Laboratorijske vezbe-Vezbe-Inzenjerstvo 2-Biologija, Vežbe' predlog Hemija za inženjere. Univerzitet Singidunum
dcplover
dcplover

Laboratorijske vezbe-Vezbe-Inzenjerstvo 2-Biologija, Vežbe' predlog Hemija za inženjere. Univerzitet Singidunum

61 str.
955broj poseta
Opis
biologija, inzenjerstvo 2, vezbe, laboratorijse vezbe, Reynoldsov pokus, Određivanje pada tlaka u cijevnim armaturama različitih promjera i dužina, Istjecanje iz spremnika pri stacionarnim i nestacionarnim uvjetima, Odre...
20 poeni
poeni preuzimanja potrebni da se preuzme
ovaj dokument
preuzmi dokument
pregled3 str. / 61
ovo je samo pregled
3 prikazano na 61 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 61 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 61 str.
preuzmi dokument
ovo je samo pregled
3 prikazano na 61 str.
preuzmi dokument

Sveučilište u Zagrebu

Prehrambeno – biotehnološki fakultet

Laboratorij za tehnološke operacije

INŽENJERSTVO II Predložak za izvođenje laboratorijskih vježbi Akademska godina 2012/2013

Vježba br. 1 Reynoldsov pokus

1

Vježba br. 1

Reynoldsov pokus

Zadatak vježbe:

- određivanje režima strujanja fluida,

- određivanje kritične brzine protjecanja fluida (5 mjerenja)

- nacrtati log-log dijagram ovisnosti Δz o Re - broju, Δp o Re - broju, Δzv-1 o Re - broju i

Δpv-1 o Re - broju.

Uvod:

Oko 1880 Reynolds proučavao prijelaz laminarnog u turbulentno strujanje u cijevi. Reynolds je otkrio da se stanje strujanje realnog fluida može odrediti pomoće vrijednosti jednog bezdimenzionalnog parametra koji se dobije omjerom Newtonove sile otpora i sile otpora zbog viskoznosti fluida.

µ ρ××

= dvRe

gdje je: v = brzina strujanja [ ms-1 ]; d = promjer cijevi (dijametar čestice) [ m ]; ρ = gustoća

[ kgm-3 ];µ = viskoznost [ Pa s ]

Kad je Reynoldsov broj manji (Re<Rek) od neke vrijednosti koja ovisi o vrsti fluida i obliku tijela strujanje je laminarno. Kad je Reynoldsov broj veći od kritične vrijednosti strujanje je turbulentno. (laminarno do vrijednosti Re – broja 2320, između 2320 i 10000 strujanje se može smatrati prijelaznim zbog toga što se u njemu javljaju oba oblika strujanja i lako prelaze iz jednog oblika u drugi, iznad 10000 strujanje je turbulentno. Kod strujanja u cijevi.). Kritična vrijednost Reynoldsovog broja se određuje eksperimentalno.

Svrha vježbe:

Eksperimentalno odrediti kritičnu vrijednost Reynoldsovog .

Fluid protječe kroz staklenu cijev unutarnjeg promjera d = 0,009 m,

duljine L = 0,78 m pri različitim razlikama vodenog stupca, Δz = 1, 3, 4, 6, 9, 12, 18, 25, 34,

45 i 60 mm VS.

2

Provođenje pokusa vrši se na uređaju prikazanom na slici 1.

1

2

3

4 8

6

7

14

15

1211

9

10 5

13

Slika 1. Uređaj za provođenje Reynoldsovog pokusa

Uređaj se sastoji iz spremnika (1) za vodu, boce sa obojenom kapljevinom (2),

staklene cijevi za promatranje strujanja (3) i gumene cijevi (4) koja se spaja na bocu (2) sa

cjevčicom (5) u obliku „L“ za upuštanje obojene kapljevine u staklenu cijev (3).

