LABORATIONSKURS I TNBI28 HYDRAULIK OCH HYDROLOGI

LABORATIONSKURS I TNBI28HYDRAULIK OCH HYDROLOGITORGNY BORG

Torgny Borg Sidan 2 2007-10-251 INLEDNING.......................................................................................................................................... 32 INNEHÅLL............................................................................................................................................ 32.1 Lab1 Flytstabilitet ........................................................................................................................................... 32.1.1 Inledning. .................................................................................................................................................. 32.1.2 Förberedelseuppgifter.............................................................................................................................. 32.1.3 Uppgift ...................................................................................................................................................... 42.1.4 Utrustning................................................................................................................................................. 42.1.5 Teori .......................................................................................................................................................... 42.1.6 Utförande .................................................................................................................................................. 5a.1 Tom kassun. .................................................................................................................................................. 5b1 Delvis fylld kassun......................................................................................................................................... 5b2 Delvis fylld kassun, med längsgående mellanvägg........................................................................................ 52.1.7 Redovisning............................................................................................................................................... 62.2 Lab2 Rörströmning......................................................................................................................................... 72.2.1 Inledning ................................................................................................................................................... 72.2.2 Förberedelseupgifter................................................................................................................................72.2.3 Illustrationer av tryck och Bernoullis ekvation..................................................................................... 82.2.5 Exempel i exempelsamlingen................................................................................................................ 102.2.6 Redovisning............................................................................................................................................. 102.3 Lab3 Pumpar och Cirkulationsnät.............................................................................................................. 112.3.1 Inledning ................................................................................................................................................. 112.3.2 Förberedelseuppgift ............................................................................................................................... 112.3.3 Uppgifter................................................................................................................................................. 112.3.4 Teori ........................................................................................................................................................ 122.3.5 Utförande ................................................................................................................................................ 122.3.6 Redovisning............................................................................................................................................ 122.4 Lab4 Hydrologi ............................................................................................................................................ 132.4.1 Inledning ................................................................................................................................................. 132.4.2 Förberedelseuppgifter............................................................................................................................ 132.4.3 Uppgift .................................................................................................................................................... 132.4.4 Redovisning............................................................................................................................................. 132

Torgny Borg Sidan 4 2007-10-252.1.3 UppgiftNi skall beräkna flytstabiliteten för två befintliga plåtkassuner. Den ena kassunen är försedd med en mellanvägg.Beräkningsresultaten verifieras med hjälp av de tillverkade kassunerna. Ni skall utföra försök med en torr kassunsåväl som med en kassun med en inre vattenfyllnad.2.1.4 UtrustningKassuner av stål, en med och en utan mellanvägg.2.1.5 TeoriVillkoret för att kassunen skall flyta stabilt är, se hydraulikboken.ρ g I 0 - ρ i g I ih m = ------------------ - e > 0PH mρI 0ρ iI iPeMetacenterhöjden.Vattnets densitetVattenlinjeareans tröghetsmomentInre vätskans densitetInre fria vätskans tröghetsmomentKroppens tyngdAvståndet mellan kroppens och deplacementets tyngdpunkteri jämviktsläget4

Torgny Borg Sidan 5 2007-10-252.1.6 UtförandeKassunens stabilitet skall utvärderas för följande fall.a.1 Tom kassun.b1 Delvis fylld kassunb2 Delvis fylld kassun, med längsgående mellanvägg.5

Torgny Borg Sidan 6 2007-10-252.1.6.1 Manuella beräkningar.Stabilitetsvillkoret utvärderas för fall a1,b1 och b2.För fall b1 och b2 beräknas de kritiska vattenfyllnadshöjderna. Fall a1 ska beräknas av samtliga, fall b1 en pergrupp och fall b2 är valfritt.2.1.6.2 Försök med den fysiska kassunen.Kontrollera era resultat, för fall a1, b1 och b2, genom att sänka kassunerna i vatten och studera om kassunen.flyter stabilt med vertikala väggar. Gör erforderliga mätningar av vattennivåer . Var noga med att antecknamätresultaten.2.1.7 RedovisningRapporten ska innehålla förutsättningar, renskrivna beräkningar med figurer för de olika fallen, samt endiskussion av resultaten.Samtliga jämviktslägen till dess kassunen sjunker ska anges. Varje gruppmedlem ska lösa minst ett av fallen.Diskutera anledningar till avvikelser mellan manuella beräkningar och försöken med modellen av kassunen.6

