Kết quả thí nghiệm Mạch Lưu Chất

Kết quả thí nghiệm Mạch Lưu Chất

L Mục đích thí nghiệm:

Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống dẫn có đường kính khác nhau và có chưa lưu lượng kế màng chắn Venturi cùng các bộ phận nối ống như cút van chữ T nhằm xác định

e_ Thí nghiệm l: hệ số lưu lượng kế C theo hệ số chảy ( Re)

e_ Thí nghiệm 2: hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống A B C D

Il Phương pháp thí nghiệm:

e_ Thí nghiệm 1: cho dòng chảy lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng kế màng chắn va Venturi Đọc tôn thất cột áp tương ứng với từng lưu lượng dòng chảy và

từng lưu lượng kế

e_ Thí nghiệm 2: cho dòng chảy lưu chất qua lần lượt ống A B C D với lưu lượng dòng cháy khác nhau rồi đi qua mang chan va Venturi Tir dé doc tốn thất cột áp của màng chắn và Venturi

II Lý thuyết thí nghiệm:

1 Lưu lượng kế màng chắn và Venturi:

-_ Nguyên tắc của hai dụng cụ này là đo lưu lượng dựa trên cơ sở của sự chênh lệch

áp suất do có sự giảm tiết diện đột ngột của dòng lưu chất

- Hai dung cu nay cd cấu tạo như sau:

1 2

Màng chắn

- Van téc trung binh dugc tinh tt céng thite: V =C a-Z)

o_C: hệ số của màng chắn và Venturi phụ thuộc vào chế độ chảy ( Re)

o_ AP: độ giảm áp suất qua mang chin hay Venturi N/m?

o p= + : tỉ số giữa đường kính cô Venturi hay đường kính lỗ màng chắn trên

1

đường kính ống

> Lưu lượng qua màng chắn hay Venturi sẽ như sau:

Q= V;A;=V¡Ai

2 Tén thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn:

-_ Khi lưu chất chảy trong ống có sự mắt mát năng lượng do ma sát ở thành Ống

Xét trường hợp ống tròn và nằm ngang:

- Phương trình Becnoulli tại 2 mặt cat 1-1 va 2-2 giới hạn đoạn ống cho ta

CC)+-C )‡AZ+H,=0

vi =0 va AZ =0 = A=

H/: thủy đầu tổn thất ma sát trong ống m

Tổn thất năng lượng này lien hệ với thừa số ma sát bằng phương trình

Darceyweisbach:

Trong đó:

L: chiều dài ống m D: đường kính ống m

: hệ số ma sát vô thứ nguyên ( phụ thuộc vào chế độ dòng chảy):

A A aa 2 A ` 64

> Nêu chế độ chảy tầng ( Re< 2320) thì f = Re

e

> Nếu chế độ là chảy rồi ( Re> 2320) thi f =F(Re, 5 f ci thé dugc tra từ đồ thị

Moody hay từ một số công thức thực nghiệm ( hệ số ma sát phụ thuộc vào Re và

độ nhám tương đối "

Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm:

Một hệ thống gồm các ống dẫn và van có kích thước khác nhau lắp đặt như trong

tài liệu hướng dẫn

Bơm

Đồng hồ đo

Bình chứa

Ventur:

Màng

e

Số liệu kích thước bốn ống dẫn bằng inox:

Loại ông Đường kính ngoài (mm) Đường kính trong (mm)

Kết quả thí nghiệm:

1 Thí nghiệm 1

lần |Độ |W_ |Thời |Q |APm/pg |APv/pg

Thí „IJIMỡ |(I) |gian |(⁄S) (cmH20) | (cmH20)| Re Cm |Cv

Nghiệm vạn 7 ()

1 1⁄2 4 13 0.307 |37.8 197 |9772113 | 8.74 | 12.1

a 3.5 10 0.35 | 37.2 16.8 11140846 | 10.04 | 14.94

HT | 7.5 8 0.937 | 36.5 17.9 | 29825636 | 27.1 | 38.76

a 8 11 0.73 | 36.4 19.8 | 23236621 | 21.17 | 28.7

HT |10 8 1.25 | 34 20.1 39788735 | 37.5 | 48.8

Ya 10 12 0.83 | 33.6 19.7 _ | 26419720 | 25.06 | 32.73

HT | 10 12 0.83 | 34 24.9 | 26419720 | 24.91 | 29.11

Bảng giá trị trung bình cho 3 lần thí nghiệm:

M@ | (cemH2O) | (cemH2O)

Van

7

⁄ 35.6 20.3 | 13687324 | 12.69533 16.56

⁄ 35.5 | 19.33333 | 18684790 | 17.34667 | 23.57667

⁄4 | 35.73333 | 18.76667 | 20265729 | 18.75667 | 25.45667

HT | 34.83333 | 20.96667 | 32011364 | 29.83667 38.89

2 Thi nghiém 2:

a Đối với ống A ( d=0.029m)

