TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM VÀ MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO THỰC HÀNH KỸ THUẬT THỰC PHẨM 1 ĐỀ TÀI MẠCH LƯU CHẤT Giảng viên hướng dẫn TS Đỗ Đình Nhật Lớp 20DTP1A Trương Thị Hồng Thắm.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM VÀ MÔI TRƯỜNG
BÁO CÁO THỰC HÀNH
KỸ THUẬT THỰC PHẨM 1
ĐỀ TÀI: MẠCH LƯU CHẤT
Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Đình Nhật
Lớp 20DTP1A Trương Thị Hồng Thắm – 2000006495 Ngô Thị Ngọc Hân – 2000003056
Tp.HCM, tháng 9 năm 2022
Trang 21 TRÍCH YẾU
1.1 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
Thí nghiệm 1: Hệ số lưu lượng kế của màng chắn (Cm) và venturi (Cv) với các
độ chảy khác nhau
Thí nghiệm 2: Hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống 13cm, 21cm và 27cm
1.2 Phương pháp thí nghiệm
Thí nghiệm 1: cho dòng chảy lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng kế màng chắn, venture và pinto Chỉnh van lưu lượng kế để thay đổi lưu lượng dòng chảy đọc tổn thất cột áp ứng với từng giá trị lưu lượng
Thí nghiệm 2: cho dòng lưu chất chảy lần lượt qua ống 13cm, 21cm và 27cm Chỉnh van lưu lượng kế để thay đổi lưu lượng dòng chảy, đọc tổn thất cột áp của ống
1.3 Kết quả thí nghiệm.
Thí nghiệm 1:
Q(l/ph) rPm (cm
H2O)
rPv (cm H2O)
rPp (cm H2O)
Lần 1
Trang 3Q(l/ph) rPm (cm
H2O)
rPv (cm H2O)
rPp (cm H2O)
Lần 2
Q(l/ph) rPm (cm
H2O)
rPv (cm H2O)
rPp (cm H2O)
Lần 3
Bảng trung bình:
H2O)
Thí nghiệm 2:
Trang 42 18.7 0 0.4 0.6
rP ống 13cm rP ống
21cm
rP ống 13cm rP ống
21cm
rP ống 13cm rP ống
21cm
rP ống 27cm nhám (cmH2O)
Lần 2
27cm trơn (cm H2O)
rP ống 27cm nhám (cmH2O)
Lần 3
rP ống 27cm nhám (cmH2O)
rP ống 27cm trơn (cm H2O) Q(l/ph)
Lần 1
27cm trơn (cm H2O)
Trang 51 2
v v
v v
1.4 Nhận xét kết quả thí nghiệm.
2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
2.1 Lưu lượng kế màng chắn và venturi:
Nguyên tắc: do sự giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua dụng cụ để xác định lưu lượng
Ống Venturi Màng chắn
Vân tốc trung bình ở vị trí (2) được tính từ công thức tổng kê năng lượng:
V =C ×√γ ×(1−β 2 g ∆ P4
) Trong đó:
C: hệ số của màng chắn và venturi, phụ thuộc vào chế độ nhảy (Re)
P: độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi, N/m2
γ : trọng lượng riêng cua lưu chất, N/m3
β= d 2
d 1 : tỉ số đường kính cổ venturi hay lỗ màng chắn trên đường kính ống
Do đó lưu lượng qua màng chắn hay venturi:
Q= V2A2 =V1A1
Trang 61 2
v v
v v
2.2 Tổn thất năng lượng do sự chảy trong ống dẫn.
Khi lưu chất chảy trong ống, xảy ra hiện tượng mất năng lượng do ma sát ở thành ống và do trở lực cục bộ tại những vị trí có tiết diện ống thay đổi, thay đổi hướng dòng chảy
Tổn thất do ma sát:
Từ phương trình Bernoulli ta có:
(−∆ P)
ρgg +
∆(α V2)
2 g +∆ Z + H f=0
Vì ∆(α V2)
2 g =0 và ∆ Z=0 => H f= (∆ P)
ρgg
Tổn thất cục bộ:
Là tổn thất năng lượng do trở lực cục bộ như sự thay đổi tiết diện chảy, hướng chảy bị cản trở bởi van, ống nối, chỗ đột ngột mở hay đột ngột thu
3 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM.
