ناودان ونتوری وناودان پارشال

   ناودان ونتوری وناودان پارشال

  هدف آزمایش:

 بررسی نحوه عملکرد وکاربرد ناودان ونتوری و ناودان پارشال

:تئوری آزمایش

در این آزمایش با یک وسیله به نام ونتوری" فلوم" کار خواهیم کرد.ونتوری فلوم یکی از سازه های آبی است که با استفاده از آن می توان براحتی دبی جریان عبوری از کانال را با دقت خوب تخمین زد.

در قسمت اول این سازه آبی، تنگ شدگی همراه با تغییر سطح کانال وجود دارد که باعث می شود که جریان در قسمت میانی به صورت بحرانی درآید.                                                                         

در قسمت دوم این سازه تنگ شدگی بدون تغییر سطح کانال وجود دارد.

در قسمت اول تغییر سطح هم داریم، این تغییر باعث پرش هیدرولیکی می شود که در مکانیک سیالات با آن آشنایی داریم.                                                                                                      

همانطوری که در هیدرولیک دیدیم در جریان بحرانی یک رابطه بین عمق و دبی جریان وجود دارد یعنی در این نوع جریان با دانستن عمق می توان دبی را بدست آورد و یا بالعکس. از طرفی در این نوع سازه ها به دلیل بحرانی بودن جریان در مقطع میانی می توان با اندازه گیری سر آب (تراز آب بالا دست) می توان دبی جریان را بدست آورد؛ چنانچه می دانیم در حالتی که جریان در مقطع مربع مستطیلی به حالت بحرانی درآید  رابطه بین عمق بحرانی  و انرژی جریان  صورت زیرمی باشد :                                                                                                                                        

(1)     

در این رابطه  انرژی جریان در مقطع جریان می باشد که می توان با فرض عدم افت انرژی آنرا معادل انرژی سر آب (آب بالادست) در نظر گرفت. عدد فرود از رابطه زیر به دست می آید که برای جریان بحرانی بربر یک است بنابراین :                                                                                             

(2)      

از طرفی با توجه به روابطی که در مکانیک سیالات داشتیم،    اسمی و واقعی و انرژی مخصوص در هر مقطع و مقطع بحرانی به صورت زیر به دست می آید :

Bc 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   بین روابط (4) و (7) داریم :

(8)         

در این رابطه،   عرض و   عمق جریان در مقطع مورد نظر ناودان ونتوری است.با حل این معادله دو جواب به دست می آید که یکی از آنها در حالت زیر بحرانی در بالادست دهانه و دیگری عمق در حالت فوق بحرانی در پایین دست دهانه تنگ شده ناودان ونتوری می باشد.اما حل این معادله مشکل بوده و بنابراین آنرا به صورت زیر می نویسیم :                                                                                 

(9)           

در معادله بالا می توان با معلوم بودن    با تغییر دادن مقدار عمق     مقادیر   را مستقیما محاسبه کرد و با توجه به اینکه هر یک از عرضهای      محاسبه شده متعلق به یک طول   ناودان می باشد،   لذا یافتن پروفیل سطح آب در تنگ شدگی و بازشدگی ناودان به این روش ساده تر می باشد.                           

شرح انجام آزمایش

وسیله ای که در این آزمایش استفاده شده است ناودان ونتوری است؛پس از توضیحات استاد، آزمایش مورد نظر باید برای 2 دبی انجام می شد. بنابراین با شیر تنظِم آب، مقدار آب را تنظیم کرده و سپس دبی را اندازه گرفتیم (مخزنی که در انتهای دستگاه بود با ریختن آب پر شده و با گرفتن زمان پر شدن این مخزن، دبی را بدست آوردیم؛ وزن آب با گذاشتن وزنه هایی که در طرف دیگر ترازویی که یک طرف آن مخزن آب بود بدست آورده شد، وقت نیز گرفته شد ).                                                                                                                      

در هر یک از مقاطع عرض کانال باید 2 کمیت انداره گیری شود که عبارتند از:

1-  عمق جریان: فاصله سطح آب تا کف ناودان یا کف کانال

2-  انرژی مخصوص جریان : فاصله تراز انرژی تا کف ناودان یا کانال

خط کش شیشه ای  را در کنار دیوار بیرونی فلوم قرار داده و صفر آنرا مقابل کف کانال گذاشته و فاصله آنرا تا کف مانال می خوانیم، این در واقع همان عمق جریان  است و اندازه گیری انرژی مخصوص جریان، با گذاشتن لوله پیتوت در 0.5 عمق از کف و خواندن عمق آبی که در آن بالا رفته انجام می شود.                                                                                                                                

این کارها باید در هر مقطع تنگ شدگی، در بالا دست به فاصله 10 سانتی متر و هر 5 سانتی متر و در پایین 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-               ونتوری فلوم در مقایسه با سرریز تیغه ای چه مزایا و معایبی دارد؟

برای اعماق زیر بحرانی ( بالا دست )  عمق محاسباتی کمتر و برای پایین دست عمق  محاسباتی از عمق اندازه گیری بیشتر  است. دلیل این امر که  با توجه به اتلافات تا محل تنگ شدگی منظور شده است.

در حالتی که در بالادست چون اتلاف کمتر است، انرژی اش بیشتر، در نتیجه اندازه گیری شده بیشتر است و برای پایین دست که اتلاف بیشتری داریم، کمتر و اندازه گیری شده کمتری داریم.

2-               با افزایش عمق ضریب C چه تغییری می کند ؟

در یک دبی ثابت با  افزایش عمقC بیشتر می شود.ولی اگر در یک مقطع خاص ، با تغییرات دبی بخواهیم C  را بسنجیم داریم:

مثلا در مقطع بحرانی

یعنی با افزایش عمق دبی بیشتر از انرژی افزایش می یابد، در نتیجه ضریب C  بیشتر می شود.

و در حالت کلی با افزایش دبی ، عمق افزایش یافته طبعا سرعت و معادل آن C

نسبت به دبی کمتر، بیشتر می شود.

3-               چرا بهتر است از رابطه (9) به جای رابطه (8) استفاده کنیم ؟

چون معادله (8) نسبت به  درجه 3 است و حل آن مشکل است،در حالی که در

معادله (9) با معلوم بودن  با تغییر دادن مقدار عمق  ، مقادیر عرض  را می توان

مستقیما محاسبه کرد