جت آبدستگاه گزارش کار فهرست

1.............................................................................................. دستورالعمل دستگاه .فصل اول :

1................................... ..............................................................هدف ........................................

1.................. مقدمه ......................................................................................................................

2 ...............................................................................................شرح دستگاه .............................. 4..................................................................................... .......دستور آزمایش .........فصل دوم :

4........................... ................................................................................تئوري .............................

8........................ ......................................................................................روش انجام آزمایش .... 9 ......................................................................ها ............................................................ خواسته

فصل اول : دستورالعمل دستگاه

هدف

.ن ممنتومین با قوانسه آیمکره) و مقایا نیوارد توسط جت آب به موانع ساکن (سطح صاف يروین یبررس

آب : دستگاه جت1شکل

مقدمه

جت آب معمـوال از مسائل مطرح در دینامیک سیاالت, بررسی نیروي ناشی از برخورد سیال متحرك به موانع می باشد. حـت ال تیسـ ي, اسـتفاده از انـرژ دهیـ ن پدیرد. از جمله موارد کاربرد ایگ یمورد استفاده قرار م یکیجاد کار مکانیا يبرا

(سدها) یآب ين هاین در توربآتوان به کاربرد یاست که به عنوان مثال م یکیو الکتر یکیمکان يد انرژیتول يفشار برااز يتهلک نمـودن انـرژ سـ پخـش و م يبرانیز از نقاط یدر برخ ) اشاره نمود.یحرارت يروگاه هایبخار (ن ين هایو تورب

ـ اد به دلیز يها یدب ين نوع موانع برایابل توجه است که اق شود. یان استفاده میمانع سطح در مقابل جر ش یل فرسـا ی رد.یگ یمکم, کمتر مورد استفاده قرار یب بازدهیباال و ضر

۱

شرح دستگاه

ا یـ مختلف آن نشان داده شده است. مانع مسـطح يک با اجزایش به صورت شماتیله آزمایاز وس يونه امن )2(شکل درپـس رد.یـ گ یو شفاف قرار م ياستوانه ا یدر داخل ظرفبه اهرم متصل می شود و ر جت یر مسمکره در امتداد عمود بین

در حالت تـراز، . متصل نمودن نمونه مورد نظر به محل نصب نمونه ,شاخص عمودي را با لبه کفه بارگذاري تراز کنیداز .است اي مماساهرم با نوك قطعه مخروطی شکل نصب شده در قسمت باالي استوانه شیشه

آبشماتیک دستگاه جت طرح: 2شکل

تـوان مجـددا یمـ ،قرار دادن وزنه بر روي کفه بارگـذاري بازند. یتعادل آن را برهم م ,ز برخورد با مانعجت آب پس ابزرگتـر هـاي ی هاي کم از وزنه کوچکتر و براي دبـی هـاي زیـاد از وزنـه براي دبه متعادل نمود. یمانع را در حالت اول

دبی آب خروجی از دهانه شیپوره توسط روتامتر اندازه گیري می شود.استفاده نمایید.

ابعاد و اندازه هاي مورد نیاز

: از تعدادي از مشخصات مورد لزوم دستگاه جهت انجام محاسبات عبارتند mm 5: پاشقطر دهانه شیپوره آب .1 cm 6: اصله مرکز مانع تا دهانه شیپورهف .2 mm 50 : قطر داخلی مانع نیمکره .3

۲

شکل زیر شماتیک نمونه هاي به کار برده شده در این دستگاه را نشان می دهد .

نمونه هاي مورد آزمایش: 3شکل

۳

فصل دوم : دستور آزمایش

تئوري

برحسـب wQ), پره متعارفی را در نظر می گیریم کـه در آن جـت آب بـا دبـی جرمـی 1مطابق شکل ( skg و بـا /برحسب 0uسرعت sm تغییر جهت می دهد. به آن برخورد کرده و به اندازه /

)1شکل (

دبـی جـرمی از حـاصلضرب دبـی حجـمی در جـرم مخـصوص ســیال بـه دست می آید : QQw

0uQابر اســت بـا بــر xبـا تـوجه بـه قوانین مکانیک سـیاالت می توان گفت, انــدازه حـرکت ورودي در جــهت بـرحسب 2/ skgm همـچنین مقـدار اندازه حـرکت خروجی پس از پره در جهتx برابر است با cos1uQ. بـا

توجه به قوانین بقاي اندازه حرکت داریم :

x= نیروي وارده در جهت xتغییر اندازه حرکت در امتداد NuuQF )cos( 10

لذا با داشتن مقادیر و جهت هاي سرعت ورودي و خروجی می توان نیروي وارد بر جسم از طرف سیال را محاسبه کرد.

