 3 h -1 ] 4. Pomocí vypoítané hodnoty prtoku Q V (povšimnme si jednotek prtoku a nezapomeme je pevést na základní jednotky SI) vypoítáme z rovnice kontinuity rychlost proudní tekutiny v potrubí. (Nezapomeme, že každé potrubí má jiný 2-6

Postup aplikujeme na všechna mená potrubí a zapíšeme do obdobných tabulek. Namené Vypoítané Mení hodnoty h c h p p p Q hodnoty v Re λ vypo.

7 prmr d, a do výpotu se dosazuje vnitní prmr potrubí. Pesné hodnoty jsou uvedeny v kapitole Specifikace prvk.) Q = Sv v = Q S 4Q = 2 πd 5. Nyní vypoítáme ztrátový souinitel tení. Délka každého potrubí je l = 1,104 m. 2 l v 2g hpd hp = λvypo. λvypo. = 2 d 2g lv 6. Vypoítejme Reynoldsovo íslo, z ehož uríme, zda jde o turbulentní i laminární proudní. vd Re = typ proudní ν 7. Vypoítáme teoretický souinitel tení pouze pro výše urený typ proudní. - pro laminární proudní dle vzorce: 64 λ teoret. = Re - pro turbulentní proudní v hladkém potrubí podle vzorce: λ teoret. 0,3164 = 4 Re - pro turbulentní proudní v drsném potrubí podle vzorce: kde k = 0,001 mm. λ teoret. 100 k = 0,1 + Re d 0,25 8. Postup výpotu opakujme pro namené hodnoty všech potrubí., 9. Sestrojíme závislost tlakové ztráty tením na objemovém prtoku p = f ( ) pomocí regrese stanovíme typ a koeficienty závislosti. 10. Namené hodnoty vypo. vyhodnotí souinitel tení λ teoret.. λ se zakreslí do diagramu = f ( Re) p Q v λ a pro srovnání se CD-ROM 2-Tecí_ztráty_voda.wmv 2.6. Píklad výsledku mení tecích ztrát potrubí T1 Prezentování namených a vypoítaných hodnot je nevhodnjší pomocí grafu vyhotoveném nap. v programu Excel. 2-7

Vypoítáme teoretický souinitel tení pouze pro výše urený typ proudní. - pro laminární proudní dle vzorce: 64 λ teoret. = Re - pro turbulentní proudní v hladkém potrubí podle vzorce: λ teoret.

8 Potrubí (T1) Vnjší prmr: Délka: STRO20P16X 20 mm 14,4 mm 1,104 m obr. 2.5 potrubí prmru 20 mm Namené a vypotené hodnoty je zvyklostí vyhodnocovat jednak jako závislost tlaku na prtoku, viz obr. 2.6 a dále jako závislost ztrátového souinitele na Reynoldsov ísle, viz obr y = 2927,3x 1,7207 R 2 = 0,9993 p p [Pa] Q v [m 3 hod -1 ] obr. 2.6 Píklad závislosti tlaku na prtoku 2-8

5 potrubí prmru 20 mm Namené a vypotené hodnoty je zvyklostí vyhodnocovat jednak jako závislost tlaku na

9 tecí souinitel pro namené hodnoty spouinitel tení vypotený ze vzorce λ [1] Re [1] obr. 2.7 Píklad závislosti ztrátového souinitele na Reynoldsov ísle 2-9

Podobné dokumenty

1. M ení místních ztrát na vodní trati

1. M ení místních ztrát na vodní trati 1. M ení místních ztrát na odní trati 1. M ení místních ztrát na odní trati 1.1. Úod P i proud ní tekutiny potrubí dochází liem její iskozity ke ztrátám energie. Na roných úsecích potrubních systém jsou