کاربرد نانو در صنعت سیمان

کاربرد نانو در صنعت سیمان

امروز نانوتکنولوژی تمامی مرزهای دانش را در نوردیده است و صنعت سیمان ها از این امر مستثنی نمی باشد. در زیر مقاله ای جهت مطالعه تقدم می گردد. نانوسم (NANOCEM) یک تحقیق جدید شبکه اروپاست که بر روی مراحل توسعه اصول فنی نانو (مقیاس یک بیلیونی) در مواد سیمانی متمرکز شده است.

بستهای سیمان پورتلند ، اجزا اولیه فعال بتن هستند که در بیشتر ساختمانهای مدرن استفاده می شوند . دیگر تشکیل دهنده های بتن ، آب و مصالح دانه ای ریز و درشت (مانند شن و سنگ) هستند. 
بستها از جوش سیمان پورتلند با زمینه کمی از سولفات کلسیم ساخته شده اند و به طور متداول شامل پودرهای ریز معدنی مثل سنگ آهک ، پوزولان (معمولا خاکسترهای آتش فشانی) ، خاکستر بادی (معمولا از زغال سوخته گیاهان پر قدرت) و سرباره دانه ای کوره بلند ، هستند.
چنین گردهمایی به عنوان مواد سیمانی تکمیلی تلقی می شوند زیرا آنها برای جایگزین شدن به جای بیشتر چسب سیمانهای گران استفاده می شوند. مواد افزودنی شیمیایی مانند افزودنی ها کاهنده آب ، فوق روان کننده ها (خمیر کننده ها) ، کندگیر کننده ها ، تند گیر کننده های بتن و عوامل هوازا می توانند به بتن در مقدار کم اضافه شوند تا خصلتهای بتن را برای موارد استفاده خاص تغییر دهند.

 توضیح درباره نانو : 

گر چه سیمان پرتلند در مقدار وسیع در مواد دست ساز بشر بر روی زمین استفاده می شود اما فهم مکانیزم اصلی ، حاوی خصوصیاتش به طور طبیعی باقی مانده است . مراحلی که در طول 1لحظات نخستین واکنش با آب اتفاق می افتد ، می تواند ساختارهای بزرگ و ریز را تحت تاثیر قرار دهد و اجرای طولانی مدت یک ساختار را در پی داشته باشد. 
بیشتر واکنشهای شیمیایی که عملکرد مواد سیمانی را کنترل می کند در مقیاس نانو سنج (یک بیلیون) اتفاق می افتد ولی اکثر تحقیقات ، عملیات مهندسی گرفته اند و بر روی مرحله درشت (قابل دید) متمرکز شده اند. فقدان فهم جزییات مولکولی از رشد چشم گیر تقریبا جلوگیری کرده و موج ناتوانی در پیش بینی وضع آینده شده است. نیاز برای آزمایش مکرر خصوصیات در تناسب درشت دانه ای مانع نوآوری و استخراج در SCM هایی که به طور گسترده ای در دسترس قرار دارند ، شده است که به طور کلی در جا دادن انرژی اندک (جدول سمت راست را ببینید) و غیر سمی می باشند. 
در حال حاضر ، در هر ساختمانی که در آن از مواد سیمانی جدید با عملکرد بالا استفاده می شود ، نیاز به تست زمان (طولانی کردن) دارد. با کسب دانش بنیادین ، این مواد می توانستند به جای آزمایش و خطا با طراحی و پایه گذاری بر روی مدلهای معتبر ، ساخته شوند. 
هدایت در مسیر صحیح : 
در طول این فعالیت بر روی این مطلب یعنی نانوسم ، 21 انجمن علمی به همراه 12 شریک صنعتی که 5 شرکت بزرگ تولید کننده سیمان را در بردارد بنا نهاده شد و در 11 کشور اروپایی گسترش یافت و در طول یک چهارم قرن گذشته انقلابی در تکــــنیکهای تجربی برای رسیدگی به مواردی مثل تشـــدید طیف بینی مغناطیســــی هستـــــه ای (NMR) و نیروهــای میکروسکوپی بوجود آورده اند و به شرکای نانوسم امکان دسترسی به ابزارهای پیشرفته را داده است. 
شرکتهای صنعتی خط شروع مالی برای شبکه ارتباطی فراهم کرده اند و راهنمایی با احترام به پیش بینی علایق بازار فراهم نموده اند. اعضای انجمن علمی مجبور هستند که حداقل یکی از پروژه های تحقیقاتی مستقل مالی را با شبکه ارتباطی تسهیم کنند و باید تحقیقاتشان را به روش تعاونی و مکمل توسعه دهند . 
کارگاههای اصلی برگزار می شوند تا قسمتهای مهم خالی علمی را پیدا کنند و با ارتباط دادن پروژه های تحقیقاتی ، سعی در پر کردنشان نمایند. 
این کمیته هدایت کننده شامل 5 نماینده از شرکای صنعتی و 5 نفر از انجمن علمی است . جلسات تجاری دو بار در سال برگزار می شود . برنامه تحقیقاتی شبکه ارتباطی ، چهار پروژه اصلی و پروژه شریکی در دست اجرا داد که شامل موارد زیر است :
مجموعه هیدرات که خود متشکل از کربن ، سولفور هیدروژن (C-S-H) می باشد. در حال حاضر مشخص کردن کمی ترکیب وجهه هیدراتی ممکن نیست در حال حاضر مشخص کردن کمی ترکیبی هیدراتی که از هیدرات یک سیستم سیمانی منتج شده است ، ممکن نیست ، مخصوصا زمانی که (SCM) هایی مثل خاکستر بادی یا سرباره شامل آنها می شود. هدف این پروژه ها تعیین مواد تشکیل دهنده و استحکام ترکیب وجهی هیدرات است که انتظار مـی رود ، در دمای بالاتر از 50 درجه سانتی گراد اتفاق بیفتد. این تحقیق شامل پروژه های دکترای تخصصی است که به طور پیوسته توسط دانشگاه های ابردین Aberdeen بریتانیا ، امپا Empa در سوئیس و Espcl در فرانسه هدایت می شود. 
ساختار منفذ توسط NMR : این پروژه امیدوار است تا تنظیم جامعی بر روی هنرهای غیر مخرب ، ابزارهای تکنیکی غیر تهاجمی داشته باشد و آنها را قادر می سازد ، ساختار منفذ هیدرات سیمانها را در حدی که در آن منافذ با آب پر می شوند و قابلیت جابجایی آب در مواد اشباع کننده را تحلیل کنند. نتیجه کار اجازه خواهد داد که دوام و عملکرد بتن به طور بهتری پیش بینی شود . دو گروه از گروههای هدایت کننده در منطقه چرخش پروتنی را دانشگاههای سوری Surrey در بریتانیا و پلی تکنیک فرانسه را شامل می شود. 
فعل و انفعالات ترکیبات آلب آلومینیم با اکسید فلز : این امر یکی از مشکلترین مباحث مربوط به اثر سیمان و فوق روان کننده (خمیر کننده) در بتن است. برای مثال شتاب فوق خمیریازی بر روی فرمهای غیر فعال ( که صورت ترکیب آلی آلومینیم با اکسید فلز نامیده می شود) در طول مراحل اولیه ترکیب سازی بتن می باشد. 
این پدیده شناخته شده ، منتهی به مصرف مقدار زیاد فوق خمیرسانی در بسیاری از بتن ها و بوجود آمدن مشکلات کاربردی جدی ، زمانی که مواد خام یا شرایط ترکیب تغییر کرده اند ، می شود. این تحقیق توسط سیکا در سوئیس و Espc هدایت می شود. 
واکنش پذیری سیستم سیمانی : در پروژه دکتــــری تــوسط EPFL در سوئیس و DTU در دانمارک و دانشگاه آرهوس Aarhus دانمارک و دانشگاه لیدز Leeds در بریتانیا در دست تحقیق است که بر روی توسعه یک روش برای تشخـــــــیص درجه عکس العمل قسمت جوش سیمانی و به طور مستقل SCM ها در سیمانهای چسبیده است. 

شریک شدن :

پروژه های شرکتی در محدوده شبکه ارتباطی ماننده تحقیقات در دست اجرای دانشگاههای Bourgogne فرانسه درباره اثر آهن بر روی پیوستگی و ساختار C-S-H در مقیاس نانو از بنیاد تا کاربرد است . برای مثال در موسسه تکنولوژی دنیش Danish ، مطالعه ای بر روی مکانیزم زیباشناختی ظاهری بتن بر روی ساختار سرتاسری صورت پذیرفته است. 

تحقیق و تعلیم : 

علاوه بر هسته تحقیقات نانوسم که بوسیله شرکای صنعتی در حدود 500 هزار یورو در هر سال از لحاظ مالی تامین می شود ، مرکز مالی EU ، 2/3 میلیون یورو برای چهار سال تحقیق و تعلیم پروژه (RTN) شبکه ارتباطی تحت برنامه ماری کوری ، برنده شده است. 
این پروژه فهم اساسی مواد سیمانی برای بهبود عملکرد زیباشناختی فیزیکی و شیمیایی نام نهاده شده و بین 10 پروژه دکتری و 5 پروژه فوق دکتری تقسیم شده است که هر کدام بین دو یا چند شریک قسمت می شود. محققان زمانی برای هر منطقه شراکتی در طول پروژه صرف می کنند . 
موضوعات به چهار گروه تقسیم می شود : کاستن قالب سیمان : این موضوع بع طور اولیه فروسایی سیمان با تاکیر بر حملات سولفات رامی پذیرد . نیروی سایش نیز در این موضوع مد نظر گرفته می شود . این کار ساخت مدل کلی عملکرد سیمان را تامین می کند. 
بررسی فیزیکی و مکانیکی عملکرد :

این مقیاسهای طولانی ، بررسیهای ارتباطی نانو ، ماکرو و ساختــــاری بزرگ برای توسعه ابزارهای در جهت ارزش گذاری عملکرد مهندسی را احاطه می کند. این تحقیق به توسعه اصول تکنیکی و مدلها برای استفاده توسط مهندسین را متحمل می شود. 
مواد سیمانی جدید : در این گروه از پروژه ها ، مقدار عمده مواد علمی و مهندسی بکار گرفته می شوند تا عملکرد مواد سیمانی بر سطح و حجم را بهبود بخشند. این کاریک رشته نوآوریهای لازم برای بهبود عملکردی و زیباشناختی در طول افزودن محلی را می پذیرد. 
پروژه های متقاطع : این پروژه ها ورودیهای مهم برای موضوعی که در بالا اشاره شده است را تامین می کند . آنها SCMهایی را که به طور افزایشی استفاده می شوند ، در ترکیب با جوش سیمان پورتلند ، در علایق قابل تحمل پوشش داده اند.
دستاوردهای جاه طلبانه : 
شبکه ارتباطی نانو ، خود یک منبع ساختمانی جدید ذهنی جاه طلبانه تنظیم کرده که در دستاورد موثری بر تحقیقات اروپایی بر روی مواد سیمانی می باشد. 
به طور کلی انجمنهای علمی کوچک و اغلب مجزا ، طرحهایی برای انجمنهای سرمایه گــذاری بین المللی می سازند و در رقابت با دیگر گروههای مواد علمی و دیسیپلین های مهندسین عمران ارزش گذاری می شوند. اغلب مسائلی ناشناخته قابل توجهی درباره این کار در دیگر کــشورها اتفاق می افتد و چنین کارهایی هیچ گاه منتشر نمی شوند. این امر منتهی به دو برابر شدن تلاشهای تحقیقاتی و مطالعه زیاد پارامتری شده است. جایی که نتایج فقط برای ترکیب خاصی از مطالعه مواد خام در دسترس هستند. 
نانوسم تلاش بیشتری را برای روشن کردن پروژه ها و جمع آوری تجربیات همه شرکا انجـــــام میدهد.

منبع a l l e n g i n e e r i n g . i r

---

تعریف انواع سیمان

 تعریف انواع سیمان

 

سيمان پرتلند نوع 1 (پ.1)
اين نوع سيمان براي مصارف عمومي در ساخت ملات يا بتن بكار مي رود

سيمان پرتلند نوع 2 (پ.2)
اين نوع سيمان علاوه بر مصارف عمومي شبيه سيمان نوع (1) داراي مصرف ويژه در ساخت بتنهائي است كه حرارت هيدراتاسيون متوسط براي آنها ضرورت داشته و حمله سولفاتها به آنها در حد متوسط باشد اين سيمان با عنوان سيمان پرتلند اصلاح شده نيز شناخته شده است

سيمان پرتلند نوع 5 )پ.5)
اين سيمان به عنوان سيمان پرتلند ضد سولفات در شرائطي كه مقاومت زياد بتن در برابر سولفاتها مورد نظر باشد بكار ميرود

سيمان پرتلند ، پوزولائي 15%  پ.پ
اين نوع سيمان كه با عنوان سيمان پرتلند اصلاح شده پوزولائي نيز شناخته مي شود
در مصارف عمومي ( سيمان نوع 1 ) و نيز در مواردي كه حرارت هيدراتاسيون معتدل ضرورت دارد و مقاومت در
(ASTM) برابر سولفاتها نيز بصورت متوسط مورد نظر باشد ، بكار مي رود

سيمان پرتلند سرباره اي  %15
اين سيمان كه با عنوان سيمان پرتلند اصلاح شده سرباره اي نيز شناخته مي شود ، كه همانند سيمان نوع 1 پرتلند فقط در مصارف عمومي ساخت ملات يا بتن بكار مي رود

سيمان سرباره اي ضد سولفات % 30
در مواردي كه مقاومت متوسط در برابر حمله سولفاتها و نيز حرارت هيدراتاسيون متوسط مورد نظر باشد ، بكار
(ASTM) مي رود
تحقيقات به عمل آورده در مركز تحقيقات ساختمان و مسكن و شركت سيمان سپاهان استفاده از آن را به عنوان سيمان با مقاومت شيميائي بالا در مقابل املاح سولفات و نمك تاييد ميكند

سيمان پرتلند آهكي  %20
اين نوع سيمان در تهيه ملات و بتن در كليه مواردي كه سيمان پرتلند نوع يك بكار مي رود ، قابليت استفاده دارد. دوام بتن را در مقابل يخ زدن ، آب شدن ، املاح يخزدا و عوامل شيميائي بهبود مي دهد

سيمان نسوز تيپ 500
ا AL203 حاوي حدود %70
1400 c با اتصال هيدروكسيلي براي مصرف در درجه حرارت هاي بالاتر از
CA و CA2 بدليل دارا بودن فازهاي
براي مصرف در منابع نسوز مناسب مي باشد
CA مقدار بالاي فاز
در اين سيمان باعث ايجاد خواص مكانيكي مناسب ميگردد. اين سيمان در شرائطي كه خلوص بالا ضروري باشد ،
مثل اتمسفرهاي كربن منوكسيد و هيدروژن كاربرد دارد. سيمان تيپ 500 فاقد هر گونه افزودني است و براي
(L.C.C.) تكنولوژي هاي بالاي نسوز مانند مواد ريختني حاوي سيمان با درصد پائين
(U.L.C.C.) و همچنين ريختنيهاي بسيار پائين
توصيه مي گردد

سيمان نسوز تيپ  550
ا AL203 حاوي حدود %80
با اتصال هيدروكسيل ميباشد. در اين سيمان كلسيم آلومينات به عنوان جزء اصلي تشكيل دهنده مطرح مي باشد كه آن را براي كاربردهاي نسوز مناسب ساخته است . از خواص ويژه اين سيمان نسوزندگي بالا و خواص مكانيكي بسيار بالاي آن مي باشد خلوص بسيار بالاي اين سيمان آن را براي كاربردهاي ويژه نسوز مثل اتمسفرهاي احياء كه در آن هيدروژن و منوكسيد كربن حضور دارند ، مناسب ساخته است.

منبع sheshmim

جريان از روي سرريزها

جريان از روي سرريزها

مقدمه :

هدف از اين آزمايش اصلاح رابطه تواني Q و h و تعيين ضريب تخليه c مي باشد.

طبق تعريف هر مانعي كه بر سر راه جريان در كانال قرار گيرد و باعث شود تا آب در پشت آن بالا آمده و بر سرعت آب در ضمن عبور از روي آن افزوده شود، سر ريز ناميده مي شود.

از موارد مهم كاربرد سر ريزها عبارتند از: اندازه گيري شدت جريان در كانالها، جريان آب روي سر ريز سدها ، مطالعه مقاطع جاده در مواردي كه كالورت ها تحت تاثير جريان سيلاب قرار گرفته اند، سر ريزهاي بكار برده شده در شبكه هاي أبرساني و فاضلاب جهت تخليه يا پخش و … مي باشند.

سر ريزها را از نظر شكل تاج و اينكه أيا تمام با قسمتي از عرض كانال را گرفته اند، تقسيم بندي مي نمايند. در مهمولترين تقسيم بندي ها، سر ريزها به دو گروه "سر ريز لبه تيز" و "سر ريز لبه پهن" تقسيم مي شوند. همچنين سر ريز هاي مي توانند به اشكال مختلف باشند.

 

سر ريز لبه تيز مستطيلي (در حالت مستغرق) :

اغلب از سر ريزهاي لبه تير براي اندازه گيري جريان استفاده مي شود.

براي محاسبه دبي جاري جاري شده از روي اين سر ريزها و بطوركلي در سرريزهاي لبه تيز مفهوم عمق بحراني در روي سرريز قابل استفاده نبوده، بلكه براي اين منظور فرض مي گردد :

      1.         ارتفاع آب در روي سر ريز همان H_d  باقي مانده و انقياض و كاهش عمق وجود ندارد.

      2.         سرعت آب در روي سرريز تقريباً افقي است.

   3.    فشار در تمام مقطع همان فشار اتمسفر يك باشد.(در اين حالت فرض مي گردد كه سر ريز نظير يك روزنه عمل مي نمايد).

 

تئوري آزمايش:

يك خط جريان نمونه (Stream line ) را از يك نقطه در سرآب تا يك نقطه در صفحه سرريز مورد مطالعه قرار مي دهيم. با فرض يك سرعت يكنواختV  در بالادست سر ريز، انرژي مخصوص عبارت خواهد بود: 

E=a+h+V²/2g

و اين انرژي در طول مقطع ثابت خواهد بود. فرض مي كنيم سرعت در امتداد خط جريان مفروض، در صفحه سر ريز V و ارتفاع خط جريان روي تاج سر ريز Z باشد.

حال اگر افت انرژي در طول خط جريان وجود نداشته باشد و فشار در صفحه سر ريز آتمسفر يك باشد معادله برنولي را بصورت زير مي توان نوشت:

E=a+h+V²/2g=a+z+V²/2g

با توجه به ناچيز بودن انرژي سرعتي V²/2g در بالا دست در مقطع تقرب و صرفنظر از آن در فرمول فوق سرعت روي سرريز بدست مي آيد:

در مقطع 2 روي سر ريز :                                                                            

براي يك عنصر دبي عبور از عنصر ارتفاع  dz  و عرض B  مي توانيم بنويسيم:

dQ=β.dq=V.β.dz

 

dQ= β.dq=√(2g(h-z)). β.dz

بشرط آنكه V افقي باشد، با صرفنظر از انقباض جهت ججريان در صفحه سرريز مي توان دبي كل را بصورت زير بدست آورد:

Q=∫dQ=∫√(2g(h-z)). β.dz

با انتگرال گيري خواهيم داشت:

Q= 2/3 β √2g .h^3/2

حال لازم است به دليل مفروضات متعددي كه در ديفرانسيل بكار برديم ضريب بي بعدc  را در رابطه فوق وارد سازيم:

Q= c.2/3 β √2g .h^3/2

 

سر ريز لبه پهن :

دراين نوع سر ريز ها، لبه سرريز به اندازه كافي پهن بوده و در مقايسه با ساير ابعاد، داراي اندازه قابل ملاحظه اي مي باشد. تاج سرريزهاي لبه پهن افقي و يا داراي انحنا خاصي بوده و اگر چه براي اندازه گيري دبي نيز مورد استفاده قرار مي گيرد اما بيشتر به عنوان سر ريز سدها و گاه به عنوان خود سد (در صورتيكه آب مجاز به گذشتن از روي آن باشد) بكار مي روند و در هر حال مي توان در مواقع لزوم براي ذخيره نمودن حجم هاي زياد آب و ارتفاع هاي بالا، از سرريزهاي لبه پهن استفاده نمود.

