گزارش کار آزمایش جت آب (واترجت) آزمایشگاه مکانیک سیالات (۱۰۹۷)

این محصول، گزارش کار آزمایش جت آب (واترجت) آزمایشگاه مکانیک سیالات می باشد. نمودارها و نتایج آزمایش در فایل دانلودی گنجانده شده است. فایل نمونه گزارش کار (لوگو در فایل اصلی حذف شده است) جهت دانلود قرار داده شده  که در آن می توانید نمونه گزارش کار را مشاهده نمایید.

هدف از انجام آزمایش:

هدف از این آزمایش اندازه‌گیری نیروی حاصل از برخورد یک جت آب به یک سطح صاف یا نیمکره به طریقه تجربی و مقایسه این نیرو با تغییرات مقدار حرکت خطی جت آب نسبت به زمان می‌باشد.

تئوری آزمایش:

یکی از مسائل مورد مطالعه در مکانیک سیالات، بررسی نیروی ناشی از برخورد سیال متحرک به موانع می‌باشد. از جمله موارد کاربرد پدیده مذکور استفاده از انرژی سیال تحت فشار برای تولید انرژی مکانیکی و الکتریکی است که به عنوان مثال می‌توان به کاربرد آن در توربین‌های آبی (سد ها) و توربین‌های بخار در نیروگاه‌های حرارتی اشاره کرد. یک نمونه دیگر آن برخورد جت آب به پره های چرخ پلتون است نیروی حاصل از تغییرات مقدار حرکت خطی (ممنتوم خطی) آب باعث به گردش در آمدن چرخ می شود.

وقتی که یک جت آب به مانعی برخورد کرده و امتداد سرعت آن تغییر می کند طبق رابطه ممنتوم خطی نیرویی برمانع اعمال می شود. مانع متقارنی را مطابق شکل (۱) در نظر بگیرید که جت آب با دبی جرمی …  برحسب ( ) و باسرعت … برحسب ( ) به آن برخورد کرده و به اندازه β تغییر جهت می‌‌‌دهد. (دبی جرمی از حاصل ضرب دبی حجمی در جرم مخصوص سیال بدست می آید.)

با توجه به قوانین مکانیک سیالات می توان نوشت اندازه حرکت ورودی در جهت x برابر است با …  بر حسب ( ) همچنین مقدار اندازه حرکت خروجی پس از مانع برابر است با … بر حسب ( ).

با توجه به قوانین بقای اندازه حرکت می توان نوشت:

تغییر اندازه حرکت در امتداد x = نیروی وارده در جهت x

یا به عبارت ریاضی:

…

بنابراین با داشتن مقادیر و جهت‌های سرعت ورودی و خروجی می‌توان نیروی وارد بر جسم از طرف سیال را محاسبه کرد و رابطه فوق را برای حالت‌های خاص ساده نمود.

شکل (۱): نمایی از دستگاه آزمایش

در صورتی که سطح مانع در مقابل جریان آب به شکل یک نیمکره توخالی (فنجانی شکل) باشد، زاویه خروج آب …  بوده و داریم:

…

 بنابراین نیروی وارده به مانع در این حالت برابراست با:

…

در صورتی که از اختلاف ارتفاع و تغییرات فشار پیزومتریک صرف نظر کنیم، می توانیم فرض کنیم که نیروی وارده به مانع فنجانی معادل است با:

…

در صورتی که سطح مانع در مقابل جریان آب مسطح و عمود بر محور x باشد، داریم:

…

در برخی از نقاط برای پخش آب و مستهلک کردن انرژی از مانع مسطح در مقابل جریان استفاده می‌شود که نیروی وارده به مانع مسطح با استفاده از رابطه فوق محاسبه می‌شود. قابل ذکر است که این نوع موانع برای دبی‌های زیاد به علت فرسایش بالا و ضریب بازدهی پایین، کمتر استفاده می‌شوند.

هرگاه سرعت در خروجی شیپوره v و سرعت در نقطه برخورد به صفحه … باشد (شکل ۳)، با نوشتن معادله برنولی بین نقاط ۱ و ۲ واقع بر خروجی شیپوره و نقطه برخورد جت مانع، خواهیم داشت:

…

شکل ۳: شماتیک برخورد به جت

و …

جهت دانلود این گزارش کار بر روی دکمه افزودن به سبد خرید کلیک کنید. پس از خرید، لینک دانلود مادام العمر از طریق ایمیل و پنل کاربری  در اختیارتان قرار خواهد گرفت.

نظرتان در رابطه با این گزارش کار را در قسمت دیدگاه ها برای ما ارسال کنید.