Spremnik (1) je snabdjeven vodokaznim staklom (8) za kontroliranje razine tekućine. Iz

spremnika (1) uvodimo vodu u staklene cijevi (9) i (3) otvaranjem ventila (10). Na staklenoj

cijevi (3) ugrađena su dva priključka međusobno udaljena 0,76 m. Na priključke su

postavljene dvije piezometrijske cijevi (11) i (12). Obojenu kapljevinu uvodimo u cijev (3)

otvaranjem stezaljke (13) kako bi lakše odredili režim strujanja. Protok tekućine u staklenoj

cijevi se regulira stezaljkom (14) na gumenom crijevu (15).

Ispitivanja se provode pri hidrodinamički stabiliziranim uvjetima, koji se uspostavljaju

tek na dovoljnom odstojanju od ulaza u cijev (3). Duljina hidrodinamičke stabilizacije od

ulaza u cijev stalnog presjeka pri laminarnom strujanju u cijevi može se odrediti iz izraza

prema H. L. Langhaaru (jednadžba 5). Za turbulentno strujanje, prema R. G. Deissleru,

duljina hidrodinamičke stabilizacije od ulaza u cijev stalnog presjeka je minimalna i iznosi

približno Lhs ≈ 50 x d.

3

U toku provedbe pokusa masa vode u spremniku mora biti konstantna i maksimalno

mirna. Pokus treba provesti u što je moguće kraćem vremenu, kako bi se izbjegla promjena

razine kapljevine u spremniku.

Prije početka pokusa izmjeri se temperatura vode u spremniku pomoću termometra.

Na osnovu izmjerene vrijednosti očita se iz tabele vrijednosti dinamičke viskoznosti i gustoće

za izmjerenu temperaturu.

Izvođenje vježbe:

Prije otvaranja ventila (10) mora se provjeriti da je maksimalno otvorena

stezaljka (14) radi ispuštanja zraka iz sistema. Otvori se ventil (10) i provjeri da li je ispušten

zrak iz svih cijevi. Posebnu pažnju treba obratiti na piezometrijske cijevi (11) i (12). Nakon

što se utvrdi da u piezometrijskim cijevima nema zraka, stezaljkom (14) se ostvaruje volumni

protok da visinska razlika stupaca vode u piezometrijskim cijevima bude jednaka prvom

zadanom Δz - u. U isto vrijeme, malo se otpusti stezaljka (13) i uvede obojena tekućina u

obliku tanke niti radi lakšeg promatranja režima strujanja. Pri tome se malo otvori ventil (7) i

na vodokaznom staklu (8) kontrolira konstantni nivo razina u spremniku. Nakon toga može se

pristupiti provedbi pokusa.

Volumni se protok izračunava na osnovu mjerenja volumena (1x10-3 m3) vode koji

isteče u menzuru kroz gumeno crijevo (15) u određenom vremenskom razdoblju (s).

Slijedeće zadane razlike Δz ostvaruju se polaganim otvaranjem stezaljke (14). U času

prestanka laminarnog strujanja (Re-broj oko 2320) kod iste razlike visina stupca vode u

piezometrijskim cijevima (11) i (12), mjerenje se ponovi još četiri puta kako bi se vidjelo da li

je stvarno kod te razlike došlo do prijelaza iz laminarnog strujanja. Ovdje se javlja linearna

kritična brzina i kritični Re - broj. Mjerenja volumena u određenom vremenu nastavljaju se za

preostale razlike Δz.

Rezultate mjerenja treba unijeti u Tablicu 1. Na osnovu podataka iz Tablice 1 potrebno

je izračunati volumni protok V', linearnu brzinu strujanja v, Re - broj, duljinu hidrodinamičke

stabilizacije Lhs, pad tlaka Δp, omjere Δzv-1 i Δpv-1 i rezultate proračuna unijeti u Tablicu 2 ali

samo za vrijednosti dobivene kod prestanka laminarnog strujanja i to za pet mjerenja i Tablicu

3.

4

Na osnovu eksperimentalnih rezultata i rezultata proračuna potrebno je nacrtati

u log-log dijagramu ovisnost Δz o Re - broju, Δp o Re - broju, Δzv-1 o Re - broju i Δpv-1 o

Re - broju.