 

سر ريز لبه آبريز(Overflow Spillway , Ogee Spillway) :

اين سر ريزها كه از مهمترين و مشهورترين سرريزهاي از نوع سرريز سدها مي باشند  كه بر اساس محاسبات هيدروليكي مربوط به سر ريزهاي با تاج مدور به گونه اي طراحي مي گردند كه پروفيل تاج و جلو ساختمان آن ها منطبق بر سطح زيرين آب لبريز شده از يك سرريز لبه تيز مستطيلي با همان مشخصات مورد نياز در بالادست جريان اصلي باشد.

 

روند آزمايش :

ابتدا سرريز را بصورت قائم در كانال، بالا دست بحراني خروجي قرار مي دهيم (ابتدا از سرريز لبه تيز استفاده مي كنيم) و دستگاه را روشن مي كنيم (ابتدا دبي را كم مي كنيم و سپس در هر مرحله به وسيله پيچ تنظيم موتور پمپ دستگاه دبي را به تدريج اضافه مي كنيم) و سپس بر روي مانومترهاي نصب شده بر روي دستگاه دو عدد h₁ و h₂ را قرائت مي كنيم و دبي دستگاه را يكبار به وسيله جدول ارائه شده در جزوه و يكبار به وسيله فرمولهاي تئوري بدست مي آوريم (بايد توجه كنيم كه در سر ريز لبه تيز به علت اينكه جت آبيي كه از روي سرريز عبور مي كند بايد از وجه پايين دست سر ريز جدا باشد و آزادانه به آنسوي سرريز جهش نمايد بايد بوسيله لوله هوادهي، زير تيغه جريان كه از روي سرريز عبور مي كند هوادهي شود تا جدايي تيغه از وجه پايين دست سرريز را تأمين كند و هنگاميكه ديگر نتوانستيم جدائي تيغه از وجه پايين سرريز را تأمين كنيم، اندازه گيري بايد متوقف شود.

 

محاسبه دبي عبوري :

همانطور كه قبلاً ذكر شد يكبار دبي واقعي دستگاه به وسيله نمودار داخل جزوه اندازه گيري مي كنيم و يكبار بوسيله فرمولهاي زير:

Q= 2/3 β √2g .h^3/2

 

 

پرش هيدروليكي : 

پرش ياجهش هيدروليكي از نوع جريانهاي متغير سريع استكه در بسياري از كارهاي عملي با آن روبرو بوده و آن عبارت است از تغيير حالت جريان از فوق بحراني به زير بحراني. چنانچه آب در قسمتي از مسير داراي حالت فوق بحراني بوده و بنا به مشخصات و موقعيت كانال بخواهد تغيير حالت دهد، عمق جريان در مسير نسبتاً كوتاهي به ميزان قابل ملاحظه اي افزايش يافته و نتيجتاً ضمن ايجاد افت انرژي محسوس، از ميزان سرعت به ميزان قابل توجهي كاسته مي شود. اين پيده كه يكي از پديده هاي مهم جريان آب در كانالهاي باز بوده و از ابتدا تا انتهاي آن يك تلاطم و پيچش سطحي آب وجود دارد، به پرش هيدروليكي يا پرش آبي موسوم است.در چنين حالت و به تناسب شدت پرش، آشفتگي هايي در سطح آب ديده مي شودكه بتدريج كه به سمت انتهاي پرش نزديك مي شويم از شدت آنها كاسته شده و متناسباً به جهت تبديل انرژي به گرما، انرژي آب نيز كاهش مي يابد. علاوه بر آن به جهت آشفتگي و تلاطم و بر اثر برخورد آب با هوا، مقداري هوا با در قسمتهاي سطحي مخلوط شده كه به سمت پايين دست منتقل و نهايتاً به شكل حباب هوا رها مي گردد

 

نتايج آزمايش :

 

قسمت اول : سر ريز آيروديناميک

 

					h=E-a	E (mm)	a (mm)	Test No
0.00022647	0.00018	13	273	286	13.3	89.7	103	1
0.00066966	0.00032	22	272	294	27.4	75.6	103	2
0.00080978	0.00043	33	268	301	31.3	71.9	103	3
0.00094203	0.00054	48	263	311	34.4	68.6	103	4
0.00104232	0.00064	64	256	320	36.8	66.2	103	5

 

180	120	50	0	X (mm)
114.45	98.5	78.05	70.65	Y (mm)
15.55	31.5	51.95	59.35	H (mm)

 

 

 

 

نقطه قبل از پرش :

جريان فوق بحرانی

 

نقطه بعد از پرش :

جريان زير بحرانی

 

 

قسمت دوم : سر ريز مستطيلی ساده

 

					h=E-a	E (mm)	a (mm)	Test No
0.00069103	0.00024	16	267	283	27.98	81.07	109.5	1
0.00075382	0.00038	25	266	291	29.85	79.4	109.5	2
0.00092769	0.00049	37	263	300	34.05	75	109.5	3
0.00099803	0.00055	52	258	310	35.75	73.3	109.5	4
0.00116572	0.00064	60.9	250	310.9	39.65	69.4	109.5	5

 

 

 

 

140	100	80	30	0	X (mm)
109.8	96.4	90.6	80.05	77.6	Y (mm)
20.2	33.6	39.4	49.95	52.4	H (mm)

 

 

نقطه قبل از پرش :

جريان زير بحرانی

 

نقطه بعد از پرش :

جريان زير بحرانی

 

قسمت سوم : سر ريز لبه تيز

 

					h=E-a	E (mm)	a (mm)	Test No
0.0001589	0.000005	2	280	282	10.5	89.35	99.85	1
0.0004239	0.00012	9	282	291	20.2	79.65	99.85	2
0.0009195	0.00029	17	283	300	33.85	66	99.85	3
0.0013119	0.00053	45	276	321	42.9	56.95	99.85	4
0.0015358	0.00064	64	270	334	47.65	52.2	99.85	5

 

 

 

350	320	200	180	110	80	70	X (mm)
18.85	106.15	106.15	116.75	68.45	66.6	65.5	Y(mm)
111.15	23.85	13.75	13.25	61.55	63.4	664.5	H (mm)

 

 

نقطه قبل از پرش :

جريان فوق بحرانی

 

نقطه بعد از پرش :

جريان فوق بحرانی

 

 

 

قسمت چهارم : سر ريز اوجی

 

					h=E-a	E (mm)	a (mm)	Test No
0.000515	0.00037	24	289	313	23	55.2	78.2	1
0.00067	0.00043	34	283	317	27.4	50.8	78.2	2
0.000566	0.00048	37	288	325	24.5	53.7	78.2	3
0.000741	0.00054	49	281	330	29.3	48.9	78.2	4
0.000881	0.00065	66	274	340	32.9	45.3	78.2	5

 

 

 

 

 

 

 

100	65	50	40	30	0	X (mm)
112.4	109.55	84.8	69	61.9	57	Y (mm)
17.6	20.45	45.2	61	68.1	73	H (mm)

 

 

 

 

 

 

نقطه قبل از پرش :

جريان فوق بحرانی

 

نقطه بعد از پرش :

جريان زير بحرانی

تخليه از روي سرريزها

ازمايش سوم : تخليه از روي سرريزها

هدف :

هدف از اين آزمايش بدست آوردن رابطه بين ارتفاع موثر بر روی سر ريز و ضريب تخليه بت شدت جريان در سر ريزهای مستطيلی و مثلثی می باشد .

وسايل لازم :

سر ريز لبه تيز ( مستطيلی و مثلثی 30 درجه )

عمق سنج ورنيه دار

ميز هيدروليکی

نتايج آزمايش :

			H (m)	Time(s)	Total Head h (mm)	Tank Weight	No
12.755	10.118	1.012	0.059	11.76	99.95	12	1
11.168	8.333	0.833	0.054	14.40	94.4	12	2
9.359	7.194	0.719	0.048	16.68	88.7	12	3
8.214	6.269	0.627	0.044	19.14	84.1	12	4
6.854	5.213	0.521	0.039	23.02	79.3	12	5
5.827	4.518	0.452	0.035	26.56	75.2	12	6
4.625	3.603	0.36	0.030	33.31	70.4	12	7
3.731	2.937	0.294	0.026	40.86	66	12	8

 

عرض دهانه سر ريز :            30mm

ارتفاع مبنا :                      

ارتفاع مفيد :          

 

 

 

 

 

 

 

سر ريز مثلثی :

 

					H(m)	Total Head h (mm)	Time(s)	Tank Weight (Kg)	No
6.059	-1.208	-3.338	4.585	0.459	0.062	98.29	26.17	12	1
5.128	-1.237	-3.461	3.464	0.346	0.058	93.40	34.64	12	2
4.093	-1.301	-3.511	3.077	0.308	0.053	88.65	39	12	3
3.539	-1.276	-3.551	2.809	0.281	0.050	85.5	42.72	12	4
3.031	-1.328	-3.620	2.393	0.240	0.047	83	40.15	12	5
2.873	-1.337	-3.631	2.342	0.234	0.046	81.9	51.23	12	6
1.901	1.409	-3.796	1.595	0.160	0.039	74.6	75.24	12	7
1.349	1.0469	-3.886	1.297	0.130	0.034	70	92.46	12	8

زاويه دهانه سرريز : 30

ارتفاع مبنا :                  

 ارتفاع مفيد : 

ونتوری فلوم

آزمايش چهارم : ونتوری فلوم

مقدمه :

ونتوري فلوم يك انقباض تدريجي در كانال ايجاد مي‌كند كه در گلوگاه آن آب شتاب مي‌گيرد و سپس با يك گشادگي تدريجي به عرض اوليه مقطع (عرض قبل از قرار دادن ونتوري فلوم) برمي‌گردد. در مقطع گشاد شده آب ممكن است همچنان داراي شتاب بوده و جريان فوق بحراني باشد و يا ممكن است از شتاب آن كاسته شود و جريان در گلوگاه بايد بحراني باشد. همين خاصيت است كه ممكن مي‌سازد تا از فلوم‌ها براي اندازه گيري جريان استفاده گردد. براي اندازه‌گيري دبي جريان تنها لازم است ارتفاع آب در بالا دست اندازه‌گيري شود. در مقايسه با سرريزها نصب و احداث آن سختتر و هزينه بردار تر است ولي داراي دو مزيت است اول اينكه داراي اتلاف انرژي بسيار كمتري از سرريزها مي باشد و همچنين آب ضمن عبور از گلوگاه ذرات جامد و رسوبات معلق را با خود مي شورد و مانع ته نشيني آنها در كانال مي شود را در كانال ته نشين نمايد.

