Hence, one can immediately obtain a starting value from Figure 3. In this case, then, using , one reads f = 0.04, from the Moody diagram.
Figure 3: The Moody diagram [3].
Figure 4: The experimental setup (Data used in this article were collected by study group 1: Adam Beougher, Andrew Bertsch and Jamie Coffman).
Step 2. Use the value of f from Step 1 to calculate the average volume flow rate of viscous flow using Equation (7).
Step 3. Use this value of the average volume flow rate to calculate the Reynolds number using Equation (9).
Step 4. Use this value of the Reynolds number and the relative roughness to either look up a new value of the friction factor using the Moody diagram, or to calculate it using the Colebrook formula, Equation (10). This completes the first iteration.
The second iteration. The latest value for the friction factor can be used in Step 1 to initiate the second iteration. This iterative process continues until the difference between consecutive estimates of the volume flow rate become so small that additional iterations are unnecessary.
This series of n iterations described above can be summarised in pictorial form as shown below:
Figure 5: Diagram of the n iterations needed to calculate the Darcy-Weisbach friction factor.
For the siphon hose used in these experiments, the absolute roughness is e = 0.00023 ft. The curvature of the bend was found to be r = 3.75 in, D = 0.25 in, L = 5.5 ft, the kinematic viscosity of water at room temperature is ; (Data used in this article were collected by study group 1: Adam Beougher, Andrew Bertsch and Jamie Coffman).
THE EXPERIMENT AND ITS RESULTS
An experimental setup is illustrated in Figure 4. The materials used were 300 mL beaker, a siphon hose, a 5-gallon bucket, duct tape, a tall stand, a stop watch and water from the laboratory. The height difference, , was varied by raising or lowering the point at which the hose was attached to the vertical stand. The volume flow rates corresponding to eight different height differences were measured and compared to those calculated using Equation (3) and Equation (7). The results are shown in Figure 6.
Figure 6: Graphical comparison of analytical and experimental results (Data used in this article were collected by study group 1: Adam Beougher, Andrew Bertsch and Jamie Coffman).
IMPACT ON THE LEARNING PROCESS AND IMPLICATIONS FOR ENGINEERING EDUCATION
This project had an impact on the learning process in four important ways.
It allowed students to see that, when one neglects all losses in an internal flow through a pipe, the results obtained with such an analysis are easier to get and they can be expected to predict the general trend to be followed by experimental flow rates well; but they overestimate flow rates by a very wide margin; hence, they cannot be relied upon to predict the magnitudes of the actual flow rates to be expected. However, when one includes all losses that can be reasonably accounted for, the required analysis is more complicated; but results so obtained not only predict the general trend well, they also yield magnitudes of volume flow rates that are much closer to those measured in the laboratory [4].
It gave students who learn by doing an opportunity to use their preferred learning style.
The fact that students were divided into small groups that worked together created supportive micro communities within the class. Students interacted with each other, assisted each other and supported each other within those communities. As a consequence, the persistence rate in the course increased. Indeed, no student withdrew from the course; this included those who ended up failing the course.
And, students were very engaged with the material that was being learned; engagement with the material was gauged by the amount of time and energy students spent on carrying out the tasks that required a lot of effort and creativity.
The strength of that engagement translated itself into higher academic performance: scores earned in exercises involving hands-on projects were higher than those earned in similar in-class examinations and quizzes over other course topics. Thus, whereas the average scores earned by students in in-class assessment exercises were approximately 70%, those earned in hands-on projects averaged 88%, an increase of 18%. If one assumes, as is commonly done, that such scores are indicative of what students learned, then, hands-on projects led to greater learning and comprehension [5].
The project also has implications for engineering and technology education in three important ways.
It is very expensive to equip and maintain an engineering laboratory by buying everything that is needed. It is possible to reduce the cost of running a given laboratory by supplementing the equipment that exists in that laboratory with home-made units that are constructed and tested for specific experiments and demonstrations by the students themselves. This project and others that have been conducted in the author’s laboratory demonstrate how that can be done [1].
