دانلود مقاله آزمایش ضربه جت آب

word قابل ویرایش
65 صفحه
7700 تومان

آزمایش ضربه جت آب

هدف آزمایش
هدف از این آزمایش بررسی نیروی وارده از یک جت آب به موانع ساکن و مقایسه آن با قوانین ممنتم است.
تعریف جت سیال
جریان سریع یک سیال که یک نیروی F می‌کند را جت سیال می‌گویند. کاربرد آن در توربین است .
تئوری آزمایش
برای یک جت سیال به طور کلی می‌توان به معادله ممنتم را به این صورت نوشت:

– نیروی جت سیال
– چگالی سیال
– دبی حجمی سیال
– سرعت اولیه خروجی
– سرعت برخورد سیال با مانع
a- برای یک مانع تخت داریم:

b- برای مانع نیم‌کره داریم:

شرح دستگاه
دستگاه آزمایش شامل یک فواره (جت قائم) است که در داخل یک استوانه‌ی شفاف پلاستیکی قرار دارد در مقابل جت موانع شکل نیمکره، صفحه‌ی مسطح یا صفحه‌ی شیب‌دار قرار می‌گیرد که نیروی وارده بر آن از طرف آب به وسیله اهرم‌بندی روی دستگاه تغییر است وزنه‌ای که برای متعادل کردن به کار می‌رود ۵۴۰ گرم جرم دارد قطر خروجی جت ۱۰ میلی‌متر است و فاصله‌ی محور تا محور مانه ۲۴۰ میلی‌متر است فاصله‌ی افشانک تا محل برخورد موانع ۶۵ میلی‌متر است.

روش آزمایش
۱- دستگاه باید کاملاً تراز باشد
۲- صحفه‌ی مسطح با نیم‌کره را درمکان خود نصب می‌کیم و وزینه‌ی روی اهرم را مقابل عدد صفر خط‌کش قرار می‌دهیم و به وسیله پیچ تنظیم فنر اهرم را در حالت افقی متعادل می‌کنیم به طوری که خط‌کش تراز شود.
۳- پمپ دستگاه را روشن کرده و در دبی‌های مختلف نیروی وارد به مانه را اندازه‌گیری می‌کنیم و جدول زیر را پر می‌کنیم.
برای مانع تخت

برای مانع نیم‌کره

۴- شیر خروجی پمپ را بسته و سپس پمپ را خاموش می‌کنیم.
۵- خواسته‌های آزمایش

ابتدا رابطه علمی نیرو را به دست می‌آوریمک
a- وقتی که جت خاموش است

b- وقتی که جت روشن است

رابطه علمی نیرو

حال نتایج و محاسبات را در دو جدول جداگانه برای موانه نیم‌کره و تخت مانند زیر می‌نویسم:
برای مانع تخت

نمونه محاسبات

نیروی تئوری

نیروی علمی

درصد خطا =

برای مانع نیمکره

نمونه محاسبات

درصد خطا =

تحلیل و تفسیر نمودارها
در این دو آزمایش باری مانع تخت و برای مانع نیم‌کره ۹/۳۳ درصد خطا داشته‌ایم و در نمودار نزدیکی نمودار عملی به نمودار تئوی برای مانع تخت به نست نمودار مانع نیم‌کره مشهود است.
نکته‌ی قابل توجه در نمودارها این است که تا دبی برای مانع تخت و دبی برای مانع نیم‌کره نمودار به شکل منحنی درجه۲ بوده ولی به تدریج تبدیل به خط شده است!
دلیل این امر در فرمول زیر واضح و مبرهن است:

مقدار یک مقدار ثابت و برابر بوده که برای مقادیر کم تأثیر به سزایی در جواب دارد ولی وقتی به تدریج نقش کم رنگ‌تر شده زیرا به توان ۲ می‌رسد و در مقابل عدد بزرگی می‌شود، لذا نمودار به تدریج به سمت خطی شدن می‌گراید.
۷- تعیین عوامل خطا
a- چون در تراز شدن خط‌کش خطا داریم لذا در فرمول به دست آمده در هنگامی که جت خاموش است ، همان در حالت جت روشن نمی‌باشد و لذا خطا در فرمول داریم.
b- خط‌کش در مرحله O لولا شده است و همین امر باعث تلفات برای غلبه بر اصطکاک لولا می‌وشد و لذا خطا داریم.
c- خطا در خواندن ارتفاع آب و تعیین زمان توسط فرد آزمایش‌گر برای تعیین دبی وجود نیروهای حاصل از در آزمایش نیم کره.
۸- سؤالات
۱- اگر قطر جت آب برابر d و قطر دیسک مقابل آن D باشد در کدام یک از حالت زیر نیروی وارده بر دیسک بیشتر است؟ چرا؟
الف- ب- ج- د-
دیدیدم که که سرعت برخورد سیال با مانع است، حال اگر یعنی مقطع جت بسیار کوچک است را سیال اسپری شده وحالت ستونی خود خارج می‌شود و تقریباً نیرویی به مانع وارد نمی‌کند، حال اگر باشد مقداری از سیال به مانع برخورد نمی‌کند و لذا نیروی زیادی به مانع وارد نمی‌کند هم چنین برای نیز نیروی زیادی نداریم زیرا سطح مقطع بزرگ است کم می‌باشد بنابراین مهم‌ترین حالت می‌باشد.