Primjer proračuna:

1. Volumni protok:

= VV ' t

13m s−   (1)

3 5 3 10 5 10 1 92 10

26

− − −×  = = ×  

,V ' , m s

2. Brzina strujanja tekućine (budući da je došlo do prijelaza iz laminarnog strujanja računa se

kritična brzina, vkrit.):

2

4

 = =  Α × π -1

krit . V ' V 'v m s

d

(2)

5

2 1 92 10 0 30 0 009

4

−×  = =  × π -1

krit . ,v , m s ,

3. Re-broj (budući da je došlo do prijelaza iz laminarnog strujanja, računa se kritični Re -

broj):

× ×ρ =

µ krit .

krit . v dRe (3)

0 30 0 009 999 1 2394 79−3 × ×

= = 1,1256×10krit .

, , ,Re ,

4. Eksperimentalna greška:

1 100   = − ×   

krit. eksperimentalni

krit. teoretski

Re Eksp. greška

Re (4)

23951 100 3 2 2320

 = − × =   

Eksp. greška ,

5

5. Duljina hidrodinamičke stabilizacije za laminarno strujanje Langhaar – ova jednadžba:

[ ]0 0575= × ×hsL , Re d m (5)

[ ]0 0575 2395 0 009 1 24= × × =hsL , , , m

6. Pad tlaka Δp:

u slučaju laminarnog strujanja izračunava se prema Poiseuille - ovoj jednadžbi:

[ ]2 32×µ× ×

∆ = v Lp Pa

d (6)

[ ] 3

2 32 1 1356 10 0 30 0 78 104 98

0 009

−× × × × ∆ = =

, , ,p , Pa ,

a u slučaju turbulentnog strujanja prema Darcy – Weissbach - ovoj jednadžbi:

[ ] 2

2 ρ×

∆ = λ× × L vp Pa d

(6a)

λ – koeficijent trenja

7. Omjer Δz i brzine strujanja tekućine:

[ ] 39 10 0 03

0 30

−∆ = =

z , , s v ,

(7)

8. Omjer pada tlaka i brzine strujanja tekućine:

2 1104 98 349 93 0 3

∆  = =   - -p , , kgm s

v , (8)

6

Tablica 1 Eksperimentalno dobiveni podaci:

Broj pokusa

[ ]°T C [ ]310µ × Pa s 3 -kg mρ    3 310  ×  V m

[ ]t s [ ]1 z mm V.S. [ ]2 z mm V.S. [ ] z mm V.S.∆ Vizualno zapažanje vrste strujanja u cijevi

1

2

3

4 laminarno

5 a 15 1,1356 999,1 0,5 26 510 519 9 prijelazno

5 b

5 c

5 d

5 e

6

7

[ ]°T C - temperatura vode u spremniku [ ]Pa sµ - dinamička viskoznost očitana iz tablice

3V m   - volumen vode u menzuri [ ]t s V - vrijeme za koje isteče u menzuru volumen vode

[ ]1z mm V.S . - visina stupca vode u piezometrijskoj cijevi [ ]2z mm V.S . - visina stupca vode u piezometrijskoj cijevi

2 1z mm V.S. z z z∆ ∆ = − ( ) -

7

Tablica 2. Proračuna.

Broj pokusa 3 1 -V ' m s   1 -krit .v m s  

krit .Re [ ]Eksperimentalna greška %

1 1,92x10-5 0,30 2394,79 3,2 2 3 4 5

3 1V ' m s−   - volumni protok

1 - kritična brzina (jednadžba 2)-krit .v m s  

- kritična vrijednost - broja (jednadžba 3)krit .Re Re [ ]Eksp. greška % - eksperimentalna greška (jednadžba 4)

Tablica 3. Proračun

Broj pokusa 3 1   -V ' m s 1  

-v msRe [ ] hsL m [ ] p Pa∆ [ ] z / v s∆ 2 1− ∆  -p / v kg m s 1 2 3 4

5 a 1,92x10-1 0,30 2394,79 1,24 104,98 0,03 349,93 5 b

[ ] - duljina hidrodinamičke stabilizacije (jednadžba 5)hsL m [ ] - pad tlaka (jednadžba 6)p Pa

Vježba br. 2 Određivanje pada tlaka u cijevnim armaturama

različitih promjera i dužina

1

Vježba br. 2

Određivanje pada tlaka u cjevnim armaturama različitih promjera i dužina

Tijekom izvođenja vježbe potrebno je odrediti:

