1. M ení místních ztrát na vodní trati

Transkript

1 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 ztráty zp sobené nit ní drsností potrubí tz. t ecí ztráty. Vzhledem k tomu, že potrubních systémech býají krom t chto roných úsek také r zná kolena, odbo ky, armatury, m icí za ízení, isti e, chladi e, zúžení pr ezu potrubí, rozší ení pr ezu potrubí atd., t chto ástech dochází ke zm n elikosti i sm ru rychlosti proud ní, což yoláá zaí ení tekutiny, pop ípad odtržení proudu spojené z rozptylem energie. Tato energie proudící kapaliny se rozptyluje míst potrubí, kde dochází ke zm n ektoru rychlosti, proto je rozptyl nazýán místními ztrátami. Zkoumání a yhodnocoání místních ztrát jednotliých prk potrubí je zásadní pro spráný nárh jak samotného potrubního systému, tak erpadla, které hání do systému tekutinu ur itou omezenou rychlostí a tlakem na který je dimenzoáno. V extrémním p ípad by se mohlo stát, že odpory potrubního systému budou natolik eliké, že erpadlo tekutinu p es potrubní systém neprotla í. Teoretické stanoení místní ztráty na prku je obtížné a nep esné, proto je nezbytné p esné stanoení odporu proést experimentáln. Pro experimentální stanoení elikosti ztráty n kterých prk byl yto en zkušební obod iz obr obr. 1.1 Zkušební obod 1.. Popis m icího za ízení Zkušební m icí obod se skládá z prk, které mohou to it nap íklad rozod ody rodinném dom. Je n m použito n kolik prk, na kterých dochází k místním ztrátám energie. Jmenoit to jsou tyto prky: clona (C), koleno 90o (K4), kuloý kohout (KK1), zúžení pr ezu potrubí (RH1), rozší ení pr ezu potrubí (RH), elký oblouk (KR, K1, K), 1-1

2 kompenzaní smyka (KS), entil pímý (VP) a koleno 45 o (K3). Dále je obod toen tmito prky: nádrž na odu (N), erpadlo (HG), U trubice (UT1 UT5 a UTC) pro mení rozdílu tlakoé energie a spojoací prky potrubí. Zpsob zapojení je na obr. 1. a obr Princip funkce obodu: erpadlo nasáá odu z instaloané nádrže a hání ji do potrubního systému. V tomto systému jsou umístné prky na nichž je zjišoána tlakoá diference z odbru tlaku ped a za každým prkem pomocí U trubic pipojených na tato odbrná místa. Z potrubního systému je oda odádna zpt do nádrže. obr. 1. Schématické znázornní zkušebního obodu KR, K1, K RH RH1 KK1 UTC KK C K4 KS VP K3 UT1-5 HG obr. 1.3 Realizoaný obod N 1-

3 Tlakoou diferenci je možno zjišoat pi rzných prtocích. Prtok ody je možno reguloat jak pomocí regulace erpadla (HG) (3 stupn prtoku), tak pomocí kuloého kohoutu KK (plynulá regulace prtoku). Zmny tlakoé diference jsou zjišoány na píslušné U trubici (UT1-UT5). Mení rychlosti proudní obodu je realizoáno pomocí clony a U trubice (UTC) zaznamenáající zniklou tlakoou diferenci ta je úmrná rychlosti proudní Specifikace použitých prk Pi realizaci obodu iz obr. obr. 1.3 byly použity tyto prky: Nádrž (N) Objem nádrže: 4 dm 3 Valter Špalek-plexi erpadlo (HG) cirkulaní erpadlo WILO RS 5/4 30 V PN 10 Maximální tlakoý spád: 10 kpa Jmenoité otáky: 100/1650/000 ot.min -1 WILO Clona (C) Vnitní prmr clony: Vnitní prmr potrubí: 14 mm VŠB Potrubí (P1) Vnjší prmr: STRO5P16X 5 mm Potrubí (P) Vnjší prmr: STRO0P16X 0 mm 14,4 mm 1-3

4 Kuloý kohout (KK1, KK) SVEK05XXX Redukce hrdloá (pro zúžení/rozšíení potrubí) (RH1, RH) Vnitní prmr 1: Vnitní prmr : SRE050XX 14,4 mm Kížení (KR) Vnjší prmr: SKR05P0X 5 mm Koleno 45 o (K1, K, K3) SKO0545XX Koleno 90 o (K4) SKO0590XX Kompenzaní smyka (KS) SKS05P0X 1-4

5 Ventil pímý (VP) SVE05XXXX U trubice (UT1, UT, UT3, UT4, UT5, UTC) VŠB CD-ROM 1-Místní_ztráty_oda_popis.wm 1.4. Cejchoní kika clony Pi použití clony jako midla rychlosti je nutné znát tz. cejchoní kiku clony, iz obr. 1.4, pomocí které lze ze ztrátoé ýšky na clon urit prtok, který je této ýšce úmrný Q [m 3 h -1 ] y = 0.088x R = h c [mm] obr. 1.4 Cejchoní kika clony z obodu na mení místních ztrát 1.5. Postup mení a yhodnocení místní ztráty jednotliých prk Postup mení Pi stanoení místní ztráty jednotliých prk je hodné postupoat následujícím zpsobem: 1-5

