آزمایشگاه مکانیک سیالات - دانشکده فنی و مهندسی
آزمایشگاه مکانیک سیالات
دستگاه های موجود در این آزمایشگاه :
دستگاه فلوم تحقیقاتی شیب‌پذیر 8 متری
• بررسی جریان آب در کانال‌های روباز
یک کانال روباز مجرایی است که جریان آب با سطح آزاد و در آن جاری می‌شود. با توجه به نحوه به‌وجود آمدن یک کانال می‌توان آن را به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم‌بندی نمود. کانال‌های مصنوعی، کانال‌هایی است که توسط انسان ساخته می‌شود. کانال‌های ناوبری، کانال قدرت، کانال آبیاری، خندق زهکشی، مسیر‌های سرریز، مسیل‌ها، ورود به سیستم شوت، سیستم فاضلاب کنار جاده‌ای و.... به همین ترتیب کانال‌هایی که با هدف آزمایشی در آزمایشگاه‌ها ساخته می‌شوند، جزء این دسته قرار می‌گیرند. خواص هیدرولیکی این گونه کانال‌ها کاملاً مشخص است و یا برای اهداف خاصی طراحی می‌شوند. به‌کاربردن نظریه‌های هیدرولیکی برای کانال‌های مصنوعی باعث می‌شود که رفتار جریان در این کانال‌ها بسیار شبیه رفتار طبیعی جریان باشد، تا بتوان از آنها برای اهداف کاربردی استفاده کرد.
آزمایش جت و روزنه
زمانی که سیالی از میان یک روزنة لبه تیز عبور می‌نماید، دبی واقعی آن کمتر از دبی به‌دست آمده از روابط تئوری است. این اختلاف نه فقط به دلیل افت انرژی بلکه بیشتر به واسطة انقباض سطح مقطع جریان می‌باشد. به کمترین مقطع جریان، مقطع فشرده می‌گویند. اگر ارتفاع آب در مخزن از مقطع فشرده باشد، با نوشتن رابطه برنولی بین دو نقطه در سطح آزاد و مقطع فشرده می‌توان سرعت ایده‌آل خروجی آب را به دست آورد.
آزمایش تئوری انرژی برنولی
- • بررسی تئوری برنولی و محدودیت‌هایش و نیزمطالعه کامل ونتوری‌مترها
- • اندازه‌گیری مستقیم توزیع هداستاتیکی درامتداد یک لوله ونتوری و رسم نمودار مربوطه
- • تحقیق رابطه برنولی برای جریان آب در یک ونتوری
- • بررسی اندازه‌گیری دبی مطابق رابطه برنولی و قانون پیوستگی
- • اندازه‌گیری ضریب تصحیح ونتوری‌متر در دبی‌های مختلف و ترسیم منحنی تلفات فشار
- • مقایسه نتایج تجربی با پیش‌بینی‌های تئوری
آزمایش پمپ‌های سری و موازی
- • آشنایی با نحوه قرار گرفتن پمپ‌ها در مدار جریان به صورت سری و موازی
- • بررسی فشار، دبی و هد یک مدار در حالت قرار گرفتن پمپ‌ها به صورت سری و موازی
- • رسم و مقایسه منحنی مشخصه پمپ‌ها در حالت قرار گرفتن پمپ‌ها به صورت سری و موازی
- • به دست آوردن و مقایسه راندمان پمپ‌ها در حالت‌های مختلف سری و موازی
آزمایش نمایش دبی‌سنجی
- • آشنایی با ابزارهای مختلف اندازه‌گیری شدت جریان داخل لوله‌ها
- • بررسی و مقایسه اندازه‌گیری دبی با استفاده از یک ونتوری‌متر، اوریفیس و روتامتر
- • بررسی و مقایسه افت فشار روی هر یک از ابزارهای اندازه‌گیری دبی
- • برررسی رابطه برنولی در مایعات تراکم‌ناپذیر
آزمایش مرکز فشار
- • عملکرد ساده و تطابق نتایج عملی با تئوری
- • تعیین مرکز فشار یک سطح صاف عمودی در حالات مستغرق و نیمه مستغرق در سیال تراکم‌ناپذیر
- • تعیین مرکز فشار یک سطح صاف در حالت کلی، با زوایا و عمق غوطه‌وری مختلف
برای طراحی یک سازه مانند سد، یافتن مرکز فشار حاصل از سیال بر آن سـازه لازم است. بنابراین زمینه‌های عملی فراوانی برای این دستگاه وجود دارد. دستگاه مرکز فشار به دانشجویان امکان می‌دهد که ممان در اثر کل فشار سیال روی یک سطح صاف که به صورت کامل یا ناقص در یک سیال غوطه‌ور است را اندازه‌گیری و سپس با نتایج بدسـت آمده از تحلیل‌های تئوری مقایسه کنند.