3.1 Dụng cụ và thiết bị:
Một hệ thống ống dẫn và van có kích thước khác nhau, lắp đặt như trong tài liệu hướng dẫn
Lưu lượng kế
3.2 Phương pháp thí nghiệm:
4 TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
Trang 74.1 Kết quả tính toán:
Hệ số lưu lượng kế màng chắn và venture:
rPm/ρg g
Thừa số ma sát trong ống dẫn 13cm
Ống 13cm (l=1,49m)
Thừa số ma sát trong ống dẫn đường kính 21cm
Ống 21cm (l=1,45m)
Thừa số ma sát trong ống dẫn đường kính 27cm trơn
Trang 8rP ống Q v Re f
Ống 27cm (l=1,48m)
Thừa số ma sát trong ống dẫn đường kính 27cm nhám
Ống 27cm (l=1,5m)
4.2 Đồ thị
Giản đồ thể hiện mối quan hệ của lưu lượng Q đối với hiệu số thủy đầu áp suất
∆ Pm
ρgg ; ∆ Pv ρgg qua màng chắn, ống venturi
Trang 90.000000 2.000000 4.000000 6.000000 8.000000 10.000000 12.000000 0.000000
0.050000
0.100000
0.150000
0.200000
0.250000
0.300000
Mối quan hệ giữa Pm và Q qua màng chắn
Q(m3/s)
0.000000 2.000000 4.000000 6.000000 8.000000 10.000000 0.000000
0.005000
0.010000
0.015000
0.020000
0.025000
0.030000
0.035000
Mối quan hệ giữa Pv và Q qua ống venture
Q(m3/s)
Giản đồ thể hiện mối quan hệ hệ số lưu lượng kế Cm, Cv theo Re
0.000000
0.050000
0.100000
0.150000
0.200000
0.250000
Mối quan hệ giữa hệ số lưu lượng kế Cm và Re
Re
Trang 100.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00
0.000000
0.050000
0.100000
0.150000
0.200000
0.250000
0.300000
0.350000
0.400000
Mối quan hệ giữa hệ số lưu lượng kế Cv theo Re
Re
Thừa số ma sát f theo Re ở ống 13cm
200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00 1400.00 1600.00 1800.00 2000.00 0.00
10000.00
20000.00
30000.00
40000.00
50000.00
60000.00
Thừa số ma sát f theo Re ở ống 13
Re
Thừa số ma sát f theo Re ở ống 21cm
200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00 1000.001100.001200.00 0.00
500.00
1000.00
1500.00
2000.00
2500.00
3000.00
3500.00
Thừa số ma sát f theo Re ở ống 21
Re
Trang 11Thừa số ma sát f theo Re ở ống 27cm trơn.
100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00 0.00
5000.00 10000.00 15000.00 20000.00 25000.00 30000.00 35000.00 40000.00 45000.00
Thừa số ma sát f theo Re ở ống 27 trơn
Re
Thừa số ma sát f theo Re ở ống 27cm nhám
100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00 0.00
10000.00 20000.00 30000.00 40000.00 50000.00 60000.00 70000.00
Thừa số ma sát f theo Re ở ống 27 nhám
Re
5 BÀN LUẬN VÀ TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu 1: nêu các phương pháp làm giảm trở lực đường ống dẫn.
1- Giảm L bằng cách chọn đường ống ngắn nhất
2- Tăng D Vì trở lực do ma sát tỷ lệ nghịch với D5 nên khi tăng D ít thì DPm giảm rất nhiều Tuy nhiên, D tăng thì giá cả tăng nên cần chọn D thích hợp
3- Giảm l
Trang 12+ Hệ số trở lực l tỷ lệ thuận với m Chất lỏng muốn giảm trở lực thì tăng nhiệt độ Mà tăng nhiệt độ quá cao thì sẽ tạo bọt trong chất lỏng, gây va đập thủy lực nên làm tăng trở lực, cho nên cũng cần chọn nhiệt độ thích hợp
+ Hệ số trở lực l còn phụ thuộc độ nhám của thành ống Do đó cần tìm cách
giảm độ nhám trong ống Giảm x bằng cách chọn các dạng ống, van (và độ mở của van), vòi thích hợp
Câu 2: nêu các đặc điểm của áp suất thủy tĩnh
Áp suất thủy tĩnh được định nghĩa là lực pháp tuyến tác dụng lên một đơn vi
diện tích
Xét lực pháp tuyến ∆F trên vi phận diện tích ∆A bao quanh điểm đang xét
Áp suất trung bình: p= ∆ F
∆ A
Áp suất tại một điểm: p= lim
∆ A → 0
∆ F
∆ A
Áp suất thủy tĩnh có 2 tính chất:
1- Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực và hướng vào bên
trong diện tích ấy
2- Trị số áp suất thủy tĩnh tại một điểm bất kỳ không phụ thuộc hướng đặt của diện
tích chịu lực tại điểm này
Câu 3: hiện tượng xâm thực là gì? Nguyên nhân và tác hại của nó ra sao?