One can use textbook exercises as a springboard for this process. A textbook exercise can be solved analytically first, then, it can be implemented in the laboratory for the purposes of testing and verification of analytical results. In this project, for example, the siphon was a textbook exercise that was solved analytically; first by assuming an ideal operation that neglected losses; then, by using a more realistic analysis that included the effects of losses. Implementation through an experiment allowed students to design, build and test a model of the textbook exercise by themselves and, subsequently, compare the experimental results to those obtained analytically. The end result was that students were able to assess the extent to which the results of their analyses were realistic [3].
ดังนั้นหนึ่งได้ทันทีสามารถรับค่าเริ่มต้นจากรูปที่ 3 ในกรณีนี้แล้วโดยใช้หนึ่งอ่าน f = 0.04 จากแผนภาพ Moody.
รูปที่ 3:. แผนภาพ Moody [3]
รูปที่ 4: การติดตั้งการทดลอง (ข้อมูล ใช้ในบทความนี้ได้จากการศึกษากลุ่มที่ 1:. อดัม Beougher, แอนดรู Bertsch และเจมี่คอฟฟ์แมน)
. ขั้นตอนที่ 2 ใช้ค่าของ F จากขั้นตอนที่ 1 การคำนวณอัตราการไหลของปริมาณเฉลี่ยของการไหลหนืดโดยใช้สมการ (7)
ขั้นตอนที่ 3 . ใช้ค่าของอัตราการไหลของปริมาณเฉลี่ยนี้ในการคำนวณตัวเลขนาดส์โดยใช้สมการ (9).
ขั้นตอนที่ 4 การใช้ค่านี้ของจำนวน Reynolds และความหยาบเมื่อเทียบกับทั้งมองขึ้นค่าใหม่ของปัจจัยแรงเสียดทานโดยใช้แผนภาพ Moody หรือการคำนวณโดยใช้สูตร Colebrook, สมการ (10) เสร็จสมบูรณ์ซ้ำเป็นครั้งแรก.
ซ้ำสอง ค่าล่าสุดสำหรับปัจจัยแรงเสียดทานสามารถนำมาใช้ในขั้นตอนที่ 1 จะเริ่มต้นการทำซ้ำสอง . กระบวนการนี้ซ้ำแล้วซ้ำอีกต่อไปจนกว่าความแตกต่างระหว่างประมาณการต่อเนื่องของอัตราการไหลของปริมาณกลายเป็นขนาดเล็กเพื่อที่ซ้ำเพิ่มเติมที่ไม่จำเป็น
ชุดนี้ซ้ำ n อธิบายไว้ข้างต้นสามารถสรุปได้ในรูปแบบภาพที่แสดงด้านล่าง:
รูปที่ 5: แผนภาพซ้ำ n ที่จำเป็น ในการคำนวณปัจจัยแรงเสียดทานดาร์ซี-Weisbach.
สำหรับท่อกาลักน้ำใช้ในการทดลองเหล่านี้ความหยาบแน่นอนคือ E = 0.00023 ฟุต. ความโค้งของโค้งพบว่า r = 3.75, D = 0.25, L = 5.5 ฟุต , ความหนืดของน้ำที่อุณหภูมิห้องเป็น; (ข้อมูลที่ใช้ในบทความนี้ได้จากการศึกษากลุ่มที่ 1: อดัม Beougher, แอนดรู Bertsch และเจมี่คอฟฟ์แมน).