آزمایش رینولدز
- • مشاهده الگوی جریان با استفاده از سیستم تزریق رنگ
- • نشان دادن جریان آرام و متلاطم
- • آزمایش جریان آرام و متلاطم و تغییر حالت بین آنها
- • نمایش اعداد رینولدز تغییر حالت و مقایسه با مقادیر قابل قبول
- • بررسی اثر تغییر ویسکوزیته و نشان دادن وابستگی عدد رینولدز به ویسکوزیته
این دستگاه برای نشان دادن الگوهای مختلف جریان در یک سیال به کار می‌رود. الگوهای جریانی آرام و متلاطم و همچنین حالت گذار بین آنها به خوبی قابل مشاهده است.
دستگاه شامل یک لوله شیشه‌ای با قطر دقیق است که به صورت عمودی درون یک محفظه نگهدارنده نصب شـده است. آب از یک مخزن آب با ارتفاع ثابت که در بالای لوله قرار دارد وارد لوله می‌شود. ورودی آب در پشت دستگاه قرار دارد و می‌توان آن را به یک شیر آب وصل کرد. برای کنترل دبی عبوری از لوله تست یک شیر درپایین آن قرار داده شده است. با استفاده از یک استوانه مدرج و کرونومتر می‌توان دبی آب را اندازه‌گیری کرد.
آزمایش بررسی افت در سیستم لوله‌کشی
- • بررسی افت فشارهای اصلی و فرعی در اجزای مختلف یک سیستم لوله‌کشی
- • محاسبه ضریب اصطکاک در انواع لوله‌ها
- • اندازه‌گیری افت درانبساط و انقباض ناگهانی
- • اندازه‌گیری افت درخم‌ها، سیفون‌ها و انواع شیرآلات
- • پیدا کردن عدد رینولدز بحرانی
- • اندازه‌گیری و بررسی قوانین اصطکاکی در جریان‌های آرام و آشفته
- • تعیین نقطه کاری یک سیستم لوله کشی
- • بررسی تاثیر تغییرات دبی بر روی افت فشار
- • بررسی رابطه بین افت انرژی و سرعت
آزمایش کالیبراسیون فشارسنج
- • بررسی رابطه فشار و نیرو
- • رسم نمودارهای فشار برحسب نیروهای وارده
- • آشنایی با سیستم داخلی یک فشارسنج بوردون
دستگاه شامل یک گیج فشار، سیلندر و پیستون و وزنه‌های مختلف جهت بارگذاری می‌باشد که دانشجو می‌تواند با بارگذاری بر روی کفه بارگذاری به پیستون فشار ایجاد کند که از گیج خوانده می‌شود و نمودارهای فشار را رسم نموده و آنها را با یکدیگر مقایسه کند.
فشار وارد شده بر یک سطح از نسبت نیروی وارد شده بر سطح مقطع بدست خواهد آمد. از طرفی فشار در یک محفظه بسته در تمام نقاط یکسان است.
دستگاه توربین فرانسیس
ویژگی‌ها
- • تعیین مشخصات توربین فرانسیس
- • مدار بسته آب
- • اندازه گیری گشتاور
کاربرد
- تعیین خروجی مکانیکی
- تعیین بازده
- بررسی تاثیر حالت پره‌ها بر روی خروجی
- بررسی سرعت‌ها
توضیحات
توربین فرانسیس از نوع توربین‌های عکس‌العملی می‌باشد. توربین‌های فرانسیس برای گستره وسیعی از ارتفاعات بکار می‌رود. پره‌های‌هادی می‌توانند برای تنظیم خروجی، متنوع باشند. درعمل، توربین‌های فرانسیس در ایستگاه‌های توان بر روی رودخانه‌های بزرگ قرار می‌گیرند. توربین فرانسیـس دارای پروانه و پره‌های‌هادی است. در این دستگاه، آزمایشات با ایجاد یک مدار بسته جریان انجام می‌گیرند. دبی جریان تحت تاثیر وضعیت پره‌ها است.
سرعت و گشتاور بر روی دستگاه مشخص است. درآزمایشات مشخصه‌های توربین و منحنی‌های خروجی برای سرعت‌های مختلف رسم شده و مشخصات مختلف تعیین می‌شوند.