Hiện tượng xâm thực
Khi làm việc chất lỏng chuyển động vào miệng bơm phía trước guồng động là nơi có áp suất tuyệt đối thấp Nếu áp suất ở đây đạt dưới áp suất sôi ở nhiệt độ làm việc thì chất lỏng sẽ chuyển sang thể hơi, đồng thơi các khí hòa tan cũng tách ra khỏi chất lỏng tiếp đó chất lỏng vào guồng rồi sẽ lên ống đẩy
Trang 13Nhưng áp không cố định mà luôn luôn tăng Áp suất tăng, hơi sẽ ngưng tụ và khí hòa tan Phần thể tích của bóng hơi và khí sẽ bị chất lỏng dồn vào nhanh chóng đạt áp suất khoảng
100 – 1000at Hiện tượng đó tạo ra va đập thủy lực, bào mòn những phần kim loại có cấu tạo không chắc, gây sự ăn mòn và
Cách khắc phục
1 Giới hạn chiều cao hút của bơm
2 Xét nhiệt hóa hơi nơi đặt bơm phù hợp chưa
3 Giảm thiểu tối đa trở lực trên đường ống hút
4 Tăng áp lực hút bằng cách giảm chiều cao miệng hút của bơm
5 Làm cạnh tròn ở những phần nhô lên, mép vào của cánh guồng nên làm tròn và mỏng
6 Ống hút nên làm rộng, ngắn, ít chỗ võng
7 Không cho chạy quá tải 25% lưu lượng cho phép.iện hóa học
Câu 4: chiều dài tương đương của van cút, tê hay chỗ có trở lực cục bộ được định nghĩa như thế nào?
Chiều dài tương đương được định nghĩa như chiều dài của một đoạn ống thẳng có cùng tổn thất năng lượng tại van, cút trong điều kiện như nhau
Câu 5: các số liệu đo được được trong thí nghiệm này cũng như dòng chảy của lưu chất có ổn định không? Tại sao?
Dòng chảy của lưu chất không ổn định vì lưu lượng do bơm cung cấp không đều, nhiệt độ thí nghiệm của lưu chất thay đổi
Câu 6: nguyên tắc đo lượng của lưu lượng kế màng chắn và venturi? Đây là phép đo trực tiếp hay gián tiếp?
-Nguyên tắc chung của hai dụng cụ này là dùng sự giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua chúng để đo lưu lượng
Vận tốc trung bình ở vị trí sau ống được tính theo công thức tổng kê năng lượng:
Trang 14V2=C √ ∆ P
γ (1−β4
) Trong đó:
C: hệ số của màng chắn và venturi, tùy thuộc vào chế độ chảy Re
∆P: Độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi, N/m2
g: Trọng lượng riêng của lưu chất, N/m3
β: Tỉ số giữa đường kính cổ venturi hay đường kính lỗ màng chắn trên
đường kính ống
Do đó lưu lượng qua màng chắn hay qua venturi:
Q = V2A2 = V1A1
-Phép đo lưu lượng này là phép đo gián tiếp thông qua độ giảm áp của cột nước
Câu 7: có mấy loại van? Vẽ đặc tuyến riêng của vài loại van sử dụng trong hệ thống cấp thoát nước đã học hoặc đã biết?
Các loại
Câu 8: cho biết các công thức tính hệ số ma sát phụ thuộc vào Re?
