نام آزمايش : برخورد جت آب به اجسام

هدف آزمايش : مشاهده و محاسبه نيروی ناشی از برخورد جت آب به اجسام

تئوری آزمايش :

 در اين قسمت می خواهيم وضعيت جت آب بعد از خروج از لوله را مورد بررسی قرار دهيم و به محاسبه نيروهای ناشی از برخورد جت آب به انواع صفحات بپردازيم.                                               

به پره برخوردکرده  _{Uo و} سرعت Qwاگر به شکل روبرو دقت کنيم می بينيم جت آبی با دبی وزنی

تغيير جهت می دهد. لازم به ذکر است دبی وزنی از حاصل ضرب دبی حجمی در وزن و به اندازه

مخصوص سيال به دست می آيد.

نام آزمايش : برخورد جت آب به اجسام

هدف آزمايش : مشاهده و محاسبه نيروی ناشی از برخورد جت آب به اجسام

تئوری آزمايش :

 در اين قسمت می خواهيم وضعيت جت آب بعد از خروج از لوله را مورد بررسی قرار دهيم و به محاسبه نيروهای ناشی از برخورد جت آب به انواع صفحات بپردازيم.                                               

به پره برخوردکرده  _{Uo و} سرعت Qwاگر به شکل روبرو دقت کنيم می بينيم جت آبی با دبی وزنی

تغيير جهت می دهد. لازم به ذکر است دبی وزنی از حاصل ضرب دبی حجمی در وزن و به اندازه

مخصوص سيال به دست می آيد.

حال اگر رجوعی به مکانيک سيالات داشته باشيم و از قواعد حجم کنترل به قسمت اندازه حرکت سيال خروجی و ورودی نگاهی داشته باشيم ، داريم :                                                                                

x= مجموع نيروهای وارده در جهت xمجموع تغيير اندازه حرکت در امتداد

                                                         (1)

در اين آزمايش به  برخورد جت آب به پره ها می پردازيم.

1- برخورد جت آب به پره مسطح :

اگر جريان جت آبی در جهت عمود بر صفحه مسطح به آن برخورد کند خواهيم داشت :

                                                         (2)

نکته : روش ايجاد مانع مسطح در جلوی آب برای پخش آب و استهلاک انرژی استفاده می شود، البته قابل ذکر است که اين نوع موانع برای دبی های زياد به علت فرسايش بالا و ضريب بازدهی کم، کمتر استفاده می شوند.                                                                                                                    

2- برخورد جت آب به پره کروی :

اگر مانع مورد نظر به شکل فنجان روبرو باشد، تغيير جهت جريان به اندازه 180 درجه خواهيم داشت، در نتيجه :                                                                                                                                        

حال اگر شرايط را ايده آل گرفته و معادله تعادل انرژی را بين جت ورودی و خروجی در لحظه برخورد بنويسيم، داريم :                                                                                                                 

               &                    

با توجه به اين نتيجه، معادله بالا به صورت زير در می آيد :

     (3)

تذکر : بايد گفت که در دستگاه مورد نظر چون مکان خروج جت و برخورد جت با پره، فاصله دارد   ) ، خواهيم داشت :             Zانرژی ثقل از جت کاسته خواهد شد که با احتساب فاصله شيپور از پره (

        (5)

مشخصات دستگاه :

برای انجام محاسبات ابعاد زير مورد نياز است :

D=10 mm- قطر داخل شيپوره در محل خروج آب

W= 0.6 Kg - وزن وزنه استوانه ای روی اهرم

L _f =0.15 m- فاصله مرکز پره از محور اهرم 

Z = 0.35  m- فاصله شيپوره از پره  

شرح انجام آزمايش :

1- ابتدا برای هر پره پيچ و مهره های دستگاه را باز کرده و پره مسطح را جايگذاری می کنيم

2- در حالتی که جريانی وارد لوله نشده است ، وزنه دستگاه را تراز کرده و آن را تنظيم ميکنيم .

اين تراز به گونه ای است که شيار شئ مشخص کننده تعادل در وضعيت مناسب باشد ( بر اساس مشاهده دستگاه )                                                                                                                             

3- ابتدا پمپ را روشن کرده، دبی را حداکثر می رسانيم.

ابتدا با گذاشتن 15 کيلوگرم ( سه وزنه پنج کيلوگرمی ) راه خروج آب در سطل ذخيره را مسدود کرده و زمان را نگه می داريم تا وزنه ها به حالت تعادل درآيند و راه خروج آب از سطل آب باز شوند.                                                                                                                                              

بايد گفت در اين زمان سه برابر وزن وزنه ها ، آب در سطل جمع شد ( زيرا بازوی لنگر وزنه ها ، سه برابر بازوی لنگر سطل آب است )                                                                                                     

در اين حالت به ازای هر تغيير دبی خواهيم داشت :

4- زمانی که جت آب به پره برخورد می کند ترازوی مربوط به آن از تعادل خارج می شود و بايد وزنه را روی بازوی ترازو چنان حرکت دهيم که تعادل ترازو برقرار شود. در اين حالت وزنه مورد نظر، با توجه به بازوی لنگر خود که روی خط کش ترازو مشخص شده است لنگری وارد می کند که برابر لنگر نيروی برخورد وارده ناشی از جت آب است.                                                                              

(فاصله وزنه تا موقعيت صفر) * (وزن وزنه) = (فاصله مرکز پره از محور اهرم) * (نيروی وارد بر پره)

      (4)

5- دبی را طوری کاهش می دهيم که در حالت پره مسطح روی ترازو با کاهش بازوی لنگر وزنه به اندازه يک سانتيمتر تعادل برقرار شود .                                                                                            

در حالت پره فنجانی اين کاهش به 0.5 سانتيمتر محدود می شود.

6- تمام مراحل ذکر شده را برای دو پره مسطح و فنجانی طوری تکرار می کنيم که برای هر پره 10     اندازه گيری شده باشد.                                                                                         L_w و Qبار دبی

خواسته ها :

1- نتايج را برای هر دو پره و در هر ده حالت، در ستون های اول و دوم جدولی مشابه جدول مندرج در گزارش کار بنويسيد و سپس با محاسبات جدول را تکميل کنيد.

  اندازه گيری شده ناشی از تعادل لنگرهاست که از رابطه (4) بدست می آيد و  _{Fm در} جدول مندرج

  نيروی محاسبه شده ناشی از معادله اندازه حرکت است که از رابطه (2) يا (3) بدست می آيد.F_c

 قابل محاسبه است.d با داشتن دبی و قطر داخلی شيپور uسرعت جريان خروجی از شيپور

    را برای هر يک از پره ها رسم کنيد.Fm-Fc2- منحنی تغييرات

3- با مقايسه نتايج اندازه گيری شده کنترل کنيد که آيا نيروی مهار شده توسط پره فنجانی دو برابر پره مسطح است يا خير.                                                                                                                          

در صورتی که خط برازش داده شده به منحنی پره تخت از مبدا عبور نمی کند علت را توضيح دهيد.

پاسخ :

بلی، زيرا با توجه به روابط نيرو که برای دو حالت با پره های مسطح و فنجانی بدست آمده است

می توانيم ببينيم که ضريب زاويه معادله نيرو در پره فنجانی تقريبا بيش از دو برابر ضريب زاويه معادله نيرو در پره مسطح است .

             مسطح

     فنجانی                

آيا می دانيد:

 0.5 u  ودر نصف ديگر معادل 1.5 u

نظرات (0)