1141 HYA (Hydraulika)

Transkript

1 ČVUT v Praze, fakulta tavební katedra hydrauliky a hydrologie (K141) Přednáškové lidy předmětu 1141 HYA (Hydraulika) verze: 05/011 K141 FSv ČVUT Tato webová tránka nabízí k nahlédnutí/tažení řadu pdf ouborů ložených z přednáškových lidů předmětu 1141HYA (Hydraulika) vyučovaného na fakultě tavební ČVUT v Praze tudentům bakalářkého měru Stavební inženýrtví. Nabízené lidy jou dílem kolektivu autorů, zamětnanců katedry hydrauliky a hydrologie (K141) FSv ČVUT v Praze. Soubor lidů je základní učební pomůckou předmětu 1141HYA a je volně přítupný pro učební potřeby tudentů předmětu. Jiné použití lidů nebo jejich čátí bez přené citace online zdroje (nejlépe dle ČSN ISO 690-) považuje autorký kolektiv za plagiátortví. Copyright

2

3 určení průtoku v tocích, hydrologické bilance odběry vody (průmyl, energetika, záobování obyvateltva) zpoplatněné vypouštění odpadních vod zpoplatněné technologické procey (úpravny a čitírny vody, chemický a potravinářký průmyl...) měření průtoku nejen vody, ale i páry, plynů, ropy a jejích derivátů, chemických loučenin... Průtok V objemový - Q [m 3-1 ] (netlačitelné kapaliny) t m hmotnotní - Q [kg -1 m ] (tlačitelné tekutiny, polutanty, ) t 3

4 Měřidla přítroje a pomůcky pro tanovení velikoti (číelné hodnoty) určité měřené veličiny etalony louží pro zajištění metrologické návaznoti pracovní měřidla tanovená měřidla tanovená vyhláškou MPO k povinnému ověřování pracovní měřidla netanovená (pracovní měřidla) všechna otatní referenční materiály (certifikované a otatní) Kalibrace měřidel určení nejitoty měření daným měřidlem; při nepřímém měření určení vztahu mezi určovanou veličinou (např. průtokem) a veličinou kutečně měřenou (např. přepadovou výškou na přelivu) provádějí oprávněné ubjekty - tředika kalibrační lužby, úřední měřiči... porovnání etalonem ověření vhodnou metodou o 0,5 1 řád přenější 4

5 Nejitota měření chyby (odchylky měřené hodnoty od hodnoty právné/přené) hrubé chybný odečet, chybná funkce měřidla..., dají e poměrně nadno zjitit a odtranit ytematické nedodržení předepaných rozměrů... půobí tejným měrem, obtížná identifikace (kalibrace!) náhodné vlatní každému měření, půobené větším počtem různých (zpravidla neznámých) vlivů. Normální rozdělení pravděpodobnoti tatitické metody celková chyba = ytematické + náhodné chyby přená velikot chyb čato není známa nejitota měření (odhad možné chyby nebo jejího rozahu) přenot měření dána celkovou chybou/nejitotou rozlišitelnot měření (rozlišení) počet platných/deetinných mít, e kterými dané měřidlo může maximálně pracovat opakovatelnot měření chopnot měřidla pokytnout tejný údaj při tejné hodnotě měřené veličiny rozah měření nejnižší nejvyšší možná hodnota měřené veličiny při dané nejitotě měření 5

6 Obecné požadavky na metodu měření (hlavní) měření v tlakovém potrubí X v otevřeném korytě tlačitelné x netlačitelné médium, upenze, rozah měření (minimální, maximální průtok) požadovaná přenot (nejitota) měření a právnot volba vhodné metody jednotlivé metody měření průtoku i měřicí zařízení normovány (ČSN, ISO, EN) třeba zohlednit požadavky. Normy udávají i typické nejitoty měření 6