 

شرح آزمايش:

ابتدا قبل از قرار دادن ونتوري فلوم جريان را در كانال اندازه‌گيري مي كنيم و با استفاده از معادله مانينگ و مقادير اندازه‌گيري شده دبي، شعاع هيدروليكي، مساحت مقطع و بدست آوردن ضريب مانينگ  شيب طولي كانال را محاسبه مي‌نماييم.

 

تئوري آزمايش :

در تئوري ساده جريان در پروفيل جريان گسستگي رخ مي‌دهد ولي در عمل آب به نرمي در طول فلوم پايين مي‌افتد.

روابطي كه از آن براي بدست آوردن دبي در مقطع بحراني استفاده مي‌نماييم به اين شرح است.

به دليل وجود شرايط بحراني در گلوگاه داريم:             

 

عدد فرود نيز در گلوگاه برابر واحد است:    

جريان از ميان فلوم بر حسب سرعت و سطح مقطع جريان برابر

 

با استفاده از معادله‌هاي فوق داريم

 

 

 

سرانجام براي احتساب كاهش در Q بدليل افت اصطكاكي ضريب جريان C را وارد معادله كرده و خواهيم داشت:

 

 

حال با استفاده از فرمولهاي فوق و مقادير بدست آمده از آزمايش مقادير ضريب افت اصطكاكي را براي دبي‌هاي مختلف بدست مي‌آوريم.

سپس با قرار دادن دريچه در پايين دست مشخصات لازم براي رسم پروفيل سطح آب را در سه مرحله مي خوانيم و به كمك آنهاپروفيل سطح آب را رسم مي كنيم.

ضرايب افت براي دبي‌هاي مختلف نشانگر آن است كه هرچه دبي بيشتر شود دقت رابطه تئوري بيشتر خواهد شد. حال نمودار دبي عملي را بر حسب دبي تئوري رسم مي‌نماييم.

 

نتايج حاصل از آزمايش :

تعيين ضريب تخليه ونتوری

 

		E (m)	Weight (Kg)	T (s)	Test No
9.13	7.16	0.0718	12	16.67	1
7.90	5.88	0.0652	12	20.40	2
6.79	4.88	0.0589	12	24.56	3
5.47	3.91	0.051	12	30.65	4
4.20	2.97	0.0428	12	40.39	5
3.60	2.40	0.0386	12	49.92	6
1.21	1.68	0.0314	12	71.36	7

 

ضخامت ونتوری – عرض کانال = عرض وسط ونتوری

mm 53.85 = عرض کانال

mm 26 = ضخامت ونتوری

mm 27.85 = 26 – 53.85 = عرض وسط ونتوری

 

 

 

تعيين عدد فرود و نوع جريان

 

500	450	400	350	320	300	270	250	200	100	0	X
22.25	22.5	20.6	21.4	26.15	32.15	28.3	42	54.4	58.5	57.75	y

 

 

 

 

نوع جريان	Fr
زير بحرانی	0.56	_	1.5	قبل ونتوری
فوق بحرانی	1.13	49	_	بعد ونتوری

 

 

 

قسمت دوم :

 

	Weight of tank (Kg)	T (s)	Vave No
4.19	12	28.59	1
4.69	12	25.59	2
4.26	12	28.17	3

 

 

پروفيل سطح آب برای موج 1

 

400	300	250	200	190	180	170	160	140	120	100	0	X
20.2	21.7	20.3	21.4	23	27.8	30.1	34.2	35	36.6	38.75	39.5	Y

 

 

 

 

پروفيل سطح آب برای موج 2

 

660	650	640	620	610	600	580	550	500	300	X
36.8	31.8	33.7	36.8	37.8	38.9	41.5	43.8	44.6	45.5	Y
950	850	830	800	770	750	720	700	680	670	X
53.9	53.3	52.7	49.5	43.2	38.7	33.7	22.6	24.8	25.6	Y

 

 

پروفيل سطح آب برای موج 3

 

900	850	800	770	750	720	700	680	660	650	600	500	X
55.3	54.9	51.5	45.5	41.5	52.8	45.5	57.1	47.9	49.8	51.6	54.2	y

 

وسايل اندازه گيري شدت جريان

وسايل اندازه گيري شدت جريان

 

مقدمه :

در بررسي جريان ها هميشه مطالعه شدت جريان سيال به دليل وابستگي آن به عواملي مانند انرژي جريان اهميت زيادي دارد و تاثير عوامل مختلف بر شدت جريان سيال كه وابسته به فاكتورهاي مختلفي است, درنظر گرفته مي شود. لزجت سيال, دبي و مشخصات هندسي مقطع جريان  از عوامل مهم موثر بر شدت جريان مي باشند كه از عوامل شناسايي دستگاه اندازه گيري شدت جريان نيز مي باشند.

هدف از اين آزمايش بدست آوردن ضريب تخليه ونتوري، اورفيس و مندرج نمودن رتامتر و همچنين كاربرد معادله انرژي (معادله برنوي) در جريان يكنواخت مي باشد. افت انرژي مربوط به هريك از قسمتها تعيين شده و با يكديگر مقايسته مي شوند. علاوه بر اندازه گيري شدت جريان توسط وسايل فوق، ميزان تخليه ميز هيدروليكي اندازه گيري مي گردد و با هم مقايسته مي گردند. تغييرات ضريب افت انرژي برحسب شدت جريان مختلف محاسبه و با يكديگرمقايسه مي گردند.

دستگاه مورد استفاده در اين آزمايش از سه قسمت ونتوري، اوريفس و رتامتر تشكيل شده است كه با هريك از قسمتها مي توان به تنهايي شدت جريان را اندازه گيري نمود.

 

اصول نظري: دانيل برنولي با بكاربردن اصل بقاي انرژي در حركت سيالات غير قابل تراكم به معادله زير رسيد:

P₁/(ρg)+V_A²/(2g)+Z₁= P₂/(ρg)+V_B²/(2g)+Z₂+ΔH_1-2

P/(ρg) : انرژي هيدرو استاتيكي سيال.

V²/(2g) : انرژي جنبشي سيال.

 Z: انرژي پتانسيل سيال.

P/(ρg)+V²/(2g)+Z : انرژي كلي سيال.

ΔH_1-2  :افت در انرژي كلي بين مقاطع 1و2.

با توجه به معادله برنولي براي هريك از وسايل ونتوري، اويفس و رتامتر رابطه اي خاص مي توان بدست آورد.

 

ونتوري : كه از اتصال دو مخروط ناقص كه  توسط لوله هاي استوانه اي به ساير قسمتهاي دستگاه متصل شده اند و قطر لوله ورودي و خروجي ونتوري در اين آزمايش 26 ميليمتر و قطر آن در گلوگاه 16 ميليمتر مي باشد. و سه فشارسنج يكي در بخش ورودي, (A) يكي در محل خروجي (C)و ديگري در گلوگاه دستگاه (B) تعبيه شده اند.

با توجه به اينكه افت انرژي ΔH_1-2 دردو انتهاي ونتوري ناچيز است مي توان از آن صرفنظر كرد. لذا كاربرد معادله 1برنولي بين انشعاب A و B بصورت زير نتيجه مي دهد:

P₁/(ρg)+V_A²/(2g) = P₂/(ρg)+V_B²/(2g)

 A: سطح مقطع

V : سرعت متوسط.

و چون طبق رابطه پيوستگي داريم:

ρV_AA_A=ρV_BA_B    mA=mB    è

باحذف V_A در معادله برنولي خواهيم داشت:

V_B=[2g/[1-(A_B/A_A)²](P_A/ρg- P_B/ρg]^1/2

لذا ميزان تخليه خواهد بود:

Q=A_BV_B=A_B[2g/[1-(A_B/A_A)²](P_A/ρg- P_B/ρg]^1/2

Q=C .A_B

1-(A_B/A_A)

2g (h_A-h_B)

 

كه در آن P_A/ρg و P_B/ρg به تر تيب ارتفاع آب در لوله هاي فشار سنج دستگاه مي باشد. حال در يك وضعيت اختياري با قرائت مانومترهاي A و Bو به كمك رابطه قبل ميزان شدت جريان آب را بدست مي آوريم. و سپس آن را با ميزان اندازه گيري شده توسط تانك توزين در ميز هيدروليكي مقايسته مي كنيم. چون رابطه قبل يك رابطه نظري است و ميزان واقعي شدت جريان از ميزان تئوري كمتر است مي توانيم با افزودن ضريب تخليه آن را اصلاح كنيم.

انبساط مخروطي : اين وسيله در امتداد ونتوري متر قرار داشته و بخش ابتدايي آن به صورت قطر خروجي ونتوري و بخش دوم آن كه به اوريفيس متصل مي باشد به قطر 51 ميليمتر مي باشد. دو فشارسنج C وD به ترتيب به ابتدا و انتهاي آن متصل مي باشند.