Torgny Borg Sidan 7 2007-10-252.2 Lab2 Rörströmning2.2.1 InledningNi först bekanta er mer med begreppet spänning och att tillämpa kontinuitets- och Bernoullis ekvation. Därefterska ni lösa några exempel på gravitationell rörströmning. Det ni lär er kan ni använda till att dimensioneraledningar till ditt nya hus så att du undviker översvämningar, får behaglig värme och kyla samt friskt färskvatten.2.2.2 Förberedelseupgifter1 I en horisontell rörledning finns en konisk förminskning där rördiametern minskar från 300 mm till 150mm. Trycket i punkt 1 är 15 kPa och vattenföringen är 25 l/s. Beräkna trycket i punkt 2. Ingen hänsyntas till friktionsförluster.122 Från en reservoar leder en 250 m lång horisontell rörledning med diametern 200 mm. Ur ledningenströmmar fritt 62,8 l/s. Beräkna vattenytans läge i reservoaren samt trycket i punkt A.Den ekvivalenta råheten för röret är k= 1,0 mm och vattnets temperatur 15 C º .Förlustkoefficienten för inloppet k i = 0,7. Det råder atmosfärstryck vid reservoarens vattenyta och viddet fria utloppet i luften.H= ?A+ 0,00 m150 m 100 m7

Torgny Borg Sidan 8 2007-10-252.2.3 Illustrationer av tryck och Bernoullis ekvation1 Stresses.Place a tack between your thumb and index finger. Now very gently squeeze the tack and note the sensation.The pointed end of the tack causes pain, and the blunt end does not. Explain the difference.After a long lecture, the daring physics professor stretches out for a nap on the bed of nails. How is thispossible?2 A Titanic Suprise.An iceberg floating in seawater is extremely dangerous because much of the ice is below the surface. Thishidden ice can damage a ship that is still a considerable distance from the visible ice. What fraction of theiceberg lies below the water level? The density of the iceberg is 917 kg/m 3 and the density of the water is1030 kg/m 3 .3 The answer is blowing in the wind.Place two soda cans on their sides approximately 2 cm apart on the table. Align your mouth at table leveland with the space between the cans. Blow a horizontal stream of air through the space. What do the cansdo? Is this what you expexted?4 A good trick.Is it possible to blow a dime off the table and into a tumbler? Place a dime about 2 cm from the edge of thetable. Place the tumbler on the table horizontally with its open edge about 2 cm from the dime. If you blowforcefully across the top of the dime, it will rise, be caught in the air stream, and end up in the tumbler.How hard (expressed in m/s) are you blowing when the dime rises and travels into the tumbler?8

Torgny Borg Sidan 9 2007-10-252.2.4 Bestämning av en lednings friktions- och tilläggsförlusterUppgift:Ni skall studera energiförlusterna i kopparrör, samt beräkna ekvivalenta sandråheten, k mm, för kopparrör.Försöksanordning:Från en behållare med bräddavlopp strömmar vatten genom ett horisontellt upplagt kopparrör medinnerdiametern 13mm. I två punkter är två vertikala plastslangar anslutna. Vattenföringen regleras med hjälp avtvå kranar.Utförande:Fyll upp hela systemet med vatten genom att hålla kranen i punkt B stängd och fylla på vatten i punkt A. Sedanregleras vattenföringen i systemet med hjälp av kranarna i punkt A och B, alltmedan vattennivån i punkt A hållskonstant. Läs av skillnaden i vattennivåer i vattenståndsslangarna i punkt B samtidigt som ni tar tid på hur långtid det tar för 1 liter vatten att rinna genom systemet. Temperaturen på vattnet och avståndet mellanvattenståndsrören skall mätas.Teori:Se hydraulikboken sid 100-133, föreläsningar och förberedelseuppgifter.Vid beräkningar av ekvivalenta sandråheten, k mm, får ni göra nödvändigaantaganden med hjälp av text och tabeller i läroboken.Utrustning:Laborationsutrustning, tumstock, mätkärl och termometer.9

Torgny Borg Sidan 10 2007-10-252.2.5 Exempel i exempelsamlingen.Lös exempel RG15, RG16, RG18 i exempelsamlingen. RG15 och RG16 är obligatoriska och RG18 valfri.Lösningen ska innehålla profilritning som visar beräknade flöden, tryckhöjder, hastighetshöjder ochenerginivåer.2.2.6 RedovisningResultatet redovisas i form av en laborationsrapport med försättssida. Rapporten ska innehålla lösningar påsamtliga exempel inklusive en redovisning av flöden, tryck och tryckhöjder. Varje student ska lösa minst tvåexempel från avsnitt 2.2.3 och 2.2.510