Lian |Độ |Q

Thí Mỡ | (Ws) |APm/pe |APv/ng | V ƒ Re

Nghiệm Van 4 (mH2O) | (cmH20) (cm/s)

1⁄4 071 |0 0 1075 |0 31172416

1 1⁄2 0.542 |7 1 820.56 | 2.34x10° | 23796408

Ya 0.384 | 24 1 581.36 | 0.0113 16859447

HT [0.365 | 29 1.5 552.59 | 0.0203 16025256 1⁄4 0.175 | 17.5 1 264.94 | 0.0255 7683342

2 1⁄2 0.476 | 12.5 3 720.6 |6.7x10” |20898690

x, 0.277 | 30 3 419.36 | 0.0276 12161632

HT |026 | 33 3.5 393.63 | 0.0324 14415251 1⁄4 0.45 |10 3 681.28 | 5.67x10° | 19757165

3 % 0.737 | 19 1.8 1115.78] 6.58x10° | 32357846

x, 0.57 | 26 4 863 0.01165 | 25022742

HT [0.587 [30 3 888.69 | 0.013 25772124

Ta có bảng giá trị trung bình:

Độ

Van | (emH20) | (emH20) | (cm/s)

4

⁄4 9.166667 | 1.333333 673.74 | 0.01039 | 19537641

⁄ 12.83333 | 1.933333 | 885.6467 | 0.004427 | 25684315

% 26.66667 | 2.666667 621.24 | 0.01685 | 18014607

HT | 30.66667 | 2.666667 | 611.6367| 0.0219 | 18737544

b Đối với ống B ( d=0.022m)

Lan |Độ |Q

Nghiệm Van 3 {emH20) | (cmH2O) | (cm)

1⁄4 0.215 |1 0 5656 |5.I8xI0? | 12443022

1 1⁄2 0.33 |6.5 1 868.1 | 0.022 19098593

⁄ 0.2 |18 0 526.13 |0.01 11574904

HT [0.227 | 25.5 1 597.16 | 0.0125 13137517 1⁄4 0.185 | 14 0 486.67 | 8.438x10” | 10706787

2 1⁄2 0.201 |9 0 528.76 | 0.005 11632779

x, 0.218 | 25 1 573.483 | 0.0127 12616646

HT |027 |26 0 713.28 |0.01 15626121 1⁄4 0.1 |0.5 0 263.06 |0.00056 | 5787452

3 1⁄2 0.163 | 19 1 428.79 | 0.013 9433547

⁄ 0.28 | 19.5 2 736.58 | 0.0077 16204866

HT | 0.246 | 23.5 0 647.14 | 0.01 14237133

Ta có bảng giá trị trung bình

Độ

Van | (emH20) | (emH20) | (cm/s)

3

“| 5.166667 0 | 438.4433 | 0.003172 | 9645754

⁄ 11.5 | 0.666667 | 608.55 | 0.013333 | 13388306

% | 20.83333 1 612.0643 | 0.010133 | 13465472

HT 25 | 0.333333 | 652.5267 | 0.010833 | 14333590

c Độ mở đối với ống C (d= 0.017):

Lan |Độ |Q

1⁄4 0.241 |2 0 1061.7 |0.00043 | 18050042

1 1⁄2 0.279 |5 1 1229.2 | 0.00092 |20896107

%⁄ 0.338 |14 2 1489.1 | 0.00213 |25314998 HT | 0.308 | 18.5 1 1356.9 | 0.00309 | 23068104 1⁄4 028 |0 0.5 1233.6 |0.00092_ | 20971004

2 1⁄2 0.109 |2 1.5 480.2 | 0.00094 _| 8163712

%⁄ 0.199 | 13.5 4 876.7 | 0.0035 14904392

HT [0.326 |29 1 1436 | 0.00457 |24416240 1⁄4 0.15 |6.5 0.5 660.8 |0.00222 | 11234466

3 1⁄2 0.107 |3 0 4714 [0.00144 [8013919

% 0.241 | 11 1 1061.7 | 0.00248 | 18050042

HT | 0.588 | 20 1 2590.5 | 0.0018 44039108

Ta có bảng giá trị trung bình:

Độ

Van | (emH20) | (emH20) | (cm/s)

2

“4 | 2.833333 | 0.333333 | 985.3667 | 0.00119 | 16751837

⁄2 | 3.333333 | 0.833333 | 726.9333 | 0.0011 | 12357913

“% | 12.83333 | 2.333333 | 1142.5 | 0.002703 | 19423144

HT 22.5 1 | 1794.467 | 0.003153 | 30507817

d Độ mở đối với ống D (đ=0.0135)

Lan |Độ |Q

Nghiệm Van I {emH20) | (cmH20)| (cm/s)

