هدف آزمايش:

 بررسی نحوه عملکرد وکاربرد ناودان ونتوری و ناودان پارشال

: تئوری آزمايش

در اين آزمايش با يک وسيله به نام ونتوری" فلوم" کار خواهيم کرد.ونتوری فلوم يکی از سازه های آبی است که با استفاده از آن می توان براحتی دبی جريان عبوری از کانال را با دقت خوب تخمين زد.

   ناودان ونتوری وناودان پارشال

  هدف آزمايش:

 بررسی نحوه عملکرد وکاربرد ناودان ونتوری و ناودان پارشال

: تئوری آزمايش

در اين آزمايش با يک وسيله به نام ونتوری" فلوم" کار خواهيم کرد.ونتوری فلوم يکی از سازه های آبی است که با استفاده از آن می توان براحتی دبی جريان عبوری از کانال را با دقت خوب تخمين زد.

در قسمت اول اين سازه آبی، تنگ شدگی همراه با تغيير سطح کانال وجود دارد که باعث می شود که جريان در قسمت ميانی به صورت بحرانی درآيد.                                                                         

در قسمت دوم اين سازه تنگ شدگی بدون تغيير سطح کانال وجود دارد.

در قسمت اول تغيير سطح هم داريم، اين تغيير باعث پرش هيدروليکی می شود که در مکانيک سيالات با آن آشنايی داريم.                                                                                                      

همانطوری که در هيدروليک ديديم در جريان بحرانی يک رابطه بين عمق و دبی جريان وجود دارد يعنی در اين نوع جريان با دانستن عمق می توان دبی را بدست آورد و يا بالعکس. از طرفی در اين نوع سازه ها به دليل بحرانی بودن جريان در مقطع ميانی می توان با اندازه گيری سر آب (تراز آب بالا دست) می توان دبی جريان را بدست آورد؛ چنانچه می دانيم در حالتی که جريان در مقطع مربع مستطيلی به حالت بحرانی درآيد  رابطه بين عمق بحرانی  و انرژی جريان  صورت زيرمی باشد :                                                                                                                                        

(1)     

در اين رابطه  انرژی جريان در مقطع جريان می باشد که می توان با فرض عدم افت انرژی آنرا معادل انرژی سر آب (آب بالادست) در نظر گرفت. عدد فرود از رابطه زير به دست می آيد که برای جريان بحرانی بربر يک است بنابراين :                                                                                             

(2)      

از طرفی با توجه به روابطی که در مکانيک سيالات داشتيم،    اسمی و واقعی و انرژی مخصوص در هر مقطع و مقطع بحرانی به صورت زير به دست می آيد :

B_c دبی اسمی  :                                      عرض کانال در محل بحرانی =

₍₃₎     

_{و دبی واقعی (با احتساب افت انرژی ) :}

₍₄₎         

_{و با استفاده از روابط قبلی :}

₍₅₎                               

_{انرژی مخصوص :}

(6)    

_{و انرژی مخصوص}  در عمق بحرانی :

 ₍₇₎         

و اما با فرض عدم افت انرژی در محدوده ناودان و با حذف   بين روابط (4) و (7) داريم :

(8)         

در اين رابطه،   عرض و   عمق جريان در مقطع مورد نظر ناودان ونتوری است.با حل اين معادله دو جواب به دست می آيد که يکی از آنها در حالت زير بحرانی در بالادست دهانه و ديگری عمق در حالت فوق بحرانی در پايين دست دهانه تنگ شده ناودان ونتوری می باشد.اما حل اين معادله مشکل بوده و بنابراين آنرا به صورت زير می نويسيم :                                                                                 

(9)           

در معادله بالا می توان با معلوم بودن    با تغيير دادن مقدار عمق     مقادير   را مستقيما محاسبه کرد و با توجه به اينکه هر يک از عرضهای      محاسبه شده متعلق به يک طول   ناودان می باشد،   لذا يافتن پروفيل سطح آب در تنگ شدگی و بازشدگی ناودان به اين روش ساده تر می باشد.                           

