هدف ازاین آزمایش بررسی قوانین موجود در مورد مقاومت اصطکاکی در مقابل حرکت سیال بر حسب نوع جریان می باشد . همچنین می توان توسط معادله پواسلی(Hagen-poiseuille) برای جریان آرام ( لایه ای ) ضریب ویسکوزیته و توسط رابطه دارسی ضریب اصطکاک را تعیین نمود .

تئوری آزمایش :

افت انرژی در اثر اصطکاک در داخل یک لوله مستقیم بصورت کاهش فشار ظاهر می شود. اگر جریان مایعی از لوله شکل (1)عبور کند اختلاف ارتفاع سطوح مایعات (h ) در پیزومتر های A و B معرف افت انرژی اصطکاکی یا افت فشار ( به ازاء واحد وزن سیال جاری ) می باشد .

نظر به اینکه بعد افت فشار به ازاء واحد وزن سیال دارای بعد طول است به آن افت هد یا افت ارتفاع هم می گویند.

h =h₁-h₂

برای جریان آرام در لوله داریم:

μ ویسکوزیته (2-1)

u سرعت متوسط سیال در داخل لوله

ρ دانسیته سیال

D قطر لوله

(2-2)

(2- 3)

برای جریان آشفته از رابطه دارسی استفاده می شود:

(2- 4)

f ضریب اصطکاک لوله

مقدار f برای جریان آرام تنها به بستگی دارد.

(2- 5)

f در جریان آشفته تابعی است از زبری نسبی داخلی لوله و عدد رینولدز جریان

(2- 6)

Colbrook Equation:

(2-7)

Re <2100 laminar

2100 <Re <5000 transition

5000<Re turbulent

برای لوله های صاف در صورتی که عدد رینولدز بین تا ⁶10باشد می توان از معادله تجربی زیر برای محاسبه f استفاده نمود.

(2- 8)

درعمل رابطه h/Lبر حسب سرعت را بصورت رابطه زیر نشان می دهند که k و n برای یک جریان و لوله معین ثابت می باشد .

(2- 9)

مقدار n در ناحیه جریان آشفته بین1.7 تا 2 می باشد .

شرح دستگاه :

شکل (2 ) شمای دستگاه مورد آزمایش را نشان می دهد. توسط مانومترهای تفاضلی جیوه ای و آبی روی دستگاه می توان افت فشار بین دونقطه ازیک لوله مستقیم بطول 500 میلیمتر ، قطر اسمی 3 میلیمتر و سطح مقطع.067 میلیمتر مربع را اندازه گرفت .

واضح است که در افت فشار های کم ( معمولاً جریان آرام ) از مانومتر تفاضلی آبی و درافت فشارهای زیاد ( معمولاً جریان آشفته ) از مانومتر های تفاضلی جیوه ای استفاده می شود . برای اندازه گیری دبی آب درلوله از یک ظرف مدرج و کرونومتر استفاده می شود. تغییرات دبی توسط یک شیر سوزنی در قسمت خروجی لوله انجام می گیرد . برای برقراری جریان (معمولا) آرام از تانک آب درارتفاع ثابت استفاده می شود و برای برقراری جریان ( معمولاً ) آشفته خروجی پمپ را مستقیماً به لوله اصلی وصل می کنند .

شکل (2) شمای دستگاه اصطکاک در لوله ها

روش آزمایش:

قبل از شروع آزمایش ابتدا می بایست دستگاه را هوا گیری نمود این کار توسط تکنسین آزمایشگاه صورت خواهد گرفت.سپس آزمایش را در دو مرحله ( که دریکی معمولاً جریان آرام است و دردیگری معمولاً جریان آشفته ) انجام می دهیم .

برای انجام مرحله اول آزمایش خروجی پمپ میز آزمایشگاهی را به تانک آب در ارتفاع ثابت وصل می نماییم و سپس توسط لوله ای که درزیر این تانک قرار دارد آب را بداخل لوله مورد آزمایش هدایت می کنیم. توسط مانومتر تفاضلی آبی می توان افت فشار ( افت هد ) را قرائت نموده و نتیجه را یادداشت کرد . توسط بستن تدریجی شیرسوزنی در انتهای لوله این مرحله از آزمایش رابرای چند دبی مختلف انجام دهید. اندازه گیری دبی در هر مرحله توسط ظرف مدرج و کرونومتر انجام می گیرد.

برای انجام مرحله دوم آزمایش خروجی پمپ را مستقیم به لوله اصلی وصل می کنیم .نظر به اینکه در چنین حالتی فشار خروجی پمپ درلوله مورد آزمایش اثر دارد لذا معمولاً جریان آشفته برقرار می شود. دراین مرحله چون افت فشار زیادتر است از مانومتر تفاضلی جیوه ای برای تعیین آن استفاده می شود. توسط بستن تدریجی شیر سوزنی مستقر در انتهای لوله این مرحله از آزمایش را برای چند دبی مختلف انجام دهید مقدار دبی را می توان با استفاده از ظرف مدرج و کرونومتر تعیین نمود . لازم است که درطول آزمایش دمای متوسط آب را اندازه گیری شود .

نتایج و محاسبات :

نظر به اینکه افت فشار اندازه گیری شده در مرحله دوم آزمایش بر حسب میلی متر جیوه است لذا می بایست تفاضل ارتفاع مانومترها در عدد55.13 ضرب گردد تا به میلی متر آب تبدیل گردد .

1.مقدار ضریب اصطکاک (f ) را از رابطه دارسی بدست آورید. مقادیر f بدست آمده از رابطه دارسی را بر حسب عدد رینولدز رسم نمایید .به کمک نمودار زبری نسبی را بدست آورید.