آزمایش کاویتاسیون
- • مشاهده پدیده کاویتاسیون در دبی و فشارهای مختلف
- • تاثیر میزان دبی بر فشار
- • بررسی عملکرد یک لوله ونتوری
هنگام تشکیل حباب‌های بخار در مایعات در حال جریان بر اثر ایجاد یک خلا نسبی بزرگ، پدیده کاویتاسیون رخ می‌دهد. آزمایش از یک لوله ونتوری از جنس پلاستیک شفاف تشکیل شده است. وقتی فشار در قطره‌های آب در کوچکترین مقطع لوله، به زیر فشار بخار اشباع آب برسد پدیده کاویتاسیون ایجاد می‌شود.
فشار در ورودی، خروجی و در کوچکترین مقطع لوله ونتوری توسط مانومترهایی نشان داده شده است. دبی جریان توسط روتامتر اندازه گیری می‌شود.
آزمایش جت آب
- • اندازه گیری نیروی ضربه وارده به نمونه‌های تخت، کروی، مخروطی و شیب‌دار
- • مشاهده و بررسی اثر دبی آب بر نیروی واردشده از ظرف آب بر اجسام مختلف
دستگاه جت آب برای بررسی نیروی وارده توسط جت آب روی یک صفحه ثابت به کار می‌رود. دانشجویان به کمک این دستگاه نیروی تولید شده بوسیله برخورد جت آب به یک صفحه صاف، مورب، مخروطی و یا فنجان نیمکره‌ای را اندازه گیری کرده، سپس آن را با ممنتوم جت آب مقایسه می‌کنند. همچنین با این آزمایش دانشجویان می‌توانند نحوه تولید نیرو در پره‌‌های توربین را درک کنند.
دستگاه شامل یک مخزن استوانه ای شفاف است که درون آن یک نازل با نوک مخروطی به صورت عمودی قراردارد. آب با دبی کنترل شده به درون نازل پمپاژ شده و جت آب به‌وجود آمده در خروجی نازل به صفحه تست برخورد می‌کند. نیروی وارده بر صفحه تست با استفاده از یک مکانیزم توزین ساده که در بالای مخزن قرار دارد، اندازه گیری می‌شود. دبی آب با استفاده از شیر کنترل و با یک روتامتر نشان داده خواهد شد.
آزمایش تعادل اجسام شناور
- • تعیین و بررسی نیروی شناوری و مرکز شناوری
- • تعیین و بررسی مرکز ثقل، متاسنتر و تعادل
- • انحراف زاویه
تعیین نقطه متاسنتریک یکی از مهمترین عوامل تعادل اجسام شناور است. این نقطه از محل برخورد بردار نیروی شناوری و مرکز جرم جسم شناور حاصل می‌شود.
آزمایش توسط یک مخزن پر از آب انجام می‌شود. برای انجام آزمایش از یک قسمت شفاف و بدنه پلکسی گلاس استفاده می‌شود که دارای اسکیل‌های عمودی و افقی است که تداعی‌کننده وزنه‌های لغزنده است.
وزنه‌های لغزنده می‌توانند توسط پیچ‌هایی در حالت ثابت قرار گیرند. وضعیت مرکز شناوری توسط تغییر وضعیت وزنه‌های لغزنده، تغییر می‌کند. علاوه بر آن یک نمایشگر زاویه در دستگاه قرار داده شده است.
آزمایش ورتکس
- • تعیین پروفیل سطح آب ورتکس‌‌های آزاد و اجباری
- • تعیین تغییرات هد کلی در ورتکس اجباری
- • تعیین سرعت ورتکس
- • بررسی ورتکس (جریان گردابی) اجباری و آزاد سیالات
- • مشاهده ورتکس به طور واضح از زوایای مختلف و عملکرد ساده و تطابق نتایج عملی با تئوری
دستگاه ورتکس به دانشجویان امکان می‌دهد، ورتکس‌‌های آزاد و اجباری را تولید و پروفیل سطح آب ورتکس را اندازه‌گیری کنند.
آزمایش ورتکس
- • تعیین پروفیل سطح آب ورتکس‌‌های آزاد و اجباری
- • تعیین تغییرات هد کلی در ورتکس اجباری
- • تعیین سرعت ورتکس
- • بررسی ورتکس (جریان گردابی) اجباری و آزاد سیالات
- • مشاهده ورتکس به طور واضح از زوایای مختلف و عملکرد ساده و تطابق نتایج عملی با تئوری
دستگاه ورتکس به دانشجویان امکان می‌دهد، ورتکس‌‌های آزاد و اجباری را تولید و پروفیل سطح آب ورتکس را اندازه‌گیری کنند.