1. Mjerenje pada tlaka uslijed podužnih i mjesnih otpora na tri dionice eksperimentalnog

uređaja pri 14 različitih volumnih protoka

2. Ovisnost pada tlaka po metru cijevio brzini strujanja fluida (grafički)

3. Ovisnost pada tlaka o brzini strujanja kapljevine za T – komad (grafički)

Uvod: Prilikom strujanja kroz cjevovod dolazi do gubitaka energije što je energetski vrlo

nepovoljno za tehnološki proces. Kod promjene smjera strujanja ili promjene površine

presjeka struje u tekućini nastaju vrtlozi na što se dodatno troši energija. U vodoravnom

cjevovodu konstantnog presjeka, struji fluid između dva presjeka. Pri gibanju fluida od jednog

presjeka do drugog moraju se savladati otpori uslijed trenja o stijenku cjevovoda i između

pojedinih slojeva i zato se ovi otpori nazivaju podužnim otporima. Ako između promatrana

dva presjeka ugradimo bilo kakav element( koljeno, luk, T – komad, Y – komad ) koji izaziva

promjenu oblika strujnica gibajućeg fluida, dolazi do povećanja ukupnog pada tlaka, kao

posljedica mjesnog otpora ugrađenog elementa. Strujanje u cijevima može se podijeliti na

laminarno i turbulentno strujanje, laminarno strujanje jest takvo strujanje u kojem se tekućina

giba u slojevima koji se međusobno ne miješaju, suprotno tome, pri turbulentnom strujanju

slojevi tekućine se miješaju, tj. uz glavno gibanje čestica u smjeru gibanja, čestice se gibaju

poprečno na taj smjer i uzrokuju miješanje slojeva. Pri laminarnom i turbulentnom strujanju,

svi ovi otpori izražavaju se pojavom pada dinamičkog tlaka. U slučaju turbulentnog strujanja

otpori se javljaju i kao posljedica vrtložnih otpora.

REYNOLDS – ov BROJ ili kriterij je bezdimenzionalna veličina koja određuje oblik

strujanja realne tekućine ili plina ( laminarno do vrijednosti Re – broja 2320, između 2320 i

10000 strujanje se može smatrati prijelaznim zbog toga što se u njemu javljaju oba oblika

strujanja i lako prelaze iz jednog oblika u drugi, iznad 10000 strujanje je turbulentno). U

slučaju da se radi o strujanju krute tvari ( čestica ), onda su vrijednosti Re – broja između 20 i

1000, s time da vrijednost d u jednadžbi za Re –broj označava dijametar čestice.

2

µ ρ××

= dvRe

gdje je: v = brzina strujanja [ ms-1 ]; d = promjer cijevi (dijametar čestice) [ m ]; ρ = gustoća

[ kgm-3 ];µ = viskoznost [ Pa s ]

Izvođenje vježbe:

Aparatura se sastoji od 3 cijevi ( A, B, C ) različitih promjera i dužina.

A: l = 8,89 m ; d = 0,0182 m ; n = 9; B: l = 8,38 m ; d = 0,0109 m ; n = 8; C: l = 7,83 m ; d =

0,0109 m ; n = 7

Ukupna duljina cijevne armature je l = 15,81 m. Za mjerenje protoka koristi se rotacioni

mjerač volumnog protoka ( Minomess )

Na početku mjerenja potrebno je očistiti manometar od zraka i to na slijedeći način:

- otvore se ventili V – 2, V – 3, V – 4, i V – 7 i pusti se protok vode kroz cijev A,

otvore se ventili V – 18 i V – 19 i onda V – 12. Kada nema više mjehurića zraka u

cijevi, zatvori se V – 12.

- izravan protok kroz cijev B, uz otvaranje V – 5 i V – 8 i zatvaranje V – 4 i V – 7.

Otvori se V – 11 koji se zatvara nakon nestanka mjehurića zraka.

- Izravan protok kroz cijev C uz otvaranje V – 6 i V – 9 i zatvaranje V – 5 i V – 8.

Otvori se V – 10 koji se zatvara nakon nestanka mjehurića zraka.