۲- نیروی وارده از طرف یک جت آب بر یک نیم‌کره در حالات زیر چه فرقی با هم دارند؟ کدام یک بهترین حالت است؟
در حالت ب تلفات انرژی را به خاطر تغییر شکل ناگهانی سیال در هنگام برخورد با مانع را داریم
حالت ج چون سیال مسیر طولانی را طی می‌کند لذا اصطکاک مقداری از انرژی را هدر می‌دهد.
حالت الف مهم‌ترین حالت است چون مشکل حالت ب و ج را ندارد و سیال به طور هم‌گن توزیع می‌شود.
۳- معادلات ناویراستوکس را در حالت عمومی بنویسید و اجزای آن را تشریح کنید.

این معادلات محورهای مختصات به ترتیب سرعت سیال در جهت سرعت سیال در جهت و سرعت در جهت چگالی سیال، فشار سیال، یک ثابت، از جهت سینماتیکی می‌باشند.
۴- معادله ممنتم خطی برای یک حجم کنترل را بنویسید و اجزای آن را شرح دهید.

معادله فوق معادله ممنتم رای حجم کنترل است و بیان می‌کند که برآیند نیروهای وارد به حجم کنترل برابر است با نرخ افزایش ممنتم داخل حجم کنترل ممنتم نرخ خالص خروج از حجم کنترل. که در آن چگالی سیال و سرعت سیال است و برآیند نیروهای خارجی و جرم سیستم.

۵- در مورد اثرات نیروهای حجمی و نیروهای سطحی در این آزمایش بحث کنید. چگونه می‌توان اثرات نیروهای سطحی مثل تنش برشی را به حساب آورد. چون هیچ یک از موانع در سیال غوطه‌ور نیستند لذا هیچ نیروی حجمی به آن وارد نمی‌شود ولی به دلیل وجود لزجت در سیال، بر روی سطح تماس سیال با موانع تنش برش داریم و در پی آن نیروی برشی. این نیرو در مانع تخت به طور افقی بوده و برآیند آن صفر می‌باشد لذا خطائی در آزمایش وارد نمی‌شود ولی در مانع نیم‌کره این نیروها در نتیجه آزمایش دخالت دارند و در آن آزمایش همان طور که دیدیم خطایی معادل ۹/۳۳ درصد داشتیم در حالی که در آزمایش مانع تخت ۹/۲۱ درصد خطا داشته‌ایم که همین گواه بر دخالت این نیروها می‌باشد که ما در معادلات‌مان آن‌ها را دخالت ندادیم.

برای محاسبه اثر تنش برشی در مانه نیم‌کره ابتدا لازم است تا توزیع سرعت در لایه برزی را داشته باشیم و با فرض یعنی آرام بودن جریان داریم.

برای نیم‌کره
المانی از نیم‌کره را در نظر می‌گیریم:

نیروی به خاطر تقارن دارای برآیند صفر است.

که در معادله اخیر
( روای)
s

یعنی در مرحله‌ی اول آزمایش نیم‌کره نیروی تئوری باید به اندازه کمتر در نظر بگیریم لذا نیروی تئوری در مرحله‌ی اول به صورت زیر است:

لذا درصد خطای حقیقی به صورت مقابل است:
درصد خطا
۷- نقش فنر در آزمایش چیست؟آیا ضریب خنثی آن بر آزمایش اثری دارد؟ آیا کلیت نقش فنر تأمین یک گشتاور برای ایجاد تعادل در خط‌کش مدرج و تراز کردن آن و همان طور که در فرمول‌های تجربی و تئوری می‌بینیم اثری از k نیست لذا سختی فنر اثری در آزمایش ندارد. در محل لولا اصطکاک داریم و در نتیجه مقداری از نیرو برای غلبه بر اصطکاک آن به هدر می‌رود و خطا ایجاد می‌کند.
۸- اگر در اندازه‌گیری نظر جت آب خطایی به اندازه‌ی ۰٫۰۵mm رخ دهد چه تأثیری در مقدار نیرو خواهد داشت؟
در حالت بدون خطا
در حالت وجود خطا
درصد خطا