اوريفس : اين وسيله كه در امتداد انبساط مخروط انبساط و هم قطر با خروجي آن نصب شده است  شامل يك صفحه مدور مي باشدكه سوراخي به قطر 20 ميليمتر در مركز آن تعبيه شده است. اين وسيله به سبب شكل مشخصات هندسي معرفي شده در آن موجب ايجاد حركت گردابي در جريان شده كه به همين سبب افت فشار زيادي را موجب مي شود. فشارسنج هايE  وF نيز در ابتدا و انتهاي اوريفيس نصب شده اند.

با توجه به معادله برنولي بين نقاط E  و F  خواهيم ديد كه مقدار ΔH بسيار زياد است و مي توان ديد كه اثر افت انرژي اوريفس باعث ايجاد اختلاف در مانومتر خواهد بود كه با اختلاف ارتفاع در حالت بدون اوريفس فرق دارد.

V_F²/2g-V_E²/g=(P_E/ρg- P_F/ρg)- ΔH_E-F

چون افت انرژي ΔH_E-F خود در اختلاف ارتفاع (P_E/ρg- P_F/ρg) موثر است، لذا مي توان تغييرات انرژي در معادله فوق را بصورت زير بيان نمود.

V_F²/2g-V_E²/g=K²(P_E/ρg- P_F/ρg)

كه در آن K ضريب تخليه تخليه است و براي اين دستگاه 601/0 مي باشد.

براي اندازه گيري شدت جريان توسط اوريفس از فرمول زير استفاده مي شود.

  ^½Q=A_FV_F=KA_F[2g/(1-(A_F/A_E)²)x(P_E/ρg- P_F/ρg)]

كه در دستگاه فوق قطر E برابر با 5 ميلي متر و قطر F برابر با 20 ميلي متر است حال مي توانيم تنها با اندازه گيري اختلاف ارتفاع مانومتر ها شدت جريان Q را اندازه گرفت يعني :

Q= Const. X (h_E-h_F)^½

زانويي قايم : براي اتصال اوريفيس به آخرين قسمت اصلي آن يعني رتامتر كه به صورت قايم قرار دارد از زانويي 90 درجه استفاده مي نماييم كه قطر ورودي آن 51 ميليمتر و قطر خروجي آن 21 ميليمتر مي باشد و فشار سنج هاي G و H نيز به ترتيب در ورودي و خروجي زانويي تعبيه شده اند.

رتا متر : اين بخش دستگاه از يك لوله شيشه اي استوانه اي عمودي با قطر متغير تشكيل شده كه درون آن وزنه اي فلزي به عنوان شاخص شناور مي باشد. در رتامتر افت فشار تقريباً ثابت بوده و به شدت جريان وابسته نيست و مي توان آن را به ميزان ثابت و مشخصي درنظر گرفت. دو فشارسنج H و I نيز در دو سمت رتامتر قرار داده شده اند.

با فرض كردن يك حجم كنترل در رتامتر و نوشتن قانون برنولي براي آن و مساوي فرض كردن سطح مقطع اول و دوم در آن خواهيم داشت

(P_E/ρg- P_F/ρg)=H+h_H

حال اگر وزن مخروط شناور را W_F و وزن آب داخل حجم كنترل را W_W در نظر بگيريم  و با نوشتن رابطه تعادل خواهيم داشت:

P₂A₂+W_F+W_W-P₁A₂=0

كه با حذف P1 و P2 بين معادلات خواهيم داشت:

W_F+W_W

rgA₁

h_H=                     - H

چون تمام پارامترهاي سمت راست ثابت هستند لذا افت انرژي هيچ ربطي به طول ℓ ندارد.
و چون افت انرژي به سرعت آب در اطراف شناور بستگي دارد و افت انرژي ثابت است پس شدت جريان در محيط قاعده مخروط شناور بايد ثابت باشد.

Q=( pD_fqV) ℓ

Q=A_F.V

A_F=pD_fd

d=ℓ*q

پس شدت جريان در رتامتر نسبت مستقيم با ارتفاع مخروط شناور دارد. لذا براي هر رتامتري يك نمودار تقريباً خطي به عنوان مشخصه درجه بندي ترسيم مي شود. كه به كمك آن مي توان شدت جريان را تعيين نمود.

افت انرژي در هر قسمت را مي توان مضربي از انرژي ورودي بيان كرد h_L=KV₁²/2g  كه در آن V₁ سرعت ورودي و K ضريب افت دستگاه است.

شرح آزمايش : 

پس از روشن نمودن پمپ دستگاه ميز هيدروليكي ابتدا شير ورودي جريان آب و شير كنترل رتامتر را كاملاً باز مي كنيم تا يك دبي ثابتي به دستگاه وارد شود و مشاهده مي شود كه آب در رتامتر و بخش هاي مختلف دستگاه جريان يافته و در لوله هاي اندازه گيري فشار نيز سطح آب بالا آمده و نوسان مي كند. اين نوسان اوليه با گذشت مدت زمان كمي كاهش يافته و سطح آب در فشارسنج ها به صورت تقريباً ثابتي باقي مي ماند كه مي توان در اين وضعيت ادعا كرد كه جريان يكنواختي در دستگاه برقرار شده است. حال به آرامي شدت جريان را طوري تنظيم مي كنيم كه وزنه درون رتامتر كه شاخص به حساب مي آيد برروي عدد مورد نظر در شروع آزمايش قرار گيرد كه در اولين برداشت اين عدد معادل 19 بود. حال ميز هيدروليكي را در حالتي قرار مي دهيم كه آب به صورت دايمي تخليه گردد.با يكنواخت شدن جريان و در حالي كه شاخص رتامتر روي  اولين عدد قرار دارد ,  مانومترهاي موجودبر روي دستگاه را به ترتيب از A تا I قرائت مي كنيم و سپس آب را كاملاً تخليه كرده و دبي را اندازه گيري مي نماييم . دانلود کتاب مهندسی و جزوات کارشناسی رشد بتن و سازه

جدول داده ها :

Time {sec)	Water weight (KG)	Rotameter (cm)	Manometric Levels (mm)									Test No
			I	H	G	F	E	D	C	B	A
31.02	12	19	25	137	184	148	348	340	333	184	367	1
34.90	12	17	53	162	200	170	338	330	323	195	347	2
40.27	12	15	83	190	218	195	322	315	310	213	331	3
46.86	12	13	105	208	230	213	310	304	300	228	316	4
52.59	12	11	120	225	240	225	300	297	294	235	307	5
1.05.81	12	9	135	248	250	240	290	290	285	245	295	6
1.17.51	12	7	148	248	256	250	285	284	280	253	288	7
1.36.53	12	5	155	256	261	258	280	280	275	260	280	8
2.12.07	12	3	163	265	268	265	276	276	276	265	296	9

									Test No
Elbow (17)	Diffusser	Rotameter (15)	Orifice (14)	Venturi (13)	Tank Weight	Rotameter (12)	Orifice (11)	Venturi (8)
24.73	1.16	3.61	105.3	1.096	0.00039	0.00046	0.00064	0.00048	1
25.33	1.22	4.36	112	0.96	0.00034	0.00043	0.00059	0.00044	2
23.33	1.20	5.63	105.8	1.11	0.0003	0.00037	0.00051	0.00039	3
24.44	1.22	7.36	107.8	1.14	0.00026	0.00037	0.00045	0.00033	4
22.67	1.19	8.58	100	1.08	0.00023	0.0003	0.00039	0.0003	5
4	1.56	14.12	100	1.25	0.00018	0.00026	0.00032	0.00025	6
21.62	1.60	16.67	112.9	1.33	0.00015	0.00022	0.00027	0.00021	7
27.78	2.60	33.67	122.2	1.67	0.00012	0.00018	0.00031	0.00017	8
100	0.937	204	366.7		0.00009	0.00015	0.00015	0.00016	9

ونتوری :

K				C			Test No
1.096	0.031	0.034	0.183	0.81	0.00048	0.00039	1
0.96	0.025	0.024	0.152	0.77	0.00044	0.00034	2
1.11	0.019	0.021	0.118	0.77	0.00039	0.0003	3
1.14	0.014	0.016	0.088	0.79	0.00033	0.00026	4
1.08	0.012	0.013	0.072	0.77	0.0003	0.00023	5
1.25	0.008	0.01	0.05	0.72	0.00025	0.00018	6
1.33	0.006	0.008	0.035	0.71	0.00021	0.00015	7
1.67	0.003	0.005	0.02	0.71	0.00017	0.00012	8
	0.0005	0.002	0.0031	0.56	0.00016	0.00009	9

اوريفيس :

K		C				Test No
105.3	0.0019	0.61	0.2	0.00064	0.00039	1
112	0.0015	0.58	0.168	0.00059	0.00034	2
105.8	0.0012	0.59	0.127	0.00051	0.0003	3
107.8	0.0009	0.58	0.097	0.00045	0.00026	4
100	0.00075	0.60	0.075	0.00039	0.00023	5
100	0.0005	0.50	0.05	0.00032	0.00018	6
112.9	0.00037	0.55	0.035	0.00027	0.00015	7
122.2	0.00018	0.57	0.022	0.00031	0.00012	8
366.7	0.00003	0.60	0.011	0.00015	0.00009	9

 روتامتر :

Test No					K
1	0.00039	0.00046	0.112	0.031	3.61
2	0.00034	0.00043	0.109	0.025	4.36
3	0.0003	0.00037	0.107	0.019	5.63
4	0.00026	0.00037	0.103	0.014	7.36
5	0.00023	0.0003	0.103	0.012	8.58
6	0.00018	0.00026	0.113	0.008	14.12
7	0.00015	0.00022	0.1	0.006	16.67
8	0.00012	0.00022	0.101	0.003	33.67
9	0.00009	0.00015	0.102	0.0005	204

 افت انرژی در زانوئی 90 درجه :