Slijedi određivanje protoka kod različitih tlakova ( 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0;

1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5 bara ):

Prije početka izvođenja počinje se sa svim zatvorenim ventilima osim V – 2.

Određivanje volumnog protoka vrši se tako da se izmjeri štopericom vrijeme istjecanja jedne

litre vode. Izračunavanje volumnog protoka V' vrši se dijeljenjem volumena V sa vremenom

τ.

3

Da bi izmjerili pad tlaka u cijevi A potrebno je otvoriti ventile ( V – 7, V – 12, V – 17, V –

18, V – 19 ), potom V – 3 i na kraju se polako otvori V – 4.

Za mjerenje pada tlaka u cijevi B potrebno je otvoriti ventile ( V – 2, V – 3, V – 5, V – 8,

V – 11, V – 17, V – 18 i V – 19 ).

Za mjerenje pada tlaka u cijevi C potrebno je otvoriti ventile ( V – 2, V – 3, V – 6, V – 9,

V – 10, V – 17, V – 18, V – 19 ). Po završetku mjerenja za sve tri cijevi zatvore se svi ventili.

Tablica 1 Eksperimentalni rezultati za određivanje volumnog protoka ( cijev A, B, C )

p [ bar ] V [ m3 ] τ [ s ] V' [ m3 / s ] 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Tablica 2 Eksperimentalni rezultati za određivanje pada tlaka uslijed podužnih otpora ( cijev A, B, C ).

Δp [ Pa ] v [ m / s ] ΔpL-1 [ Pa / m ]

4

Tablica 3 Rezultati dobiveni na uređaju ( cijev A, B, C )

Δp1 [ Pa ] Δpm [ Pa ] Δpt [ Pa ] Tablica 4 Pregled koeficijenata trenja za ravnu cijev i koeficijenata mjesnog otpora za T – komad ( cijev A, B, C ) Δp [ Pa ] λ Re λ1 λ/λ1 Δpm /ΔpL-1 ξ m Δpukupni

5

Proračun:

1. Volumni protok: τ VV =′ [ m3s-1]

2. Srednja linearna brzina: A

Vv

= [ ms-1 ]

3. Pad tlaka po metru cijevi: 1−∆pL [ Pam-1 ]

4. Pad tlaka za cijev duljine L1: 11 LL pp ×∆=∆ [ Pa ]

5. Pad tlaka uslijed mjesnih otpora: 1pppm ∆−∆=∆ [ Pa ] 6. Pad tlaka po jednom T- komadu ( n = broj T komada za zadanu dionicu ):

n p

p mt ∆ =∆ [ Pa ]

7. Pri laminarnom strujanju fluida kroz glatke cijevi pad tlaka se može

odrediti i pomoću Poiseuilleove jednadžbe:

2

32 d

Lvp ×××=∆ µ [ Pa ]

6

8. Pad tlaka pri strujanju kapljevine kroz ravni cjevovod prema Darcy – Weissbachovoj jednadžbi:

2

2v d Lp ρλ ×=∆ [ Pa ]

9. Koeficijent trenja za cijev prema Darcy – Weissbachovoj jednadžbi:

2 2 v d

L p ρ

λ ×∆=

10. Koeficijent trenja ( ovisno o režimu strujanja ):

2320Re; Re 64

1 ≤=λ laminarno strujanje

621 10Re;)64,1Relog82,1( ≤−=

−λ ( Filonenko ) turbulentno strujanje

11. Koeficijent mjesnog otpora: 2 2

v pt

m ρ ξ

∆ =

12. Ukupni pad tlaka u elementu cijevi: 2

2v d Lp mukupni

ρξλ   

   Σ+=∆ [ Pa ]

Vježba br. 3 Istjecanje iz spremnika pri stacionarnim i

nestacionarnim uvjetima

Vježba br. 3

Istjecanje iz spremnika pri

stacionarnim i nestacionarnim uvjetima

Zadatak vježbe:

U okviru vježbe potrebno je odrediti:

- Vrijeme istjecanja i volumni protok između dvije razine, koeficijent brzine,

kontrakcije i istjecanja za zadani promjer i oblik otvora na dnu spremnika

- Odrediti grafički ovisnost koeficijenta istjecanja (k3) o Re - broju

Aparatura za izvođenje vježbe prikazana je na Slici 1.