7 Metody měření průtoku Objemová a váhová metoda nejpřenější, avšak jen pro relativně malé průtoky (nutný objem nádoby), zejména pro kalibraci průtokoměrů Q V t V m G g Trubní průtokoměry založené na zúžení proudu p Q vs g g clona nejjednodušší, malá tavební délka, velké ztráty dýza venturimetr tvarově ložitý, velká tavební délka, malé ztráty Podmínky použití viz ČSN, ISO f m,re p v m S1 v v D D D clona 1 p venturimetr S D v 1 dýza D 1 p D 7

8 Metody založené na výtoku otvorem či nátrubkem zpravidla výtok malým otvorem nebo nátrubkem do volna - danaidy nádoby několika otvory/nátrubky ve dně uzavíráním otvorů změna rozahu měření. výtok pod uzávěrem (tavidlem,...) závlahové kanály Měrné přelivy otrou hranou jedny ze základních měřidel, nejitota měření 1-3 % v h b návodní plocha přelivu vilá, hladká, nutné přené provedení přelivné hrany 1 mm > 45º b=b Bazinův B Ponceletův trojúhelníkový 8

9 3 pravoúhlé Q mpb gh Bazinův obdélníkový bez boční kontrakce 0, 003 h m p 0, , 55 h h 0, < b <,0 m, 0, < <,0 m, 0,10 < h <1,4 m Ponceletův obdélníkový boční kontrakcí 0,07 b b h mp 0,405 0, ,55 h B B h 8 5 trojúhelníkový Q p g tg h 15 Thomonův přeliv = 90, Q 1,4h B 8h, 3h, 0,05 h 0,18 m p 5 f Možno užít libovolného jiného přelivu vyšší nejitoty viz ČSN, ISO, EN 9

10 Měrné žlaby horizontální a/nebo vertikální zúžení proudu vytvoření n kritické hloubky v hrdle žlabu Q Kbh Venturiho žlab Parhallův žlab h h 3 L b - Venturiho - n = 1,5 - Parhallův - menší tavební délka než Venturiho nejou vzájemně podobné Qmin fb, Qmax fb,k fb, n fb dodržet geometrii!! (ČSN, ISO) hrdlo zatopeno nutná i hloubka dolní vody (vyšší nejitoty měření) L b 10

11 Indukční (elektromagnetické) průtokoměry na potrubích, princip lze použít i pro otevřená koryta. Na témže principu i přítroje pro měření bodových rychlotí proudění. Z Faradayova zákona (voda = vodič; požadovaná min. vodivot 5 μs běžně 50 μs) v v rychlot proudění, U měřené napětí mezi elektrodami vzdálenými b, B intenzita magnetického pole. Měří třední rychlot na průměru potrubí; vyhodnocovací jednotka udává přímo průtok. U Bb 11

12 Ultrazvukové průtokoměry měření v potrubí i otevřených korytech (princip uperpoice), měřidla bodových rychlotí (Dopplerův princip) princip uperpoice: měří e ča za který zvukový impul projde napříč prouděním dráhu L ve měru po proudu t1 a proti proudu t L 1 L 1 v1, v co t1 co t oučaně v1 c uco, v c uco u takže u L co 1 t1 1 t potrubí - třední rychlot na průměru Q z rov. kontinuity; koryta - třední rychlot v rovině paprku Q z kalib. rov. L v 1, v 1

13 Objemové průtokoměry (vodoměry, plynoměry) založeny na různých principech nejběžnější měřidla pro měření integrálního objemu proteklého média (domácnoti, průmyl). Metody založené na použití topovačů do proudu e kontinuálně nebo jednorázově zavádí roztok vhodné nadno zjititelné chemické látky nebo radionuklidu topovač nemí být adobován nebo e rozkládat muí být nadno rozputný nemí být toxický nemá být v toku přítomen již před měřením finanční náklady muí být přijatelné základní požadavek: topovač dokonale promíchán do celého proudu příčná a podélná dipere empirické vzorce pro délku počátečního úeku (značná!) dávkování z obou břehů nebo do více mít po celé šířce toku 13