1⁄4 0.195 |1 9.8 1362.3 | 0.0013 18391237

1 1⁄2 0.183 |1 1 1278.5 | 0.00014 | 17259469

%⁄ 0.183 |1 1.2 1278.5 |0.00017 | 17259469

HT |026 |4 1.2 1816.4 [9.9x10° |24521650 1⁄4 0.39 [1 0.2 2724.6 |6.6x10° |3678247ã

2 % 0.143 | 2 1 999 0.00036 _| 13486907

%⁄ 0.147 |2 0 1027 |3.5x1I0” |13864163

HT |0228 |5 0.8 1592.8 |5.6x10? |21503601 1⁄4 0.374 |5 0 2612.8 [3.44x107 | 35273451

3 1⁄2 0.174 |1 0 1215.6 [1.48x10~ | 16410643

% 0.208 | 1 0 1453.13] 1.24x107 | 19617320

HT {0.32 [1 0 2235.6 |8.05x10° | 30180492

Ta có bảng giá trị trung bình :

Độ

Van | (emH20) | (emH20) | (cm/s)

⁄” 2.333333 | 3.333333 | 2233.233 | 0.00057 | 30149054

⁄ 1.333333 | 0.666667 | 1164.367 | 0.000216 | 15719006

⁄ 1.333333 0.4 | 1252.877 | 0.000215 | 16913651

HT | 3.333333 | 0.666667 | 1881.6 | 0.000247 | 25401914

G thi nghiém 1 tinh lưu lượng dựa vào công thức Q=wit 1/s

w: là thể tích nước mat di 1

t: là thời gian s

Các đại lượng Re Cm Cv ƒ được tính theo những công thức sau:

váp _ 4Q do _ 40p

Re=——= se

mu amd uw mdu

Trong đó : d :đường kính ống.m ( 0.04m)

v: vận tốc dòng chảy m/s

ø: khối lượng riêng của chất lỏng kg/m” (1000 g/l) ụ: độ nhớt động học ( 10 Pa.s)

Dựa vào công thức : ƒ =C AP 28

(l-f")

2gAP > [2gAP

Trong đó: B= 17/40 = 0.425

AP_ LV?

— = f-——

Xác định hệ số ma sát ƒˆ 77, =

AP D2g

PS LV?

>/=

VI Vẽ đồ thị

ke peg en Ki a, 4, APm , APv ` Z

1 Lưu lượng Q đôi với hiệu sô thủy dau ap suat va —— qua mang chan

va Ong Venturi

Q-Pm

SS

#=—Q-Pv

2 Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo Re:

° a —-2-Cm

10000000 20000000 30000000 40000000

3 Thừa số ma sát theo Re:

a Đối với ống A:

0.025

0.02

0.015

——=(Í

0.01

0.005

10000000 20000000 30000000 40000000

b Đối với ống B:

0.014

0.012

0.01

0.008

0.004

0.002

10000000 20000000 30000000 40000000

c Déi voi ống C:

0.0035

0.003

0.0025

0.002

ai

0.0015

0.001

0.0005

10000000 20000000 30000000 40000000

d Đối với ống D:

0.0006

0.0005

0.0004

0.0003

——:i

0.0002

0.0001

10000000 20000000 30000000 40000000

VII Bàn luận:

1 Nhận xét các giản đồ và so sánh kết quả:

a Thí nghiệm I: Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo chế độ chảy (Re):

Theo lý thuyết, với đường kính lỗ và đường kính lỗ màng( venture)

bằng nhau nên ở công thức:

AP.2g

V=C

(1-8)

Có: B và Vạ bằng nhau Do đó C tỉ lệ với AP

Cấu tạo của màn chắn và venture là khác nhau Màng chắn thay đổi kích thước đột ngột hơn nên ton thất áp suất lớn hơn Venturi => Cm < Cv

Vì thế kết quả thí nghiệm trên là đúng

Sự phụ thuộc của Cm và Cv theo Re: theo phương trình trên, hệ số lưu lượng tỉ lệ thuận với vận tốc dòng chảy và tỉ lệ nghịch với AP Mà, Re tăng kéo theo AP tăng, do đó C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay ít của Re và AP

So sánh lưu lượng kế và màng venture: do APm> APv nên khi sử dụng lưu lượng kế venture sẽ cho kết quả chính xác hơn

Thí nghiệm 2: Hệ số ma sát ƒ theo chế độ chảy Re cho ống A, B, C, D: Theo lý thuyết:

e Khu vue chay tang: f=f\(Re)

e_ Khu vực chảy rối thanh tron: f=f,(Re)

e_ Khu vực quá độ từ chảy rối thành trơn sang chảy rối thành nhám :

f=f;( Re,A/d)

e Khu vực chảy với thành nhám hoàn toàn: f=f; ( A/d)

« Tỉ sốp không đổi thì đường biểu diễn f sẽ không phụ thuộc chiều dài

ông

Theo thực nghiệm:

Chiều dài Ống ảnh hưởng đến f Điều này có thể giải thích là do độ nhám

của ống không đồng đều, không suốt chiều dài Ống, có thé là do đóng cặn bên trong đường ống