6 1. Seznámíme se s obodem.. Pipojíme pomocí hadiek U trubici na odbr tlaku ped a za meným prkem. 3. Pipojíme pomocí hadiek U trubici na odbr tlaku ped a za clonou. 4. Zkontrolujeme, zda jsou šechny ostatní odbry tlaku zatsnné pokud ano spustíme erpadlo. 5. Zkontrolujeme, zda jsou šechny kohouty oteeny na plný prtok pokud ne oteeme je. 6. Odeteme hodnotu rozdílu ýšek hladin h p (tlaku) na U trubici pipojené k menému prku a také odeteme hodnotu rozdílu ýšek hladin h c na U trubici pipojené ke clon a pieme mírn kohout KK. Tento postup proádíme s maximálním možným potem opakoání (piírání) až do úplného uzaení kohoutu KK. Namené hodnoty zapíšeme do níže uedené tabulky tab Mené eliiny Poítané eliiny Mení h c [mm] h p [mm] p p [Pa] Q [m 3.h -1 ] [m.s -1 ] Re [1] [1] 1 3. tab. 1.1 Vzoroá tabulka pro namené a ypotené hodnoty 7. Mení lze proádt pro íce prk najednou, pak je teba uprait tabulku rozšíením o další sloupce, tj. h p1, h p,. Vyhodnocení mení Pro ýpoet místní ztráty je nutné znát rychlost proudní potrubí. Tu lze ypoítat z prtoku potrubím Q. Prtok je úmrný ztrátoé ýšce h c na clon. Vyhodnocení namených hodnot a doplnní tab. 1.1 lze tedy shrnout do následujícího postupu: 1. Do ronice cejchoní kiky y = 0,088 x 0,453, iz obr. 1.4, dosadíme za promnnou x rozdíl ztrátoou ýšku na clon h c [mm] a ýpotem této ronice získáme hodnotu prtoku Q [m 3 h -1 ]. Rychlost proudní tekutiny potrubí lze nyní ypoítat z ronice kontinuity. Pi tomto ýpotu je nutné urit prez potrubí. Ten je celém potrubním systému stejný yjma 1-6

7 ásti simulující zúžení a rozšíení potrubí. Pesné hodnoty jsou uedeny e specifikaci prk. Potom: Q = S Q = S 4Q = πd 3. Dále ypoítáme Reynoldsoo íslo následon: d Re = ν kde je rychlost ody potrubí, d prmr potrubí (jeho stlost!), ν kinematická iskozita ody. 4. Ztrátoý souinitel uríme pro daný prtok, resp. rychlost proudní ze ztahu: h z hpg = hp = ζ ζ = g 5. Pepoítáme namenou ztrátoou ýšku na prku h p (rozdíl hladin U trubici meného prku) na tlakoou ztrátu p p. Tento ýpoet se proede jednoduše pomocí ronice pro ýpoet hydrostatického tlaku tj. p = ρg h 6. Celý ýpoet je nutné opakoat pro šechny namené hodnoty. 7. Sestrojíme záislost tlakoé ztráty na objemoém prtoku p = f ( ) p p p Q regrese stanoíme typ a koeficienty záislosti Excelu (spojnice trendu). 8. Namené hodnoty ζ se zakreslí do diagramu ζ = f ( Re), pomocí, pomocí regrese stanoíme typ a koeficienty záislosti. 9. Pokud bylo proedeno mení pro íce prk najednou, pak je teba uprait ýpoetní ást tabulky rozšíením o další sloupce, tj. p p1, p p,... a 1,.... Prtok, rychlost a Re íslo jsou pro dané mení stejné. CD-ROM 1-Místní_ztráty_oda.wm 1.6. Píklad ýsledku mení místní ztráty kompenzaní kiky Prezentoání namených a ypoítaných hodnot je nehodnjší pomocí grafu yhotoeném nap. programu Excel. 1-7

8 obr. 1.5 Kompenzaní smyka Namené a ypotené hodnoty je zyklostí yhodnocoat jednak jako záislost tlaku na prtoku, iz obr. 1.6, a dále jako záislost ztrátoého souinitele na Reynoldso ísle, iz obr p p [Pa] y = 175.6x R = Q [m 3 h -1 ] obr. 1.6 Píklad záislosti tlaku na prtoku 1-8

9 7 6 5 y = 41.96x R = ζ [1] Re [1] obr. 1.7 Píklad záislosti ztrátoého souinitele na Reynoldso ísle S tmito záislostmi je možno pracoat napíklad pi již zmioaném nárhu rozodu ody rodinném dom atd. 1-9