K			X (m)	Test No
24.73	0.0019		0.047	1
25.33	0.0015		0.038	2
23.33	0.0012		0.028	3
24.44	0.0009		0.022	4
22.67	0.00075		0.017	5
4	0.0005		0.002	6
21.62	0.00037		0.008	7
27.78	0.00018		0.005	8
100	0.00003		0.003	9

افت انرژی در انبساط مخروطی :

K			X (m)	Test No
1.16	0.031	0.036	0.007	1
1.22	0.025	0.030	0.007	2
1.20	0.019	0.022	0.005	3
1.22	0.014	0.017	0.004	4
1.19	0.012	0.014	0.003	5
1.56	0.008	0.012	0.005	6
1.60	0.006	0.010	0.004	7
2.60	0.003	0.008	0.005	8
0.937	0.0005	0.0004	0	9

 محاسبه درصد بهبود فشار :

 = درصد بهبود فشار در دهانه مدور R

R %
82 %	0.00039
82.1 %	0.00034
81.9 %	0.0003
82.4 %	0.00026
80 %	0.00023
80 %	0.00018
82.9 %	0.00015
86.4 %	0.00012
72.7 %	0.00009

  

تعيين آزمايشي تلفات در لوله هاي با قطر كوچك

تعيين آزمايشي تلفات در لوله هاي با قطر كوچك
 
مقدمه : يكي از عمومي ترين مسائل در مكانيك سيالات تخمين افت فشار است.
بنابراين هدف از اين آزمايش بررسي افت فشار در اجزا مختلف يك سيستم لوله كشي مي باشد.
 شرح دستگاه : دستگاه مورد استفاده در اين آزمايش شامل دو مدار كاملاً مجزا هيدروليكي است كه يكي به رنگ آبي روشن و ديگري به رنگ آبي تيره قابل مشاهده است كه هركدام از تعدادي اجزا سيستم لوله كشي تشكيل شده اند. دستگاه به يك ميز هيدروليكي وصل شده است.
ورودي جريان بطور مستقيم از ميز به هر دو سيستم وارد شده كه با قرار دادن دو شير فلكه در انتهاي هر مسير مي توان شدت جريان با باز و بسته كردن فلكه ها كاملاً قابل كنترل است.
اجزا هريك از مدارها بصورت زير مي باشند:
شير فلكه كشوئي

مدار آبي تيره
 خم زانوئي استاندارد
خم تيز 90 درجه
لوله صاف
شير فلكه بشقابي
افزايش ناگهاني سطح مقطع

مدار آبي روشنكاهش ناگهاني سطح مقطع
خم 90 درجه با شعاع 150 ميليمتر
خم 90 درجه با شعاع 100 ميليمتر
خم 90 درجه با شعاع 50 ميليمتر
در تمامي موارد (بجز شير فلكه بشقابي و كشوئي) تغيير فشار در طول هر يك از اجزا بوسيله يك جفت لوله فشار سنج تحت فشار اندازه گيري مي شود.
در مورد شيرهاي اندازه گيري فشار بوسيله لوله U شكل شال جيوه اندازه گيري مي شود. (به علت اختلاف فشار زياد دو سر شير).
 
شرح آزمايش  :
 همانطور كه قبلاً گفته شد دستگاه داراي دو مدار كاملاً مجزا است و در مرحله اول يكي از مدارها را با بستن شير فلكه خروجي آن كاملاً از مدار خارج مي كنيم.
ابتدا پمپ را روشن كرده و شير آب روي ميز هيدروليكي را تا آخر باز مي كنيم و شير فلكه بشقابي را كاملاً مي بنديم و شير فلكه كشوئي را كاملاً باز مي كنيم. مشاهده مي شود كه آب در مدار آبي روشن جريان پيدا نمي كند و اختلاف فشار دوسر همه اجزا آن صفر است. ابتدا دبي دستگاه را به وسيله ميز هيدروليكي اندازه مي گيريم ( با بالا گرفتن دسته دستگاه آب داخل مخزن دستگاه را خالي مي كنيم و پس از خالي شدن آب بر اثر وزن طرف ديگر مخزن داخل دستگاه بالا مي رود و سوپاپ داخل دستگاه بسته مي شود پس از آن اهرم دستگاه را مي بنديم و پس از برخورد دسته با اهرم يك وزنه 2 كيلويي بر روي دسته مي گذاريم چون نسبت طول بازو دو طرف دسته 1 به 3 است پس از پر شدن مخزن به ميزان 6 كيلوگرم دوباره دو طرف هموزن شده و دسته دوباره به بازو برخورد ميكند حال با تقسيم 6 بر زمان بين برخورد اوليه و ثانويه دبي دستگاه بر حسب ليتر بر ثانيه بدست مي آيد) و سپس اهرم را زير بازو ترازو قرار مي دهيم تا آب خروجي مخزن با آب ورودي آن برابر شود و باعث تغيير در دبي جريان نشود.
سپس مانومتر هاي 1 تا 6 و مانومترهاي جيوه اي دوسر شير فلكه كشوئي را مي خوانيم و در جدول يك قرار مي دهيم و سپس شير فلكه را كمي مي بنديم تا دبي عبوري از دستگاه كاهش يابد و عمليات فوق را مجدداً انجام مي دهيم اين عمل را در 8 مرحله انجام مي دهيم و پس از آن شير فلكه كشوئي را مي بنديم و شير فلكه بشقابي را باز مي كنيم مشاهده مي شود كه آب در مدار آبي روشن جريان مي يابد مانومتر هاي 7 تا 16 و مانومترهاي دو سر شير بشقابي را مي خوانيم و آنها را در جدول 2 قرار مي دهيم در اين حالت نيز با بستن تدريجي فلكه در 8 مرحله با دبي هاي مختلف افت فشارهاي مختلف را بدست مي آوريم.
جدول محاسبات برای مدار آبی تيره
U_Tube (cm) Hg
Piezometer Tube Readings (cm) Water
Time to Collect x Kg of Water (s)
Test
Number
 
Gate Valve
5                     6
3                    4
1                   2
Time (s)
Weight (Kg)
302
312
775
1169
650
882
360
725
26.53
6
1
279
335
814
1160
674
878
412
728
27.86
6
2
260
355
848
1151
692
873
454
730
30.10
6
3
233
380
895
1143
718
865
550
731
33.86
6
4
212
399
930
1134
738
861
467
733
37.29
6
5
184
426
976
1112
736
854
599
730
45.86
6
6
158
453
1012
1109
791
847
644
729
58.81
6
7
145
465
1057
1099
811
842
691
729
1.31.81
6
8
120
 
 
496
1088
1095
838
841
736
725
5.42.3
6
9
U_Tube (cm) Hg
Piezometer Tube Readings (cm) Water
Time to Collect x Kg of Water (s)
Test
Number
 
Gate Valve
15      16
13       14
11        12
9        10
7          8
Time (s)
Weight (Kg)
389
425
469
756
335
680
386
658
469
706
720
675
24.61
6
1
364
450
510
746
392
671
431
658
510
704
715
678
27.29
6
2
339
475
541
739
435
673
469
652
543
703
712
682
30.36
6
3
314
500
573
730
480
667
505
656
575
700
709
685
34.28
6
4
287
525
605
721
525
660
543
653
608
699
705
688
42.18
6
5
262
550
635
712
564
554
576
650
638
698
702
691
51.61
6
6
233
575
668
703
609
647
614
647
673
698
700
695
1.21.59
6
7
 
افت لوله صاف :
هدف از اين آزمايش بدست آوردن روابط زير است
افت ارتفاع تابعي از آهنگ جريان حجمي است.
ضريب اصطكاك تابعي از عدد رينولدز است. بتن و گچ
ابتدا با رسم نمودار hL و Q بصورت لگاريتمي ( نمودار 1 ) رابطه بين كاهش ارتفاع – آهنگ جريان حجمي بدست مي آيد. نمودار نشان مي دهد hL=KQn مي باشد.. مقدار كم اين عدد نسبت به مقدار مورد قبول براي جريانهاي آشفته 75/1 تا 00/2 بعلت هموار بودن لوله و كوچك بودن عدد رينولدز در مقايسته با ديگر حالات بدست آمده است.
همچنين ميتوانيم نمودار بين عدد رينولدز(Re) و ضريب اصطكاك (f) را رسم كنيم.
 همچنين ضريب اصطكاك را مي توان بوسيله معادل بلازيوس نيز بدست آورد:f=0.0785/Re¼
 ضريب اصطکاک و عدد رينولدز در لوله صاف ( مدار آبی تيره )
f
hl
Re
Q x   
No Test
6.978
232
2.361
2.262
1
6.766
204
2.248
2.154
2
7.013
181
2.08
1.993
99
3
7.132
147
1.859
1.781
4
7.311
123
1.6793
1.0619
5
7.915
88
1.365
1.308
6
8.283
56
1.0646
1.02
7
11
31
0.682
0.6235
8
15
3
0.183
0.1753
9
افزايش ناگهاني سطح مقطع :
هدف از اين آزمايش مقايسه افزايش ارتفاع در طول افزايش مقطع ناگهاني با افزايش ارتفاع محاسبه شده با استفاده از فرض هاي :
بدون افت ارتفاع
با افت ارتفاعي معادل hL=(V1-V2)2/2g
سپس نمودار تغيير ارتفاع بدست آمده نسبت به تغيير ارتفاع محاسبه شده را رسم مي كنيم– در سه حالت با افت بدست آمده ، بدون افت و با افت معادل (V1-V2)2/2g.
از روي نمودار مشاهده مي شود كه با در نظر گرفتن افتي معادل (V1-V2)2/2g ، نمودار افت بدست آمده بسيار نزديك به افت واقعي محاسبه شده به ما مي دهد.
همچنين ميتوانيم نمودار افت فشار بر حسب دبي را در اين سه حالت رسم. مقاله
 
افزايش ارتفاع  محاسبه شده بدون افت ( ) متر
افزايش ارتفاع محاسبه شده با افت( ) متر
متر محاسبه شده توسط رابطه *
افزايش ارتفاع اندازه گيری شده متر
 
 
افت اندازه گيری شده متر
Test
No
133
56
77
88
0.425
1.678
45
1
108
46
62
71
0.408
1.514
37
2
87
37
50
57
0.367
1.36
30
3
69
29
40
45
0.326
1.208
24
4
45
19
26
28
0.264
0.979
17
5
30
13
17
19
0.216
0.801
11
6
كاهش ناگهاني سطح مقطع :
 در اين آزمايش نيز همانند آزمايش قبل هدف از انجام آزمايش مقايسه افزايش ارتفاع در طول كاهش مقطع ناگهاني با افزايش ارتفاع محاسبه شده با استفاده از فرض هاي :
بدون افت ارتفاع
با افت ارتفاعي معادل hL=K. V2/2g
مي باشد
با رسم نمودار هاي با در نظر گرفتن افتي معادل hL=K. V2/2g، بدون در نظر گرفتن افت و نمودار افت تجربي بر حسب افت تجربي مشاهده مي شود كه اينبار نمودار افت تجربي داراي كمترين شيب مي باشد و افت در نظر گرفته تغريب مناسبي از افت واقعي را به ما مي دهد.
 