آزمایش ضربه قوچ
- • مشاهده پدیده ضربه قوچ داخل لوله
- • بررسی امواج پدیده ضربه قوچ برای سیال تراکم ناپذیر در شیرآلات و داخل لوله‌ها
- • چگونگی استفاده از مخزن ضربه گیر (لوله تعادل) جهت کاهش اثرات ضربه قوچ
- • بررسی پدیده ضربه قوچ برای سیال تراکم ناپذیر داخل لوله
- • رسم منحنی تغییرات ارتفاع در مخزن ضربه گیر نسبت به زمان
چنانچه در سیستم‌هایی که با مایعات سر و کار دارند شیر نیز موجود باشد، در زمان بسته شدن شیر به طور ناگهانی در امتداد لوله موجی به وجود می‌آید که به بدنه لوله و شیر ضرباتی وارد می‌کند. این موج که باعث تخریب اتصالات می‌شود، ضربه قوچ نامیده می‌شود. همچنین زمانی که یک سیال درون یک مسیر بسته در حال جریان باشد با کند شدن و یا تسریع سرعت جریان، این پدیده مشاهده خواهد شد. دسـتگاه دارای یک تانک آب و مسـیر جریان آب می‌باشد. در انتهای مسیر لوله کشی یک مخزن ضربه گیر شفاف برای کاهش اثرات ضربه قوچ قرار گرفته است.
میز هیدرواستاتیک و خواص سیالات
- • به‌دست آوردن ویسکوزیته سیال
- • نشان دادن افقی بودن سطح سیال ساکن ( بررسی اثر سطح مقطع بر فشار)
- • بررسی عوامل مؤثر بر پایداری و ناپایداری اجسام شناور
- • آشنایی با نقطه‌ی متاسنتریک
- • تعیین مرکز فشار سطوح در عمق‌های مختلف غوطه‌وری و در زوایای مختلف
- • بررسی روابط مربوط به نیروهای وارد بر سطوح غوطه ور و نیمه مستغرق در سیال ساکن تراکم ناپذیر
میز خواص سیالات جهت محاسبه خواص سیالات در حالی که سیال ساکن است استفاده می‌شود. انجام آزمایش‌هایی نظیر تعیین مرکز فشار هیدرواستاتیک و ویسکومترهای کره افتان، همچنین آشنایی با نقطه‌ی متاسنتریک به کمک این دستگاه امکان پذیر است.
میز هیدرواستاتیک و خواص سیالات
- • به‌دست آوردن ویسکوزیته سیال
- • نشان دادن افقی بودن سطح سیال ساکن ( بررسی اثر سطح مقطع بر فشار)
- • بررسی عوامل مؤثر بر پایداری و ناپایداری اجسام شناور
- • آشنایی با نقطه‌ی متاسنتریک
- • تعیین مرکز فشار سطوح در عمق‌های مختلف غوطه‌وری و در زوایای مختلف
- • بررسی روابط مربوط به نیروهای وارد بر سطوح غوطه ور و نیمه مستغرق در سیال ساکن تراکم ناپذیر
میز خواص سیالات جهت محاسبه خواص سیالات در حالی که سیال ساکن است استفاده می‌شود. انجام آزمایش‌هایی نظیر تعیین مرکز فشار هیدرواستاتیک و ویسکومترهای کره افتان، همچنین آشنایی با نقطه‌ی متاسنتریک به کمک این دستگاه امکان پذیر است.
آزمایش بررسی قانون هاگن پوازی
- • بررسی اثر ویسکوزیته در رابطه هاگن پوازی
- • بررسی اثر سطح مقطع جریان در رابطه هاگن پوازی
- • بررسی اثر طول در رابطه هاگن پوازی
- • بررسی اثر اختلاف فشار در رابطه هاگن پوازی
- • بررسی اثر دما بر ویسکوزیته سیال
ویسکوزیته (لزجت) خاصیتی است که سیال به وسیله آن در مقابل تنش برشی مقاومت می‌کند. با افزایش دما لزجت گازها افزایش می‌یابد اما لزجت مایعات کاهش می‌یابد. این تفاوت را می‌توان با بررسی عوامل لزجت توضیح داد. در مایعات فاصله مولکول‌ها کمتر از گازها است، لذا نیروی جاذبه مولکولی در گازها کمتر از مایعات است. از این‌رو عامل اصلی لزجت مایعات نیروی جاذبه مولکولی است، اما در گازها جاذبه مولکولی بسیار کم است. مقاومت گازها به تنش برشی عمدتاً ناشی از تبادل مومنتوم مولکولی است. در دستگاه حاضر اثرات طول و قطر لوله و اختلاف فشار دو سر لوله بر میزان دبی جریان عبوری از لوله مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین تآثیر دما بر میزان ویسکوزیته سیال مورد بررسی قرار می‌گیرد.