Površina presjeka spremnika (1) je 0,047m2. Na dnu spremnika je čep (2) kojim se

regulira promjer otvora na dnu spremnika. Na spremniku je ugrađeno vodokazno staklo (3) s

graduiranom skalom koja pokazuje razinu vode u spremniku (1). Na spremnik (1) je ugrađen

priključak za vodu s ventilom (4). Ventil (4) služi za regulaciju dotoka vode iz vodovodne

mreže.

Na radni spremnik je ugrađen preljev (7) za održavanje konstantne razine kapljevine u

spremniku. Voda iz tog spremnika (1) ispušta preko cijevi (5) znatno većeg promjera od

otvora na čepu (2), tako da nema utjecaja na istjecanje vode iz spremnika (1). Na kraju cijevi

je ugrađena slavina (6) za ispuštanje vode. U otvor na dnu spremnika (1) postavlja se čep (2)

sa zadanim promjerom otvora. Spremnik (1) se ispuni vodom do određene razine iz

vodovodne mreže otvaranjem ventila (4). Nakon toga se otvaranjem slavine (6) i ventila (4)

regulira dotok i istjecanje vode tako da visina razine vode u spremniku bude konstantna. Na

vodokaznom staklu (3) kontrolira se visina razine. Pomoću prihvatne posude se mjeri

volumen V, a pomoću štoperice se mjeri vrijeme i izračuna volumni protok V' (m3s-1). Zatim

se zatvori ventil (4) i pomoću prihvatne posude i štoperice se određuje volumni protok pri

kojem će se razina kapljevine smanjiti od visine razine z1 do z2. Pokus treba ponavljati dok

voda ne dostigne najnižu razinu. Rezultati mjerenja unose se u Tablicu 1.

Volumni protok V' kapljevine na izlazu iz spremnika određuje se prema jednadžbi:

(1) 3 1 =  

-VV ' m s t

Iz jednadžbe koja slijedi određuje se koeficijent istjecanja k3:

(2) 3 02o

V ' k

A g z =

× ×

gdje je Ao [m 2] površina presjeka otvora a z0 [m] fiktivna dubina kapljevine u spremniku.

Koeficijent brzine (k2) iz spremnika se može odrediti iz izraza:

(3) 2 02

= ×

v k

g z

Na osnovu vrijednosti dobivenih za koeficijent istjecanja k3 i brzine k2 može se

odrediti koeficijent kontrakcije (k1):

(4) 31 2

= k

k k

Površina presjeka mlaza (Am) na izlazu iz spremnika prema jednadžbi:

(5) 2

1  = ×  m oA k A m

Vrijeme istjecanja (τ) kapljevine između dvije razine z1 i z2 se može odrediti iz izraza:

(6) ( ) [ ]1 2 1 2 3

2

2 τ = × −

× × s

, o

A z z s

k A g

uz uvjet da je površina presjeka spremnika As [m 2] konstanta po čitavoj visini.

Rezultat dobiveni proračunom unose se u Tablicu 2, a ovisnost koeficijenta istjecanja

k3 o Re - broju prikazuje se grafički.

Proračun:

(1) 3 1− =  

V V ' m s

t

(2) 1

2 02  = × ×   - v k g z ms

(3) v dRe ρ

µ × ×

=

(4) 3

02

V ' k

g zο = Α × ×

(5) 2

02

v k

g z =

×

(6) 3 1

2

k k

k = ili m1

o

A k

A =

(7) 2 1m oA k A m = ×  

(8) ( ) [ ]1 2 1 2 3

2

2 τ = × −

× × s

, o

A z z s

k A g

Tablica 1 Eksperimentalni podaci

Broj

pokusa

[ ] z m 3 V m   [ ] t s [ ] od m Broj

pokusa

[ ]1 z m [ ]2 z m 31 V m   [ ]1 t s [ ] T C°

1 1

2 2

3 3

4 4

Tablica 2 Rezultati proračuna na osnovu eksperimentalnih podataka iz Tablice 1

Broj

pokusa

3 1 V ' m s−   1 v ms−  

Re k3 k2 k1 2 mA m   [ ]1 t s [ ]1 2 ,t s

1

2

3

4

Vježba br. 5 Određivanje koeficijenta otpora oblika iz linearne

brzine pada tijela raznih oblika kroz kapljevine

Vježba br. 5

Određivanje koeficijenta otpora oblika iz linearne brzine pada tijela raznih oblika kroz kapljevine