การทดลองและผลของมัน
ติดตั้งการทดลองแสดงให้เห็นในรูปที่ 4 วัสดุที่ใช้ถูกถ้วยแก้ว 300 มลท่อกาลักน้ำ, ถัง 5 แกลลอนเทปท่อยืนสูงนาฬิกาจับเวลาและน้ำจากห้องปฏิบัติการ ความแตกต่างความสูงได้รับแตกต่างกันโดยการเพิ่มหรือลดจุดที่ท่อที่ติดอยู่กับขาตั้งในแนวตั้ง อัตราการไหลของปริมาณที่สอดคล้องกับความแตกต่างของความสูงแปดที่แตกต่างกันมีการวัดและเมื่อเทียบกับผู้ที่คำนวณโดยใช้สมการ (3) และสมการ (7) ผลลัพธ์ที่ได้จะแสดงในรูปที่ 6. รูปที่ 6: การเปรียบเทียบกราฟิกของผลการวิเคราะห์และการทดลอง (ข้อมูลที่ใช้ในบทความนี้ได้จากการศึกษากลุ่มที่ 1: อดัม Beougher, แอนดรู Bertsch และเจมี่คอฟฟ์แมน). ผลกระทบต่อกระบวนการเรียนรู้และความหมายสำหรับวิศวกรรม การศึกษาโครงการนี้มีผลกระทบต่อกระบวนการเรียนรู้ในสี่วิธีที่สำคัญ. มันได้รับอนุญาตให้นักเรียนที่จะเห็นว่าเมื่อหนึ่งละเลยการสูญเสียทั้งหมดในการไหลผ่านท่อภายใน, ผลที่ได้รับด้วยเช่นการวิเคราะห์ได้ง่ายกว่าที่จะได้รับและพวกเขาสามารถ คาดว่าจะคาดการณ์แนวโน้มทั่วไปจะตามมาด้วยอัตราการไหลของการทดลองดี; แต่พวกเขาประเมินค่าสูงอัตราการไหลโดยขอบกว้างมาก ด้วยเหตุนี้พวกเขาไม่สามารถพึ่งพาที่จะคาดการณ์ขนาดของอัตราการไหลที่เกิดขึ้นจริงที่คาดหวัง แต่เมื่อหนึ่งรวมถึงการสูญเสียทั้งหมดที่สามารถคิดอย่างมีเหตุผลสำหรับการวิเคราะห์ที่จำเป็นมีความซับซ้อนมากขึ้น แต่ผลที่ได้รับดังนั้นไม่เพียง แต่คาดการณ์แนวโน้มทั่วไปดีที่พวกเขายังให้ผลผลิตขนาดของอัตราการไหลของปริมาณที่มีความใกล้ชิดมากกับผู้ที่วัดในห้องปฏิบัติการได้ [4]. มันทำให้นักเรียนที่เรียนรู้โดยการทำโอกาสที่จะใช้รูปแบบการเรียนรู้ที่ต้องการของพวกเขาความจริงที่ว่านักเรียนถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มเล็ก ๆ ที่ทำงานร่วมกันสร้างชุมชนขนาดเล็กที่ให้การสนับสนุนในชั้นเรียน นักเรียนมีความสัมพันธ์กับคนอื่น ๆ การช่วยเหลือซึ่งกันและกันและการสนับสนุนซึ่งกันและกันภายในชุมชนเหล่านั้น เป็นผลให้อัตราการคงอยู่ในหลักสูตรที่เพิ่มขึ้น อันที่จริงนักเรียนไม่ถอนตัวออกจากการเรียนการสอน; นี้รวมถึงผู้ที่จบลงด้วยความล้มเหลวในการเรียนการสอน. และนักศึกษาได้มีส่วนร่วมอย่างมากกับวัสดุที่ถูกเรียนรู้; . การสู้รบกับวัสดุที่ได้รับการประเมินโดยจำนวนของเวลาและนักเรียนพลังงานที่ใช้ในการดำเนินงานที่จำเป็นต้องใช้ความพยายามอย่างมากและความคิดสร้างสรรค์ความแข็งแรงของการสู้รบที่แปลตัวเองลงไปในผลงานทางวิชาการที่สูงขึ้น: คะแนนที่ได้รับในการออกกำลังกายที่เกี่ยวข้องกับมือในโครงการ มีค่าสูงกว่าที่ได้รับในการตรวจสอบในระดับใกล้เคียงกันและแบบทดสอบมากกว่าหัวข้อหลักสูตรอื่น ๆ ดังนั้นในขณะที่คะแนนเฉลี่ยที่ได้รับจากนักเรียนในการออกกำลังกายการประเมินในระดับประมาณ 70%, ผู้ที่ได้รับในมือในโครงการเฉลี่ย 88% เพิ่มขึ้น 18% หากหนึ่งถือว่าเป็นจะทำกันทั่วไปว่าคะแนนดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่นักเรียนได้เรียนรู้แล้วมือในโครงการที่นำไปสู่การเรียนรู้และความเข้าใจมากขึ้น [5]. โครงการนอกจากนี้ยังมีผลกระทบต่อการศึกษาด้านวิศวกรรมและเทคโนโลยีในสามรูปแบบที่สำคัญมันมีราคาแพงมากที่จะติดตั้งและบำรุงรักษาห้องปฏิบัติการวิศวกรรมโดยการซื้อทุกอย่างที่จำเป็น มันเป็นไปได้ที่จะลดค่าใช้จ่ายของการใช้ห้องปฏิบัติการที่ได้รับโดยการเสริมอุปกรณ์ที่มีอยู่ในห้องปฏิบัติการว่าด้วยหน่วยทำที่บ้านที่มีการสร้างและทดสอบสำหรับการทดลองที่เฉพาะเจาะจงและการสาธิตโดยนักเรียนเอง โครงการนี้และคนอื่น ๆ ที่ได้รับการดำเนินการในห้องปฏิบัติการของผู้เขียนแสดงให้เห็นถึงวิธีการที่สามารถทำได้ [1]. หนึ่งสามารถใช้การออกกำลังกายเป็นตำรากระโดดสำหรับกระบวนการนี้ การออกกำลังกายตำราเรียนจะสามารถแก้ไขได้วิเคราะห์ก่อนแล้วก็สามารถนำมาใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อวัตถุประสงค์ของการทดสอบและการตรวจสอบผลการวิเคราะห์ ในโครงการนี้เช่นกาลักน้ำเป็นตำราการออกกำลังกายที่ได้รับการแก้ไขวิเคราะห์; เป็นครั้งแรกโดยสมมติว่าการดำเนินงานที่เหมาะที่ละเลยการสูญเสีย; แล้วโดยใช้การวิเคราะห์ที่สมจริงมากขึ้นรวมถึงผลกระทบของการสูญเสีย การดำเนินการผ่านการทดสอบได้รับอนุญาตให้นักเรียนที่จะออกแบบสร้างและทดสอบรูปแบบของการออกกำลังกายตำราเรียนด้วยตัวเองและต่อมาเปรียบเทียบผลการทดลองกับผู้ที่ได้รับการวิเคราะห์ ผลลัพธ์ที่ได้ก็คือการที่นักเรียนได้มีโอกาสที่จะประเมินขอบเขตที่ผลของการวิเคราะห์ของพวกเขามีเหตุผล [3]
การแปล กรุณารอสักครู่..

ดังนั้นหนึ่งสามารถขอรับค่าเริ่มต้นจากรูปที่ 3 ในกรณีนี้ , แล้ว , ใช้ , อ่านหนึ่ง F = 0.04 , จากแผนภาพ Moody
รูปที่ 3 : มู้ดดี้แผนภาพ [ 3 ] .
รูปที่ 4 : การติดตั้งทดลอง ( ใช้ข้อมูลในบทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษา 1 ) : อดัม beougher แอนดรูว์ bertsch และเจมี่ คอฟแมน ) .
ขั้นตอนที่ 2ใช้ค่า F จากขั้นตอนที่ 1 เพื่อคำนวณค่าเฉลี่ยปริมาณอัตราการไหลของการไหลแบบหนืดโดยใช้สมการ ( 7 ) .
ขั้นตอนที่ 3 ใช้ค่าเฉลี่ยปริมาณอัตราการไหลของตัวเลขเรย์โนลด์ คำนวณโดยใช้สมการ ( 9 ) .