شرح انجام آزمايش

وسيله ای که در اين آزمايش استفاده شده است ناودان ونتوری است؛پس از توضيحات استاد، آزمايش مورد نظر بايد برای 2 دبی انجام می شد. بنابراين با شير تنظِم آب، مقدار آب را تنظيم کرده و سپس دبی را اندازه گرفتيم (مخزنی که در انتهای دستگاه بود با ريختن آب پر شده و با گرفتن زمان پر شدن اين مخزن، دبی را بدست آورديم؛ وزن آب با گذاشتن وزنه هايی که در طرف ديگر ترازويی که يک طرف آن مخزن آب بود بدست آورده شد، وقت نيز گرفته شد ).                                                                                                                      

در هر يک از مقاطع عرض کانال بايد 2 کميت انداره گيری شود که عبارتند از:

1-  عمق جريان: فاصله سطح آب تا کف ناودان يا کف کانال

2-  انرژی مخصوص جريان : فاصله تراز انرژی تا کف ناودان يا کانال

خط کش شيشه ای  را در کنار ديوار بيرونی فلوم قرار داده و صفر آنرا مقابل کف کانال گذاشته و فاصله آنرا تا کف مانال می خوانيم، اين در واقع همان عمق جريان  است و اندازه گيری انرژی مخصوص جريان، با گذاشتن لوله پيتوت در 0.5 عمق از کف و خواندن عمق آبی که در آن بالا رفته انجام می شود.                                                                                                                                

اين کارها بايد در هر مقطع تنگ شدگی، در بالا دست به فاصله 10 سانتی متر و هر 5 سانتی متر و در پايين دست به فاصله 50 سانتی متر و هر 5 سانتی متر و در داخل خود تنگ شدگی به فاصله هر 2.5 سانتی متر انجام می شود.                                                                                                                 

در صفحه ی بعد نتایج بدست آمده را و خواسته های آزمایش آمده است.

لازم به ذکر است که که وزن آب 45 کیلوگرم می باشد و زمان در مرحله ی اول 18.6 ثانیه و در مرحله ی دوم 27.6 ثانیه که دبی های بدست آمده از این طریق است.

آیا می دانید:

1-               ونتوري فلوم در مقايسه با سرريز تيغه اي چه مزايا و معايبي دارد؟

براي اعماق زير بحراني ( بالا دست )  عمق محاسباتي كمتر و براي پايين دست عمق  محاسباتي از عمق اندازه گيري بيشتر  است. دليل اين امر كه  با توجه به اتلافات تا محل تنگ شدگي منظور شده است.

در حالتي كه در بالادست چون اتلاف كمتر است، انرژي اش بيشتر، در نتيجه اندازه گيري شده بيشتر است و براي پايين دست كه اتلاف بيشتري داريم، كمتر و اندازه گيري شده كمتري داريم.

2-               با افزايش عمق ضريب C چه تغييري مي كند ؟

در يك دبي ثابت با  افزايش عمقC بيشتر مي شود.ولي اگر در يك مقطع خاص ، با تغييرات دبي بخواهيم C  را بسنجيم داريم:

مثلا در مقطع بحراني

يعني با افزايش عمق دبي بيشتر از انرژي افزايش مي يابد، در نتيجه ضريب C  بيشتر مي شود.

و در حالت كلي با افزايش دبي ، عمق افزايش يافته طبعا سرعت و معادل آن C

نسبت به دبي كمتر، بيشتر مي شود.

3-               چرا بهتر است از رابطه (9) به جاي رابطه (8) استفاده كنيم ؟

چون معادله (8) نسبت به  درجه 3 است و حل آن مشكل است،در حالي كه در

معادله (9) با معلوم بودن  با تغيير دادن مقدار عمق  ، مقادير عرض  را مي توان

مستقيما محاسبه كرد