Hệ số ma sát l phụ thuộc vào chế độ chuyển động của chất lỏng và độ nhám của thành ống dẫn
Chế độ chảy màng (Re < 2320) :
Trang 15Đối với ống thẳng thì hệ số ma sát không phụ thuộc vào độ nhám mà chỉ phụ thuộc vào chế độ chuyển động và hình dạng mặt cắt ngang của ống
λ=ℜA
A: hệ số phụ thuộc hình dạng mặt cắt ngang của ống
Nếu là hình tròn thì A = 64
Chế độ chảy quá độ (2320 < Re < 4000) :
Hệ số ma sát được tính theo công thức thực nghiệm của Braziut:
Re = 0 ,3164 / Re0,025
Chế độ chảy xoáy (Re ³ 4000) :
Re giới hạn trên: ℜgh ≈ 6 ( d t đ
ε )8/7
Re khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: ℜn=220(d t đ
ε )9/8 Khu vực nhẵn thủy lực:
Khi 4000 < Re < Regh:λ= 1
¿ ¿
Khu vực nhám:
Khi Re > Ren:λ=
1
[1,14+21 g( d t đ
ε )]
Khu vực quá độ:
Khi Regh< Re < Ren:λ ≈ 0,1¿
Với d ε
t đ = 0,00008 – 0,0125
Với chế độ chảy xoáy ta có thể sử dụng công thức sau để tính hệ số ma sát cho cả 3 khu vực:
Trang 16√λ=−2lg[(6,8 ℜ)0,9+∆/ 3,7]
Trong đó:
∆= ε
d t đ: độ nhám tương đối
Câu 9: cho biết các công thức hệ số lưu lượng của lưu chất qua lỗ bình hay từ các bồn chứa cao vị
Q=C V C C √ 2 g( H−h f)
Hệ số lưu lượng : Cd = Cc Cv (Cd< 1)
Đối với chất lỏng có độ nhớt bé (như xăng, dầu lửa, nước,…) ta có thể chọn:
Cc = 0,63 ; Cv = 0,97 và Cd = 0.61
Đối với nước chảy qua lỗ tròn thành mỏng d ≥1cm, khi Re > 105 với H ≥ 2m thì:
Cc = (0,63 ¸ 0,64) ; Cv = (0,97 ¸ 0,98) ; Cd = (0,60 ¸ 0,62)
Tất cả các hệ số dòng chảy như CC, CV, Cd đều phụ thuộc vào Re
Khi: ℜH=√ 2 g H d
v
>10000 thì: C d=0,592+ 5,5
√ ℜ H
Câu 10: định nghĩa độ dốc thủy lực
Độ dốc thủy lực là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ giảm sút năng lượng của dòng chảy ống dẫn và được xác định bởi tỷ số giữa chênh lệch năng lượng dòng chảy ở 2 đầu đoạn ống dẫn và chiều dài đoạn ống dẫn đó
J= dE
dl
J:độ dốc thủy lực
dE: chệnh lệch năng lượng dòng chảy giữa 2 mặt cắt
Trang 17dl: chiều dài ống dẫn giữa 2 mặt cắt
Câu 11: dựa vào cấu tạo của lưu lượng kế màng chắn và venturi, cho biết hệ số lưu lượng cái nào lớn hơn? Tại sao?
Do ventury co hẹp dần, màng chắn co hẹp đột ngột nên hệ số lưu lượng của ventury lớn hơn của màng chắn
Câu 12: ngoài màng chắn và venturi còn có lưu lượng kế nào khác không? Nêu tên
và phạm vi ứng dụng của chúng.
Theo độ chênh lệch áp suất biến thiên: màng tiết lưu (gồm màng tiết lưu chuẩn và phi tiêu chuẩn), van tiết lưu, ống tiết lưu (ống tròn đều, ống ventury)
Theo độ chênh lệch áp suất không đổi: loại thường (dùng phao, ratomet thủy tĩnh), ratomet vi sai, ratomet từ và khí nén
Theo vận tốc dòng chảy: lưu tốc kế (kiểu tuabin, cảm ứng điện từ, nhiệt điện trở cầm tay), ống lưu tốc, bánh xe lăn
Theo phương pháp thể tích: lưu lượng kế (kiểu buồng, kiểu bánh răng, kiểu pittong) dùng bình định lượng
Câu 13: so sánh độ chính xác của 2 loại lưu lượng kế màng chắn và ventury Giải thích
Câu 14: việc thiết lập công thức xác định tổn thất ma sát theo quãng đường dựa vào
lý thuyết nào? Trình bày nội dung của nguyên lý đó.
Chế độ chảy tầng: công thức xác định tổn thất ma sát theo quãng đường được thiết lập dựa trên:
1 Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng (phương trình Bernoulli)
2 Đinh luật cơ học I của Newton (dòng chảy đều trong ống thì tổng các lực tác dụng bằng 0)
Trang 18Chế độ chảy rối: công thức xác định tổn thất ma sát theo quãng đường được thiết lập dựa vào thực nghiệm và dùng phương pháp phân tích thứ nguyên
Nguyên tắc đồng nhất về thứ nguyên của Fourier: một phương trình biểu thị một mối quan hệ vật lý nào đó giữa một số đại lượng phải đồng nhất về thứ nguyên, tức là thứ nguyên của mỗi vế của phương trình phải như nhau
Định lý (Buckingham):
Một quy luật vật lý được biểu thị bằng hàm quan hệ giữa n các đại lượng có thứ nguyên, trong đó có k đại lượng có thứ nguyên độc lập, thì quy luật vật lý đó cũng có thể được biểu thị bằng hàm quan hệ giữa s = n – k các đại lượng vô thứ nguyên pi