Zadatak vježbe:

U toku provedenih ispitivanja potrebno je odrediti:

 faktore oblika zadanih tijela

 eksperimentalnu linearnu brzinu između dvije razine

 koeficijent otpora oblika različitih tijela pri padu kroz kapljevinu

 empirijsku korelaciju Re' = f (Ar) i CD = f (Re) na osnovi eksperimentalnih

rezultata.

Navedena ispitivanja provode se na uređaju prikazanom na Slici 1. Uređaj se sastoji od

dvije kolone (1) i (2) duljine l = 1,5 m i unutarnjeg promjera d = 0,072 m (glicerol), tj. d =

0,083 m (voda). U kolonu (1) je smještena jedna zadana nenewtonska kapljevina, a u kolonu

(2) druga.

U košaricu (3) skupljaju se tijela različitih oblika koja padaju kroz nenewtonsku

kapljevinu. Košarice se preko kolotura (6) i (7) izvlače pomoću najlonske niti iz kolone.

Kolona (1) je začepljena gumenim čepom (4) kroz koji prolazi staklena cjevčica sa zasunom

(5) koji služi za ispuštanje kapljevine kolone. Kolona (2) je sa donje strane začepljena

pločicom (8) izrađenom od plastike na čijem kraju je zasun (9) koji služi za ispuštanje

kapljevine.

Između oznaka udaljenim jedne od druge 1 m na kolonama (1) i (2) mjeri se vrijeme

pada tijela različitih oblika. Prva oznaka je smještena 25 mm od gornjeg ruba kolone, odnosno

20 mm od površine kapljevine u koloni. Tijelo se stavlja na površinu kapljevine u središte

kružnog presjeka kolone i lagano spušta. Kada tijelo dosegne prvu oznaku na koloni

uključujemo, a kod druge oznake isključujemo štopericu i očitamo vrijeme za koje tijelo

prevali put od jedan metar.

Pri ispuštanju tijela kroz kapljevine u kolonama (1) i (2), tijelo se mora gibati kroz

središnju os kolone, da bi se izbjeglo djelovanje sila otpora koje nastaju usljed strujanja fluida

između dvije čvrste površine. Prema literaturi pri gibanju tijela u obliku kugle neposredno uz

čvrstu površinu, otpor gibanja kuglice se povečava više od 50 puta. Promjer tijela koje pada

kroz kapljevinu mora biti znatno manji od promjera kolona (1) i (2).

Da bi se riješili postavljeni zadaci potrebno je odrediti vaganjem masu (kg) svakog

zadanog tijela, izmjeriti njegove dimenzije pomoću pomičnog mjerila, izračunati njegov

volumen V (m3), površinu presjeka Ač (m 2) kugle koja ima isti volumen V (m3) kao izadano

tijelo. Zatim se izmjeri vrijeme t (s) koje je potrebno da tijelo pri padu kroz kapljevinu prijeđe

put između dvije oznake na koloni. Navedeni rezultati mjerenja i proračuna unose se u

Tablicu 1.

Na osnovu vrijednosti iz Tablice 1 izračuna se linearna brzina padanja tijela v = L t-1

(L = 1 m), zatim faktor oblika, Re - broj, koeficijent otpora oblika CD tijela, Ar - broj, CD' se

odredi iz Slike 2, Re' - broj, i silu otpora Ft. Dobiveni rezultati se unose u Tablicu 2.

Ovisnost log Re - broja o log Ar - broju se nacrta na milimetarskom papiru, a oblik

jednadžbe odredimo prema Slici 3.

Slika 2. Dijagram ovisnosti CD o Re - broju za čestice koje nemaju oblik kugle

nema postavljenih komentara
ovo je samo pregled
3 prikazano na 61 str.
preuzmi dokument