Torgny Borg Sidan 11 2007-10-252.3 Lab 3 Pumpar och Cirkulationsnät.2.3.1 InledningAHur fungerar en pump i ett ledningsnät? Ni får träna på att manuellt beräkna flöden och tryck förvattenledningar med pumpar .BHär får ni använda ett datorprogram till att välja en lämplig pump.C BONUSUPPGIFT..Ledningarna i våra städer är ihopkopplade till ledningsnät. I denna del får ni kunskap om hur manberäknar flöden och tryck i ledningsnäten. Därmed får du en grund för att senare projektera ledningsnät förnya bostadsområden eller utföra underhåll av befintligt ledningsnät. Mer konkret uttryckt ska du beräkna flöden,tryckhöjder och trycknivåer i ett cirkulationsnät, se fig.Figuren av ledningsnätet är inte skalriktig.2.3.2 FörberedelseuppgiftRP8 i exempelsamlingen. ( pumpuppgift)2.3.3 UppgifterALös exempel RP3 och RP6 i exempelsamlingen. Lösningen på ex RP3 ska innehålla ritning som visar trycknivåoch energinivån.BDu ska med hjälp av pumpvalsprogrammet WAPS 1.1 finna en lämplig pump för en vattenledning som fordrartryckstegring . Ni använder data från förberedelseuppgiften RP8. Låt programmet söka fram en lämplig pumpdels för en relativt ny ledning med k=1,0 mm som i RP8 och dels för en äldre ledning med k=4,0 mm. Redovisavalda pumpar och särkilt effektbehovet för fallen med den nyare och äldre ledningen. Beräkna slutligenenergikostnaden per år för dessa pumpar om pumpen antas gå 6000 timmar per år och energikostnaden är 1,50kr/kWh.C BONUSUPPGIFT1. Bestäm vattenströmmarna i ledningsnätet, se fig. Varje student ska använda individuella värden på flöden.Ledningarna är av gjutjärn. Rörets råhet är k=1,0 mm. Tilläggsförlusterna på grund av krökar, inlopp mmförsummas.2. Bestäm tryckhöjder och trycknivåerna i ledningsnätet. Samtliga knutpunkter antas ligga på nivån 10,0 m.Tryckhöjden i knutpunkt 1 antas vara 50,00 mvp.LedningsdelLängd(m)Diameter(mm)1-2 350 2002-3 200 2003-4 500 1504-5 200 1502-5 550 1505-6 300 2001-6 600 25011

Torgny Borg Sidan 12 2007-10-2510 l/s100 l/s1 2 320 l/s65420 l/s20 l/s30 l/s2.3.4 TeoriLösningen av pumpuppgiften erhålls genom att tillämpa energiekvationen mellan två reservoarer, se sidan 152Lösningen av cirkulationsnätets flöden erhålls genom att se till att såväl kontinuitetsekvationen somenergiekvationen är uppfyllda, se kap 7 i läroboken.2.3.5 UtförandeANi träffas i Bygglab. Beräkningen av exempel RP3 och RP6 sker i manuellt. Lärobok och formelsamlingutnyttjas. För figur som visar energinåver mm se läroboken sidan 102BBeräkningen sker i datasal.Starta upp programmet och välj applikationstyp tryckstegring och torr uppställning med en sump. Gå sedan inunder systembeskrivning och ange hydrauliska data från RP8 . Utnyttja det flöde som ni manuellt räknat fram.Välj en plastledning PEM/PEH. Ni går in under Inställningar/beräkningsunderlag och ställer in de aktuella k-värdena. Observera att det är de yttre diametrarna som anges . Diametern väljs därför så att hastigheten somprogrammet räknar fram stämmer för diametern 0,18 m som utnyttjas i RP8. ( Alternativt går ni in iproduktkataloger för plastledningar och kollar vilken ytterdiameter som ger innerdiametern 0,18 m)CBeräkningen sker vid egen vald tid2.3.6 RedovisningEn renskriven laborationsrapport med försättssida. Rapporten innehåller för del A renskrivna beräkningar medfigur som visar hydrauliska grunddata och beräkningsresultaten. Därutöver för exempel RP3 en figur som visartrycknivå och energinivå.För del B redovisas de förslag på pumpar som programmet angett. Ni anger för varje pump artikel nummer,drifteffekt och driftflöde. Redovisa hur många procent effektbehovet ökar då k=värdet ökar från 1,0 mm till 4,0mm.För del C bifogar du indatafilen för lösning av problemet, samt lämnar en skriftlig redovisning avberäkningsresultaten.12

Torgny Borg Sidan 13 2007-10-252.4 Lab4 Hydrologi2.4.1 InledningNi ska få kunskap om hur sjöar regleras.2.4.2 FörberedelseuppgifterVid utloppet av en sjö med arean 1,00 km 2 finns en regleringsdamm. Vid dammen planeras ett vattenverk meden förbrukning av 70 l/s fr o m augusti t o m april 140 l/s under maj, juni och juli. Nettotillrinningen till sjönunder två torrår har varierat enligt bifogad tabell. Bestäm regleringshöjd för sjön.Nettotillrinning l/s.Vid början av år 1 antas magasinet fullt.Jan Feb Mar April Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov DecÅr 1 45 50 55 90 70 50 80 110 140 110 90 70År 2 50 40 30 95 70 45 50 80 110 70 60 50År 3 70 100 250 4002.4.3 UppgiftLös exempel 58 och 62 som ni hittar i Hydrologistencilen.2.4.4 RedovisningRedovisningen ska utformas som renskrivna lösningar till uppgifterna . Svaret ska tydligt framgå.13