1.0
0.8
0.6
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.06
0.18
0.30
0.36
0.41
0.46
0.5
K
کاهش ارتفاع  محاسبه شده بدون افت ( ) متر
کاهش ارتفاع محاسبه شده با افت( ) متر
متر محاسبه شده توسط رابطه *
کاهش ارتفاع اندازه گيری شده متر
 
افت اندازه گيری شده متر
Test
No
133
187
54
370
1.978
237
1
108
152
44
302
1.514
194
2
87
122
35
247
1.36
160
3
69
97
28
194
1.208
125
4
45
63
18
136
0.979
91
5
30
42
12
90
0.801
60
6
افت در خم ها و زانويي ها :
در اين آزمايش هدف اندازه گيري ضريب افت زانويي هاست. افت خوانده شده پيزومتر ئو سر زانويي نشانگر افت زانويي و افت اصطكاكي طولي لوله است كه براي پيدا كردن افت اصطكاكي از رابطه اي كه در لوله صاف بدست آورده بوديم يعني hL=211749Q1.6362 استفاده مي كنيم و با كم كردن افت اصطكاكي از افت كل، افت زانويي بدست مي آيد. و از رابطه h=K.V2/2g مي توان ضريب افت زانويي را بدست آورد.
سپس نمودار ضريب افت را نسبت به دبي رسم مي كنيم.
 زانوها _ آبی تيره
Test
Number
زانوی تيز
زانوی استاندارد
زانوی تيز
زانوی استاندارد
زانوی تيز
زانوی استاندارد
زانوی تيز
زانوی استاندارد
1.31
1.07
3.18
2.94
162
133
394
365
232
1.56
1
1.27
1.00
3.10
2.83
142
112
346
316
204
1.48
2
1.27
0.99
3.17
2.88
122
95
303
276
181
1.37
3
1.31
0.44
3.21
2.35
101
34
248
181
147
1.23
4
1.29
1.00
3.25
2.96
81
63
204
186
123
1.11
5
0.12
1.04
3.46
3.17
5
43
143
131
88
0.9
6
1.64
1.16
3.88
3.40
41
29
97
85
56
0.7
7
1.11
0.71
4.25
3.85
11
7
42
38
31
0.44
8
5.45
8.17
9.53
12.26
4
6
7
9
3
0.12
9
 خم ها _ آبی روشن
 
خم 150
خم 100
خم 50
Test
Number
0.742
1.89
272
0.828
2.40
345
0.914
2.00
287
1.68
2.44
1
0.742
1.94
227
0.828
2.39
279
0.914
2.02
236
1.51
2.2
2
0.742
1.93
183
0.828
2.51
238
0.914
2.09
198
1.36
1.98
3
0.742
2.03
151
0.828
2.51
187
0.914
2.11
157
1.21
1.755
4
0.742
2.25
110
0.828
2.76
135
0.914
2.38
116
0.98
1.422
5
0.742
2.27
74
0.828
2.76
90
0.914
2.36
77
0.80
1.163
6
0.742
0.03
33
0.828
0.03
38
0.914
0.03
35
5.06
7.35
7
 
زانوی تيز
زانوی استاندارد
خم 150
خم 100
خم 50
Test No
KB
KL
KB
KL
KB
KL
KB
KL
KB
KL
1.31
3.18
1.07
2.94
0.41
1.89
0.74
2.40
0.17
2.00
1
1.27
3.10
1.00
2.83
0.47
1.94
0.74
2.39
0.20
2.02
2
1.27
3.17
0.99
2.88
0.46
1.93
0.87
2.51
0.27
2.09
3
1.31
3.21
0.44
2.35
0.54
2.03
0.85
2.51
0.28
2.11
4
1.29
3.25
1.00
2.96
0.76
2.25
1.1
2.76
0.54
2.38
5
0.12
3.46
1.04
3.17
0.78
2.27
1.1
2.76
0.53
2.36
6
1.64
3.88
1.16
3.40
1.04
 
1.25
 
0.85
 
7
1.11
4.25
0.71
3.85
 
 
 
 
 
 
8
1.17
3.44
0.93
3.05
0.64
1.54
0.95
1.92
0.41
1.62
Average(K)
 افت در شير فلكه ها :
هدف از اين آزمايش بدست آوردن رابطه اي ميان ضريب افت و آهنگ جريان حجمي براي شير بشقابي و شير كشويي است.
و طبق رابطه hL=KV2/2g مقدار K را بدست مي آوريم و نمودار آن را بر حسب دبي حجمي عبوري رسم مي كنيم.
 
Gate valve
Globe valve
Test
No
K
درصد باز بودن
K
درصد باز بودن
1.10
100%
2.262
32.60
100%
2.44
1
6.82
95%
2.154
32.64
90%
2.2
2
13.50
88%
1.993
34.32
81%
1.98
3
25.92
79%
1.781
34.07
72%
1.755
4
40.48
47%
1.0619
37.49
58%
1.422
5
79.60
58%
1.308
37.51
48%
1.163
6
160.58
45%
1.02
 
 
 
7
440.86
28%
0.6235
 
 
 
8
6964.44
8%
0.1753
 
 
 
9
 

آزمايش برش مستقيم

آزمايش برش مستقيم

 

مقدمه :

 ارتباط بين تنش برشي خاك و تنش مؤثر قائم خاك بصورت  مي باشد كه در آن C و  بترتيب چسبندگي و اصطكاك بين ذرات خاك مي باشند و براي يك خاك معين ثابت بوده و از خصوصيات آن بشمار مي رود.  تنش موثر قائم و مقاومت برشي خاك را مشخص مي سازند.

سه روش براي بدست آوردن C و  خاك در آزمايشگاه مکانیک خاک و بتن وجود دارد كه عبارتند از:

       1.         آزمايش برش مستقيم

       2.         تك محوري

       3.         سه محوري

برش مستقيم :

وسايل مورد نياز آزمايش :

       1.         دستگاه آزمايش برش مستقيم

       2.         اون

       3.         نمونه خاك (دست خورده يا دست نخورده)

       4.         آبپاش

       5.         كرنومتر

       6.         وزنه هاي دستگاه برش

       7.         قالب نمونه گيري

روش آزمايش :

براي انجام آزمايش يك نمونه خاك (دست نخورده) را سه قسمت مي كنيم. و نمونه را به اندازه قالب مكعبي مي تراشيم (باندازه قطر داخلي جعبه برش و ارتفاع قالب دستگاه برش) و آنرا در داخل جعبه برش (جعبه برش از دوقسمت تشكيل شده است. نيمه پايين ثابت و نيه بالايي متحرك و بوسيله دو ميخ به همديگر وصل شده اند. نمونه در داخل جعبه و در بين دو صفحه سنگ متخلخل از بالا و پايين محصور شده است بطوري كه نميتواند تحت تاثير تنش چرخشي قرار گيرد. نيروي عمودي از بالا روي نمونه وارد مي شود و براي اندازه گيري ميزان نشست از گيج حساس كه در بالا و روي درپوش قرار مي گيرد استفاده مي شود) قرار مي دهيم و صفحه متخلخل را بر روي آنقرار مي دهيم و ظرف برش را پر از آب مي كنيم (جعبه برش تماماً در داخل مخزن بزرگتري قرار دارد كه در حين آزمايش پر از آب مي باشد تا عمل اشباع و زهكشي نمونه از طريق سوراخهائي كه در بدنه هر دو نيمه قالب برش وجود دارد انجام مي شود). سپس نمونه را در داخل دستگاه بارگذاري كه قادر است نيروي نيروي عمودي ثابتي را در طول آزمايش به نمونه وارد كند قرار مي دهيم. و در هر دفعه ميزان بار وارده بر نمونه را تغيير مي دهيم(از وزنه هاي 4 و 8 و 12 كيلوگرمي استفادة مي كنيم). و ميزان نيرو را بر اساس تغيير طول تا زماني كه به ازاي نيروي ثابتي تنها تغيير طول داشته باشيم يادداشت مي كنيم. سپس از روي نمودار  مقادير  را بدست مي آوريم.

 مقالات عمران گچبری مقاله جزوه هیدرولیک و هیدرولوژی بتن آماده و بتن ناتراوا و لیکا

منابع خطا:

1-  در خاكهاي غير چسبنده به علت وجود خاصيت جذب سطحي بين آب ودانه هاي خاك مقداري چسبندگي كاذب بوجود مي آيد اگر اين چسبندگي بين .1 تا .2 باشد از آن صرفنظر مي شود ولي اگر مقدار آن بيشتر باشد واز آن صرفنظر شود خطا بوجود مي آيد

2-    گيجهاي اندازه گيري نيرو وتغيير شكل به درستي تنظيم نشده باشند

3-    عمل زهكشي به درستي صورت نگيرد

4-    آزمايش كننده در قرائت گيجها اشتباه كند ويا خطاي محاسباتي داشته باشد

آزمايش تعيين وزن مخصوص خاک در محل

آزمايش تعيين وزن مخصوص خاک در محل

 

مقدمه :

در آزمايش قبلي ميزان درصد رطوبت بهينه خاك را بدست آورديم. كه اگر خاك با اين درصد رطوبت كوبيده شود بيشترين وزن مخصوص خشك را بدست مي آورد. ولي در كارگاهها معمولاً در اثر مراعات نكردن دقيق اين درصد رطوبت و ساير شرايط آزمايش پروكتور وزن مخصوص خشك حاصل كمتر(وگاهي بيشتر) از وزن مخصوص خشك ماكزيمم بدست آمده در آزمايش پروكتور خواهد بود. براي تعيين وزن مخصوص خاك كوبيده شده در كارگاهها عموماً از دو وسيله ماسه اي و روغني استفاده مي شود. البته در برخي طرحهاي عظيم از وسائل مخصوص الكتريكي نيز براي تعيين وزن مخصوص خشك خاك در محل استفاده مي شود.

روش ماسه اي بر روي اين اصل بنا شده كه ابتدا حفره اي در خاك كوبيده شده يا در خاك طبيعي براي بستر راه ايجاد نمود. و وزن خاك خارج از حفره و حجم حفره را اندازه گرفته و از آنجا مقدار وزن مخصوص مرطوب خاك داخل حفره را طبق رابطه زير بدست مي آوريم:

 (حجم حفره) / (وزن خاك خارج شده از حفره)   γ_wet=

سپس درصد رطوبت خاك داخل حفره را حساب كرده (ω ) و از رابطه زير وزن مخصوص خشك بدست مي آيد.

γ_d = γ_wet/(1+ ω)

و سپس از فرمول زير درصد كوبيدگي را بدست مي آوريم:

γ_d-lab /γ_d-site =درصد كوبيدگي

وسايل مورد نياز آزمايش :

       1.         ترازو

       2.         گرمخانه (Oven)

       3.         قلم و چكش

       4.         دستگاه سن باتل

      5.         ظرف اندازه گيري درصد رطوبت

روش آزمايش :

ابتدا دستگاه سن باتل را با ماسه (ماسه اي كه از الك شماره 20 گذشته باشد و روي الك شماره 50 مانده باشد) پر مي كنيم و دستگاه را وزن مي كنيم. سپس براي بدست آوردن حجم مخروط زير دستگاه، دستگاه را همراه صفحه مخصوص آن روي سطحي صاف مي گذاريم و شير آن را باز مي كنيم زماني كه ماسه داخل دستگاه ثابت شد (مخروط زير دستگاه پر از ماسه شد) شير دستگاه را مي بنديم و دستگاه را مجدداً وزن مي كنيم كه تفاضل اين دو وزن وزن ماسه لازم براي پر كردن مخروط مي باشد.

سپس دستگاه سن باتل را دوباره پر از ماسه مي كنيم و آن را وزن مي كنيم و سپس دستگاه را به خارج از آزمايشگاه مي بريم و صفحه مخصوص دستگاه را بر روي زمين مي گذاريم و چاله اي به قطر سوراخ روي صفحه و عمق تقريباً دو برابر قطر چاله مي كنيم و خاك حاصله از چاله را در داخل كيسه اي مي ريزيم (دقت مي كنيم سنگهاي با قطر بيشتر از 2 اينچ را دور مي ريزيم) و سپس دستگاه سن باتل را بر روي صفحه مخصوص قرار مي دهيم و شير آن را باز مي كنيم تا چاله پر از ماسه شود.
دستگاه سن باتل و خاك بدست آمده از چاله را وزن مي كنيم و مقداري از خاك چاله براي بدست آوردن درصد رطوبت در داخل قوطي درصد رطوبت مي ريزيم و آن را در داخل اون به مدت 24 ساعت قرار مي دهيم. براي بدست آوردن حجم چاله وزن ماسه لازم براي پر كردن چاله (وزن ماسه لازم براي پر كردن مخروط زير دستگاه-وزن ماسه لازم براي پر شدن چاله و مخروط)را بر وزن مخصوص ماسه تقسيم مي كنيم حجم چاله بدست مي آيد. و به وسيله فرمولهاي زير مي توانيم وزن مخصوص خشك و تر خاك بدست مي آيد:

(حجم چاله / وزن خاك كنده شده از چاله)γ_d=

 γ_d = γ_wet/(1+ ω)

 

محاسبات آزمايش :

 1753 = وزن ظرفgr

gr 7018 = وزن ماسه و ظرف

حجم ظرف

وزن خاک و بطری ماسه ای

وزن خاک و بطری ماسه ای بعد از باز شدن پيچ

وزن خاک هم حجم مخروط بطری ماسه ای

محاسبات مربوط به انجام آزمايش در محل :

وزن ظرف + خاک

وزن ظرف + خاک بعد از باز شدن پيچ

وزن ماسه خارج شده

وزن ماسه هم حجم چاله

وزن خاک بيرون آورده شده

وزن مخصوص مرطوب خاک :

تعيين درصد رطوبت خاک :

وزن خاک خشک و ظرف

وزن خاک مرطوب و خاک

وزن ظرف خالی

وزن آب

محاسبه وزن مخصوص خشک خاک :

منابع خطاها :

       1.         خطا هاي دستگاههاي اندازه گيري مثل ترازو

       2.         خطاهاي انساني مانند قرائت

       3.         عدم يكنواخت بودن رطوبت در كل نمونه

       4.         هدر رفتن مقداري از خاك هنگام كندن زمين

       5.         تغيير درصد رطوبت خاك در زمان كندن زمين

       6.         و …

 

آزمايش استاندارد تعيين مقاومت فشاری تک محوری خاکهای چسبنده

آزمايش استاندارد تعيين مقاومت فشاری تک محوری خاکهای چسبنده

 

هدف :  تعيين مقاومت فشاري تك محوري خاكهاي چسبنده

 

مقدمه :

 مقاومت فشاري تك محوري  عبارتست از حداكثر نيروي وارد بر واحد سطح به هنگام شكست نمونه ويا نيروي وارد بر واحد سطح وقتيكه 20% كرنش محوري انجام مي گيرد هدف از انجام اين آزمايش اندازه گيري مقاومت فشاري تك محوري خاكهاي چسبنده دست نخورده يا دست خورده است كه اين نوع آزمايش را مي توان به دوروش انجام داد :

1- روش تنش كنترل شده                         

2- روش كرنش كنترل شده

براي تهيه نمونه هاي استوانه اي مي توان از نمونه اي دست نخورده بزرگ استفاده كرد خاكهايي كه توسط لوله هاي جدار نازك نمونه برداري شده است نياز به تراشيدن ندارد وبايد دقت شود كه موقع برداشتن وگذاشتن هيچ گونه تغييري در رطوبت يا مقطع عرضي آنها داده نشود . 

وسايل مورد نياز :

1- دستگاه تك محوري    

 2-  قالب نمونه گيري      

 3- كاردك    

 4-  ترازو   

 5- مزور      

 6- روغن      

 7-  كوليس

شرح آزمايش :

ابتدا قالب را برمي داريم وقطر وارتفاع آنرا اندازه مي گيريم   h=9.55 cm  و   D=4.85 cm      بنابراين حجم بدست مي آيد v=176.43cm² اين آزمايش را براي  انجام مي دهيم بنابراين مي توان وزن خاك خشك مورد نياز را بدست آورد .وبه ميزان 20% خاك حشك ، به آن آب اضافه مي كنيم كه 60gr مي شود .خوب خاك را مرطوب مي كنيم سپس مقداري خاك را درداخل قالب كه فبلا ديواره آنرا روغن زده بوديم ، مي ريزيم ودر هر بار خوب آنرا مي كوبيم اين كار را تا تمام شدن خاك ادامه مي دهيم  سپس نمونه را از ذاخل قالب بيرون آورده وارتفاع آنرا اندازه مي گيريم    آنگاه نمونه را درمركز صفحه در پايين دستگاه بارگذاري قرار مي دهيم دستگاه را طوري تنظيم مي كنيم كه بدون وارد كردن نيرو با نمونه ها تماس پيدا كند سپس عقربه گيج را روي صفر قرار مي دهيم سرعت بار گذاري را طبق استاندارد .5  تا 2  ميلي متر بر دقيقه مي گذاريم وبه ازاي هر 15 ثانيه باروارده تغيير شكل را اندازه مي گيريم دستگاه از دو گيج تشكيل يافته است كه يك گيج براي تعيين نيرو و ديگري براي تعيين كرنش مي باشد

 گيج نيرو داراي ضرايبي مي باشد a=.03771 و b=.14767

X  عدد خوانده شده از روي گيج مي باشد مقدار نيرو را از رابطه زير بدست

 مي آوريم كه برحسب پوند مي باشد كه در .453 ضرب ميكنيم وتبديل به

كيلو گرم مي شود براي حساب كردن تنش مي بايست محاسبات زير را انجام دهيم :

1- تعيين كرنش  كه از گيج مربوط به كرنش مي خوانيم مي بايست  در .001 و 2.54ضرب كنيم تا تبديل به cm شود

2- مساحت را در هرلحظه از رابطه روبرو بدست مي آوريم

3- تنش از رابطه روبرو بدست مي آيد :    

			نيرو Kg	گيج جابجائی	گيج نيرو  lb
0.022	18.51	0.002	0.41	9	2
0.035	18.57	0.005	0.65	17	3.4
0.045	18.60	0.007	0.84	25	4.5
0.054	18.64	0.009	1	34	5.5
0.060	18.70	0.012	1.13	44	6.2
0.066	18.74	0.014	1.23	53	6.8
0.068	18.77	0.016	1.28	62	7.1
0.070	18.83	0.019	1.33	73	7.4
0.071	18.89	0.022	1.35	82	7.5
0.071	18.95	0.025	1.35	93	7.5

 ازروي نمودار بالا مقدار مقاومت فشاري حدودا 1.18kg/cm² بدست مي آيد