آزمایش ونتوری متر

(Venturi Metr)

هدف آزمایش

هدف از این آزمایش آشنایی با ونتوری متر، به دست آوردن ضریب تخلیه و تعیین درصد بهبود افت فشار و همچنین بررسی تغییرات فشار در طول ونتوری متر میباشد.

تئوری آزمایش

ونتوری لوله ای با قطر متغیر است که ابتدا سطح مقطع آن به تدریج کم میگردد و بعد از یک قسمت باریک، دوباره سطح مقطع آن اضافه شده تا به قطر اولیه برسد.

شکل زیر، جریان ایده آل در لوله ونتوری را نشان میدهد. اگر A1، A4 و An به ترتیب سطح مقطع لوله ونتوری در ورودی، گلوگاه و هر مقطع اختیاری و همچنین h1، h4 و hn ارتفاعات پیزومتری در این مقاطع باشند، با صرف نظر کردن از افت انرژی در لوله ونتوری و ثابت فرض کردن سرعت و ارتفاعات پیزومتری دو مقطع میتوان رابطه ی برنولی و پیوستگی را بین دو مقطع (ورودی و گلوگاه) نوشت و با حذف یکی از سرعتها در دو رابطه معادله زیر را به دست آورد:

رابطه برنولی

بنابراین دبی حجمی ایده آل در ونتوری از رابطه زیر محاسبه میگردد.

دبی حجمی ایده آل

شرایط ایده آل در لوله ونتوری

با توجه به افت انرژی بین مقاطع 1 و 4 و ثابت نبودن سرعتها در هر مقطع، دبی حجمی واقعی کمتر از مقدار به دست آمده در معادله بالا میباشد. برای برطرف نمودن اثرات فوق ضریبی به نام ضریب دستگاه که با نماد (C) نشان داده میشود به طرف دوم معادله بالا اضافه میگردد و عملاً رابطه زیر مورد استفاده قرار میگیرد.

دبی حجمی

به کمک رابطه برنولی و معادله پیوستگی بین مقطع ورودی و هر مقطع اختیاری دیگر، میتوان مقادیر تئوری تغییرات فشار نسبت به هد سرعت در گلوگاه را محاسبه کرد.

رابطه پیوستگی

لازم به ذکر است از رابطه بالا میتوان توزیع فشار ایده آل را در طول ونتوری نیز محاسبه کرد.

شرح دستگاه و روش آزمایش

شکل زیر، یک دستگاه ونتوری را نشان میدهد. در طولهای مختلف این ونتوری 11 پیزومتر جهت اندازه گیری فشار نسبی نصب شده است. برای اندازهگیری دبی جریان در ونتوری مترها، فقط دو پیزومتر در ورودی و گلوگاه لازم است، زیرا اندازه گیری دبی فقط به مقدار ارتفاع متناظر با فشار این دو مقطع بستگی دارد. تغییرات دبی نیز توسط شیر کنترل در قسمت خروجی ونتوری انجام میگیرد.

دستگاه ونتوری

این آزمایش در دو مرحله انجام میشود.

  1. در دبی های مختلف برای محاسبه ضریب تخلیه و درصد بهبود افت فشار
  2. در دو دبی خاص برای تعیین تغییرات نسبی فشار در طول ونتوری

اپ آزمایشگاه مهندس

مرحله اول: در مرحله اول شیر کنترل جریان طوری باز شود که سطح آب در ورودی )پیزومتر اول) در محدوده بالایی مقیاس مدرج و در گلوگاه (پیزومتر چهارم) در محدوده پایین مقیاس مدرج قرار گیرد. با تعیین h1 و4h و داشتن ابعاد ونتوری میتوان مقدار دبی ایده آل Qt را از رابطه بالا به دست آورد. مقدار دبی واقعی جریان نیز توسط میز هیدرولیک اندازه گیری شود. از مقایسه دبی واقعی و تئوری در رابطه بالا میتوان مقدار C را محاسبه کرد. برای بررسی تغییرات C برحسب دبی، آزمایش فوق در 8 مرحله انجام میشود.

مرحله دوم: برای تعیین توزیع فشار واقعی در طول لوله ونتوری، ارتفاع تمام پیزومترها برای دو دبی مشخص یادداشت شود.

قطر مقاطع مختلف لوله ونتوری و محل انشعابهای پیزومترها در شکل زیر و جدول زیر نشان داده شده است.

قطر مقاطع مختلف ونتوری

محل پیزومترها در ونتوری

نتایج و محاسبات

  1. نتایج حاصل از مرحله اول آزمایش را در جدول زیر وارد کرده و آنرا کامل کنید.

لازم به ذکر است که کاهش فشار در قسمت واگرای ونتوری به مقدار زیادی جبران میشود که این جبران فشار به صورت زیر بیان میشود.

درصد بهبود افت فشارنتایج آزمایش ونتوری

  1. به کمک جدول بالا تغییرات (m^0.5)^0.5(4h – 1h) را بر حسب 10^4*Qe (سانتی متر مکعب در ثانیه) رسم نمایید. آیا این نمودار خطی است؟ به کمک این نمودار مقدار متوسط C را بهدست آورید.
  2. به کمک جدول بالا تغییرات C بر حسب 10^4*Qe(سانتی متر مکعب در ثانیه) ترسیم کنید و درباره نحوه تغییرات آن بحث ایید.
  3. به کمک جدول بالا تغییرات R بر حسب 10^4*Qe (سانتی متر مکعب در ثانیه) را ترسیم کنید و بر روی آن بحث کنید.
  4. برای تعیین توزیع فشار تجربی نتایج حاصل از مرحله دوم را که در آن ارتفاع تمام پیزومترها خوانده شده را در جدول زیر وارد کرده و آنرا کامل کنید.

نسبت افت فشار به هد سرعت

  1. مقادیر تئوری تغییرات فشار به هد سرعت در گلوگاه توسط رابطه زیر تعیین میشود. با توجه به معلوم بودن قطر ونتوری در مقاطع مختلف جدول زیر را کامل کنید.

رابطه پیوستگیتغییرات تئوری نسبت افت فشار به هد سرعت