درصد خطا خطای حاصل از خطای قطر
۹- اگر فوارده در هنگام برخورد به صفحه به اندازه‌ی ۱ درجه نسبت به امتداد قائم انحراف داشته باشد تأثیرات این انحراف در مقدار نیرو چه قدر است؟
نیروی F نیز به دو مؤلفه تجزیه می‌شود که نیروی عمودی به سمت بالا یعنی

یعنی نیروی منتقل شده به اندازه کاهی می‌یابد.
۱۰- اگر فواره در حالت قائم و دیسک نسبت به افق یک درجه انحراف داشته باشد مقدار نیرو چگونه است؟
سیال
نیروی انتقالی به میله
یعنی نیرو به اندازه کاهش پیدا کرده و سپس انتقال داده شده است.
۱۱- در آنالیز تئوریک مسئله فرض شده بود که سرعت در همه‌ی نقاط مقطع یکسان است. اگر چنین نباشد تأثیر آن در ممنتم چگونه است؟
سرعت در وسط مقطع بیشتر بوده لذا ممنتم شتر بوده و در کناره‌ها سرعت کمتر می‌بود لذا ممنتم کمتر بود.
بررسی کنید سرعت در نصف سطح مقطع برابر و در نصف دیگر آن باشد نشان دهید که نوشتم در این حالت برابر باشد.

به نظر شما زاویه نازل چه تأثیری در نیروی وارد بر موانع مقابل آن دارد؟
هر چه زاویه همگرایی ملایم‌تر باشد لذا میزان تلفات کمتر است و سیال پر انرژی و نهایتاً دارای سرعت بیشتر است لذا نیروی بیشتری به مانع وارد می‌کند.
۷- یک جت آب را که از دهانه‌ی نازلی خارج شده در نظر بگیرید که به طور قائم به بالا حرکت می‌کند
الف- در صورتی که فشار نازل P بی Q و قطر دهانه D باشد. آب تا چه ارتفاع بالا می‌رود؟
ب- از هم پاشیدن آب به چه عواملی بستگی دارد؟
از معادله برنولی داریم؟

از هم پاشیده شدن آب به کشش بین مولکولی یا نیروی چسبندگی آن بستگی دارد.

عنوان آزمایش:
نیروهای وارد بر یک جسم غوطه‌ور در مایع ساکن
هدف آزمایش
بررسی فرمول‌های مربوط به نیروی وارد بر یک سطح مغرق و تعیین مرکز فشار
تئوری آزمایش
در یک سیال ساکن نیروی وارد بر هر المان سطح A عمود بر آن سطح است. اگر چنین نیرویی بر یک سطح صاف وارد شود کلیه نیروهای وارده بر سطح با هم موازیند و در نتیجه مقدار آن‌ها را می‌توان تنها با یک نیرو به نام نیروی برآیند که در نقطه‌ای به نام مرکز فشار اثر می‌کند نشان داد در حالتی که سطح به صورت خمیده باشد وضع متفاوت است بسته به طرق مختلف قرارگیری یک سطح دلخواه در یک سیال سه حالت زیر را در نظر می‌گیریم:
a- سطح صاف تحت فشار یکنواخت
نمونه‌ای از یان مدل سطح صافی است که به طور افقی در زیر سطح مایعی قرار دارد در این صورت نیروی وارد بر سطح برابر می‌باشد. (A مساحت فاصله، h فاصله‌ی عمودی صفحه از سطح مایع) و محل اثر آن در مرکز سطح صحفه می‌باشد.
b- سطح صاف تحت فشار تا یکنواخت (شکل۱)
نمونه‌ای از این مدل صفحه صافی است که تحت زاویه دلخواهی در زیر سطح مایع قرار گرفته است.
دراین حالت مقدار نیروی عمود بر سطح برابر است با (A مساحت دریچه، فاصله قائم سطح آزاد تا مرکز سطح جسم) اثبات این رابطه به صورت زیر است:

از طرفی

هم چنین در درس سیالات I مختصات مرکز فشار را به صورت زیر به دست آوردیم:

که برای شکل‌های متقارن نسبت به محور yها است و همواره یک مقدار مثبت است لذا (همواره).

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 7700 تومان در 65 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد