The Determination of Discharge Coefficient for the Relationship between Real and Theoretical Dicharge in Venturimeter Experiment

Abstract

It is not always practical to calculate the discharge through the pressure pipes in fluid mechanics. Therefore, empirical equations obtained by experimental methods are widely used. Real discharge measured in the venturimeter experiment is compared with theoretical discharge calculated using the continuity and Bernoulli equations in this study. Discharge coefficient (C_d) is used in order to use theoretical discharge as real discharge in the literature. The reason for this is that the major and minor head losses are not taken into account in theoretical discharge calculation. Discharge coefficient is recommended in the range of 0.8-1.0. C_d coefficient is obtained by dividing the real discharge by theoretical discharge. In other words, real discharge of the fluid is found by adding C_d coefficient to the formula of theoretical discharge. Major and minor head losses in flow occurring in the pipe are calculated empirically. Darcy-Weisbach equation is used for major head losses and loss coefficients are used for minor head losses. It is not always practical to calculate head losses of flow in the pipe. Consequently, discharge coefficient is preferred in cases where discharge calculation is practically not required. Six different observations are made for real discharge in venturimeter experiment in this study. Firstly, maximum discharges are given to the experiment set and then discharge is reduced with the help of the valve. Water is selected as the fluid in the pipe. The volume of water accumulated per unit time is calculated by filling the reservoir with water for dischage measurement. According to the findings, the discharge coefficient is obtained as a narrower range 0.939-0.975. In addition, a strong relationship between the discharge coefficient and theoretical discharge is observed. For this purpose, the determination coefficient (R2) is calculated. Thus, fluid water is selected for the flow in the pipe and the discharge coefficient is revised for this type of work. Discharge coefficients can be examined by using higher viscosity fluids such as milk and oil for future studies.

Keywords

• Bernoulli equation
• Discharge coefficient
• Real discharge
• Theoretical discharge
• Venturimeter

Venturimetre Deneyinde Gerçek ve Teorik Debi İlişkisi İçin Debi Düzeltme Katsayısının Belirlenmesi

Abstract

Akışkanlar mekaniğinde basınçlı borularda kesitten geçen debinin hesaplanması her zaman pratik olmamaktadır. Bu nedenle deneysel yöntemlerle elde edilen ampirik denklemler yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışmada venturimetre deney setinde ölçülen gerçek debi ile süreklilik ve Bernoulli denklemleri kullanılarak hesaplanan teorik debi karşılaştırılmıştır. Literatürde teorik debiyi gerçek debi olarak kullanabilmek için debi düzeltme katsayısından (C_d) yararlanılmaktadır. Bunun nedeni teorik debi hesabında sürekli ve yersek yük kayıplarının dikkate alınmamasıdır. Debi düzeltme katsayısı 0.8-1.0 aralığında önerilmektedir. Gerçek debinin teorik debiye bölünmesi ile C_d katsayısı elde edilir. Diğer bir ifadeyle teorik debinin formülüne C_d katsayısının eklenmesi ile akışkanın gerçek debisi bulunur. Boruda meydana gelen akımda sürekli ve yersel yük kayıpları ampirik olarak hesaplanmaktadır. Sürekli yük kayıpları için Darcy-Weisbach eşitliği ve yersel yük kayıpları için de kayıp katsayıları kullanılmaktadır. Borudaki akımın yük kayıplarını hesaplamak her zaman pratik olmamaktadır. Bu nedenle hassas sonuçların gerekmediği pratik olarak debi hesabı durumlarında debi düzeltme katsayısı tercih edilmektedir. Bu çalışmada venturimetre deneyinde gerçek debi için altı farklı gözlem yapılmıştır. Öncelikle deney setine maksimum debiler verilmiş, daha sonra vana yardımıyla debi azaltılmıştır. Boru içerisindeki akışkan olarak su seçilmiştir. Debi ölçümü için hazneye su doldurularak birim zamanda biriken su hacmi hesaplanmıştır. Elde edilen bulgulara göre debi düzeltme katsayısı daha dar bir aralık 0.939-0.975 olarak elde edilmiştir. Ayrıca debi düzeltme katsayısı ve teorik debi arasında güçlü bir ilişki gözlenmiştir. Bu amaçla determinasyon katsayısı (R2) hesaplanmıştır. Bu sayede boru içerisindeki akım için akışkan su seçilmiş ve debi düzeltme katsayısı bu tip çalışmalar için revize edilmiştir. Gelecekteki çalışmalarda süt, yağ gibi viskozitesi daha yüksek akışkanlar kullanılarak debi düzeltme katsayıları incelenebilecektir.

Keywords

• Bernoulli denklemi
• Debi düzeltme katsayısı
• Gerçek debi
• Teorik debi
• Venturimetre

References

1. Akyol, T., Aslan, A., Yüksel, B. (2011). Jeotermal bölgesel ısıtma sistemlerinin enerji analizlerinde tesisat hataları nedeniyle yaşanan debi ölçüm sorunları. X. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 13-16 Nisan 2011, İzmir.
2. Burgan, H. I., Aksoy, H. (2018). Annual flow duration curve model for ungauged basins. Hydrology Research, 49(5), 1684-1695.
3. Hutton, S. P. (1954). The prediction of Venturi-meter coefficients and their variation with roughness and age. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 3(2), 216-241.
4. Kocabaş, F., Ülker, Ş. (2004). Tabakalı sıvı ortamında ölçek etkisinin ve su alma borusunun tabandan olan mesafesinin kritik batıklık üzerine etkisi. Türkiye İnşaat Mühendisliği 17. Teknik Kongre ve Sergisi, 15-17 Nisan 2004, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul.
5. Korkmaz, E., Gölcü, M., Kurbanoğlu, C. (2009). Dalgıç pompa performans testlerinde kullanılan yeni teknolojiler. 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), 13-15 Mayıs 2009, Karabük.
6. OGEN (2014a). OAG-140 Bernoulli deney seti.
7. OGEN (2014b). OAG-144 Akış ölçümleri deney seti.
8. Reader-Harris, M. (2015). Venturi Tube Design. Chapter 3 in Orifice Plates and Venturi Tubes, Springer, 77-96.

9. Steven, R. N. (2002). Wet gas metering with a horizontally mounted Venturi meter. Flow Measurement and Instrumentation, 12, 361-372.
10. Swamee, P. K. (2005). Discharge equations for venturimeter and orificemeter. Journal of Hydraulic Research, 43(4), 417-420.
11. Wagoner, G. W., Livingston, A. E. (1928). Application of the venturi meter to measurement of blood flow in vessels. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 32(3), 171-180.
12. Xu, L., Zhou, W., Li, X., Wang, M. (2011). Wet-gas flow modeling for the straight section of throat-extended venturi meter. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 60(6), 2011.
13. Yeşilmen, B., Göğüş, M. (2004). Su jeti pompası ve dip tarama problemlerine uygulanması. Türkiye İnşaat Mühendisliği 17. Teknik Kongre ve Sergisi, 15-17 Nisan 2004, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul.
14. Yılancı, A., Atalay, Ö., Koçar, G., Eryaşar, A. (2019). Dinamik test metodu ile bir güneş kollektörünün ısıl performansının belirlenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(4), 417-422.