ขั้นตอนที่ 4 ใช้ค่าของเลขเรย์โนลด์และญาติของทั้งหาค่าใหม่ของปัจจัยแรงเสียดทานโดยใช้แผนภาพเจ้าอารมณ์หรือจะคำนวณโดยใช้โคลบรูค สูตร สมการ ( 10 ) นี้เสร็จสมบูรณ์ในรูปแรก
ซ้ำสอง ค่าปัจจัยแรงเสียดทานล่าสุดสามารถใช้ในขั้นตอนที่ 1 เพื่อเริ่มต้นการทำซ้ำครั้งที่สอง กระบวนการซ้ำนี้ต่อไปจนกว่าจะแตกต่างระหว่างติดต่อกันประมาณปริมาณอัตราการไหลเป็นขนาดเล็กเพื่อให้ซ้ำเพิ่มเติม คือ ไม่จำเป็น
นี้ชุดของการทำซ้ำที่อธิบายข้างต้นสามารถสรุปในแบบฟอร์มตามที่แสดงด้านล่าง :
รูปที่ 5 : แผนภาพของเอ็นรอบต้องคำนวณ ดาร์ซี่ weisbach ความเสียดทาน .
สำหรับฟอน ท่อที่ใช้ในการทดลองเหล่านี้ , ความสัมบูรณ์เป็น E = 0.00023 ft . ความโค้งของโค้ง คือ r = 3.75 ใน , D = 0.25 , L = 5.5 ฟุตส่วนความหนืดจลน์ของน้ำที่อุณหภูมิห้อง ( ข้อมูลในบทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษา 1 ) : อดัม beougher แอนดรูว์ bertsch และเจมี่ คอฟแมน )
มีการติดตั้ง ทดลอง และผลลัพธ์ของการทดลอง แสดงในรูปที่ 4 วัสดุที่ใช้คือ 300 ml บีกเกอร์กาลักน้ำ , ท่อ 5 แกลลอน , ถัง , ท่อเทป ยืนสูง หยุดดู และน้ำจากห้องปฏิบัติการความสูง , , หลากหลาย โดยการเพิ่ม หรือลดจุดที่ท่อแนบกับขาตั้งในแนวตั้ง ปริมาตรอัตราการไหล ที่สอดคล้องกับ 8 ความแตกต่างความสูงที่แตกต่างกันจะถูกวัดและเปรียบเทียบกับการคำนวณโดยใช้สมการ ( 3 ) และสมการที่ ( 7 ) ผลลัพธ์ที่ได้จะแสดงในรูปที่ 6 .
รูปที่ 6 :เปรียบเทียบกราฟิกของผลวิเคราะห์และทดลอง ( ใช้ข้อมูลในบทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษา 1 ) : อดัม beougher แอนดรูว์ bertsch และเจมี่ คอฟแมน ) .
ต่อกระบวนการเรียนรู้และผลกระทบต่อการศึกษาวิศวกรรม
โครงการนี้มีผลกระทบต่อการเรียนรู้ใน 4 วิธีที่สำคัญ .
มันทำให้นักเรียนมองเห็นว่าเมื่อหนึ่งละเลยขาดทุนทั้งหมดในกระแสภายในผ่านท่อ ผลลัพธ์ที่ได้ด้วยเช่นการวิเคราะห์จะง่ายต่อการรับและพวกเขาสามารถคาดหวังที่จะคาดการณ์แนวโน้มทั่วไปจะตามมาด้วยการทดลอง อัตราการไหลดี แต่ก็อย่ามองข้ามอัตราการไหลโดยขอบกว้างมาก ดังนั้น พวกเขาไม่สามารถพึ่งพาการทำนาย ขนาดของอัตราการไหลที่เกิดขึ้นจริงได้ อย่างไรก็ตามเมื่อมีการสูญเสียทั้งหมดที่สามารถเหมาะสมคิดเป็น , ต้องการการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่ผลที่ได้ไม่เพียง แต่เพื่อทำนายแนวโน้มทั่วไป พวกเขายังให้ผลผลิตขนาดของปริมาณอัตราการไหลที่ใกล้ชิดมากกับวัดในห้องปฏิบัติการ [ 4 ] .