14 několik metod nejjednodušší měšovací metoda: přidává e (delší dobu) průtok Q roztoku látky koncentrace C. Je-li měřený průtok Q, počáteční (pozaďová) koncentrace C 0 a výledná koncentrace topovače po dokonalém promíchání C: QC0 QC Q Q Q pokud C» C 0 a C» C (obvyklé) Q C použitelná obecně není třeba znát rychlot proudění ani tvar koryta. vhodná pro horké bytřinné toky kde nelze použít metodu rychlotního pole C C C 0 Q C Q C C 14

15 Metoda rychlotního pole měření průtoků v otevřených korytech i v potrubí základní metoda pro určení průtoku v tocích tandardní metoda pro tanovení průtoku při garančních měřeních vodních trojů pro ověření jiných průtokoměrných zařízení (velké průtoky nelze použít objemovou metodu, kalibrace in itu) založena na měření bodových rychlotí a vztahu Q uds 15

16 Určení bodových rychlotí plováky dne jen v nouzi, za povodní a pod. měří povrchovou rychlot, jen otevřená koryta přítroje založené na určení dynamického tlaku proudící vody: Prandtlova trubice, válcová onda - nejitota měření prudce rote pro nízké rychloti elektromagnetická měřidla rychloti na tejném principu jako indukční průtokoměry, měření rychloti v bodě ultrazvuková měřidla rychloti založena na Dopplerově principu, měření v jediném bodě (až 3 ložky vektoru rychloti) nebo měření rychlotního profilu hydrometrická vrtule dopoud nejběžnější přitroj; pro měření v otevřených korytech i v potrubí větších průměrů 16

17 Hydrometrická vrtule různé velikoti, různé průměry a toupání propelerů možnot volby podle podmínek měření upevnění na tyči (malé hloubky, max. ca m), proudnicovým závažím na laně (větší hloubky), na pohyblivé nebo pevné kontrukci (v potrubí, garanční měření vodních trojů) kalibrační rovnice po čátech lineární, u n N i i n i 3 T N počet otáček za čaový interval T, i, i, - kalibrační kontanty přílušné danému rozmezí rychlotí/frekvence n 17

18 Určení průtoku Tlaková potrubí měřidla e obvykle umíťují tak, aby každému měřidlu přílušela tejná plocha S i, zpravidla na dvou průměrech na ebe kolmých (u potrubí velkých průměrů i více) Otevřená koryta Q n 1 Q i n 1 S v měření v řadě vilic pravidelně (víceméně pravidelná koryta) nebo nepravidelně rozmítěných počet vilic dle šířky koryta; pro 6 < B < 0 m - n 1 i pro každou vilici její vzdálenot od pevného bodu (příp. břehu) taničení - b i a hloubka vody ve vilici h i v každé vilici bodové rychloti v jednom nebo několika bodech (obvykle ve tandardních hloubkách) třední i vilicová rychlot v ; doba měření obvykle S n 1 v i 18

19 Určení třední vilicové rychloti graficky (z plochy S převedením na půdici h v ) vhodné pro libovolné rozmítění měrných bodů po vilici početně (pro měření ve tandardních výškách nade dnem): v v 0,4h v v v v d 0,5 v 0,5 v 0,1v 0,1v d 0,h velmi malé hloubky, rychlá měření, velká nejitota 0,h v v v 0,8h v 0,h 0,h 0,6h 3v v rychlá měření, vyšší nejitota v 0,4h 0,4h 0,8h 3v v tandardní pro pravidelná koryta 0,8h 0,6h v p v 0,8h tandardní v úplné měření p 19

20 Vyhodnocení průtoku grafické (Harlacherova metoda) tandard, vhodné při libovolných podmínkách Q Q - plocha pod křivkou vh početní vh(b) db v h v h Q 0, 33v1h 1b 33 b 1,0 - taničení první vilice od průečíku hladiny břehem, b n,0 - taničení průečíku hladiny břehem za polední vilicí Dne obvykle výpočty pomocí pecializovaných programů Q uds b b 0, v h b i i i1 i1 10, i 1 i n n n, 0 bn 0