)2شکل (

۴

الف) برخورد جت آب به پره مسطح

باشد, داریم : 2مطابق شکل xدر صورتی که سطح مانع در برابر جریان آب, مسطح و عمود بر محور 0cos90

و رابطه به این صورت خواهد بود : 0uQFc

نیـروي وارد در برخی از نقاط براي پخش و مستهلک نمودن انرژي از مانع سطح در مقابل جریان استفاده می شود کـه به مانع از رابطه باال قابل محاسبه است. قابل توجه است که این نوع موانع براي دبی هاي زیاد به دلیل فرسایش بـاال و

ضریب بازدهی کم, کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

ب) برخورد جت آب به پره کروي

ت یک کره توخالی (فنجانی شکل) باشد زاویـه ) به صور2در صورتیکه سطح مانع در برابر جریان آب مطابق شکل (خروج آب برابر 180 : بوده و خواهیم داشت

1cos180

۵

بنابراین رابطه به این صورت خواهد بود :

)( 10 uuQFc

اگر از اختالف فشار پیزومتریک و اختالف ارتفاع صرفنظر کنیم, خواهیم داشت :

0

10

2 uQFuu

c

ج) برخورد جت آب به پره شیب دار

درجه 45ه در صورتی که سطح مانع در برابر جریان آب یک سطح شیبدار باشد، زاویه برخورد جت آب با نمون

به این ترتیب نیروي وارد شده به نمونه به صورت زیر محاسبه خواهد شد. خواهد بود و

د) برخورد جت آب به پره مخروطی نمونه در پایان در صورتیکه سطح برخورد جت آب با نمونه به صورت مخروطی باشد، نیروي وارد شده به

مخروطی از رابطه زیر بدست خواهد آمد.

۶

رعت جریان در نقطه برخورد به صفحه) محاسبه سه

)؛ بـا نوشـتن معادلـه برنـولی 3سرعت در نقطه برخورد به صفحه باشد (شکل 0uسرعت در خروجی شیپوره و Vهرگاه واقع بر خروجی شیپوره و نقطه برخورد جت به مانع، خواهیم داشت : 2و 1بین نقاط

AVQبا توجه به اینکه می باشد, با خواندنQ از روي روتامتر تعبیه شده بر روي دستگاه و با توجه به معلوم بودن را محاسبه نمود. 0uز رابطه فوق را بدست آورد و ا V سطح مقطع خروجی شیپوره، می توان

٧

h

u

V

0

ghVu

ghVu

hg

ug

V

zg

uPzg

VP

2

22

002

0

22

20

220

20

2

2

202

1

21

روش انجام آزمایش

مانع مسطح را در محل مخصوص روي اهرم ببندید. بعد از تراز کردن دستگاه, شیر خروجی پمپ را به طـور کامـل بـاز کنید. جت آب با حداکثر دبی خود با مانع برخورد می کند و اهرم را از وضعیت تعادل اولیه خود خارج می کند.

مقدار وزنه هایی که بـر روي کفـه بارگـذاري وزنه, مجددا اهرم را در وضعیت اولیه قرار دهید. مقدار دبی و قرار دادن با)، یادداشت نمایید. این مرحله از آزمایش را براي دبی هـاي مختلـف انجـام 1و در جدول (قرار می دهید را اندازه بگیرید

دهید.

را بـه هاي دیگر ول, شیر خروجی پمپ را بسته, مانع را از روي اهرم باز نمایید. مانع بعد از انجام آزمایش بر روي مانع ا )، یادداشت نمایید. 1تکرار و نتایج را در جدول ( ها نیز آن متصل نموده و آزمایش را با آن

)1جدول (

gr) )کفهوزنه هاي روي تجربی (F(N تئوري (F(N درصد خطا slitQ نوع مانع /

مسطح

نیم کره

شیب دار

مخروطی

٨

خواسته ها

مقادیر نیروي تجربی و نیروي تئوري روي هر مانع را بدست آورید و پـس از مقایسـه علـل اخـتالف را بیـان .1 کنید.

ر نمودار تغییرات رسـم شـده از تغییرات نیروي تجربی و تئوري بر حسب دبی را روي یک نمودار رسم کنید. اگ .2 مبدا نگذرد, چه دلیلی براي آن دارید؟

نقش نیروهاي اصطکاکی را در هر دو مورد مانع بررسی کنید. .3

درجـه انحـراف 1در صورتیکه جت آب در جهت قائم بدون انحراف، ولی مانع مسطح نسبت به افق به میـزان .4 مانع سطح چقدر می باشد؟ داشته باشد, تاثیر آن بر روي نیروي تئوري وارد بر

درجـه انحـراف داشـته 1در صورتیکه جت آب در هنگام برخورد با مانع مسطح نسبت به امتداد قائم به انـدازه .5 باشد, مقدار نیروي تئوري وارد بر صفحه مسطح چه تغییري می کند؟

٩