ให้นักเรียนที่เรียนโดยการกระทำโอกาส ใช้รูปแบบการเรียนรู้ที่ต้องการ
ความจริงที่ว่านักเรียนออกเป็นกลุ่มเล็กๆ ที่ช่วยกันสร้างชุมชนไมโครสนับสนุนภายในชั้นเรียน นักเรียนพูดคุยกับแต่ละอื่น ๆ ช่วยกัน และช่วยเหลือกันในชุมชนนั้น เป็นผลให้อัตราความคงอยู่ในหลักสูตรเพิ่มขึ้น จริงๆ ไม่มีนักเรียนถอนตัวจากหลักสูตรนี้ ได้แก่ ผู้ที่ล้มเหลวแน่นอน
และนักเรียนมากหมั้นกับวัสดุที่ถูกเรียนรู้ หมั้นกับวัสดุดังกล่าว โดยปริมาณของเวลาและพลังงานที่นักเรียนใช้ในการดําเนินงานที่จำเป็นมากของความพยายามและความคิดสร้างสรรค์
แรงของการหมั้นแปลเองเป็นสูงกว่าการปฏิบัติงาน :คะแนนที่ได้รับในแบบฝึกหัดที่เกี่ยวข้องกับโครงการภาคปฏิบัติสูงกว่าที่ได้รับในที่คล้ายกันในชั้นเรียนการสอบและแบบทดสอบกว่าหัวข้อหลักสูตรอื่น ๆ ดังนั้น ในขณะที่ค่าเฉลี่ยคะแนนที่ได้รับจากนักเรียนในคลาสฝึกประเมินอยู่ที่ประมาณ 70% , ผู้ที่ได้รับในโครงการภาคปฏิบัติเฉลี่ย 88 เปอร์เซ็นต์ เพิ่มขึ้น 18 เปอร์เซ็นต์ หากจะถือว่า เป็นปกติแล้วซึ่งคะแนนดังกล่าวจะแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่นักเรียนได้เรียนรู้แล้ว โครงการใหม่ นำไปสู่การเรียนรู้และความเข้าใจมากขึ้น [ 5 ] .
โครงการยังมีความหมายสำหรับวิศวกรรมและเทคโนโลยีการศึกษาในสามวิธีที่สำคัญ
มีราคาแพงมากเพื่อให้และรักษาวิศวกรรมโดยการซื้อทุกอย่างที่จำเป็นมันเป็นไปได้เพื่อลดต้นทุนของการใช้ให้ห้องปฏิบัติการ โดยเสริมอุปกรณ์ที่มีอยู่ในหน่วยที่ปฏิบัติการกับบ้านที่สร้างขึ้นและทดสอบสำหรับการทดลองที่เฉพาะเจาะจงและการสาธิต โดยนักเรียน โครงการนี้และคนอื่น ๆที่ได้รับการดำเนินการในปฏิบัติการของผู้เขียนแสดงให้เห็นถึงวิธีการที่สามารถทำได้ [ 1 ] .
หนึ่งสามารถใช้แบบฝึกหัดตำราเป็นสปริงสำหรับกระบวนการนี้ หนังสือเรียนแบบฝึกหัดสามารถแก้ไขได้พิจารณาก่อน จากนั้นก็สามารถใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อวัตถุประสงค์ของการทดสอบและการตรวจสอบของผลวิเคราะห์ ในโครงการนี้ได้ ตัวอย่างเช่น ฟอน เป็นตำราการออกกำลังกายที่ถูกแก้ไขวิเคราะห์ ; ก่อนโดยสมมติว่าปฏิบัติการดีเยี่ยมทิ้งขาดทุน แล้วด้วยการใช้มีเหตุผลมากกว่าการวิเคราะห์รวมผลขาดทุน การดำเนินงาน ผ่านการทดลองให้นักเรียน เพื่อออกแบบ สร้าง และทดสอบต้นแบบของตำราการออกกำลังกายด้วยตนเอง และ ภายหลัง เปรียบเทียบผลการทดลองที่ได้มาวิเคราะห์ .ผลลัพธ์ที่ได้คือการที่นักเรียนสามารถประเมินขอบเขตซึ่งผลของการวิเคราะห์ของพวกเขามีเหตุผล [ 3 ] .
การแปล กรุณารอสักครู่..
