BÁO cáo THỰC HÀNH bài 1 MẠCH lưu CHẤT

 Mô hình thí nghiệm này thiết kế cho phép nghiên cứu chi tiết tổn thất cột áp c a ủlưu chất xuất hiện khi một dòng lưu chất không nén được chuyển động qua ống, các co nối, các van, các

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

BÀI 1 MẠCH LƯU CHẤT

I GIỚI THI U: Ệ

 Khi chất lỏng không nén được chảy qua các ống, các loại khớp nối, van hay các thiết bị đo đều b t n thị ổ ất áp su (năng lượng) điều này sẽ làm tăng năng lượất ng cần thiết đ v n chuy n chể ậ ể ất lỏng Do đó, khi tính toán, thiế ế và lựa chọn các t kthiết bị v n chuy n chậ ể ấ ỏng ta pht l ải tính toán được các tổn thất này

 Mô hình thí nghiệm này thiết kế cho phép nghiên cứu chi tiết tổn thất cột áp c a ủlưu chất xuất hiện khi một dòng lưu chất không nén được chuyển động qua ống, các co nối, các van, các thiết bị đo lượng

 Trở lực ma sát trong ống thẳng của các ống khác nhau có thể được nghiên cứu trong khoảng chu n sẩ ố Reynolds t 10 ừ 3đến g n 10ầ 5, do đó đi từ chế độ chả ấy t ng đến rối trong ống trơn Một thí nghiệm khác được thực hiện trên ống nhám để so sánh sự khác nhau về độ nhám củ ổng trên cùng một kích thướ ống, cũng như ởa c khoảng chu n sẩ ố Reynolds cao hơn, Cùng với nó, việc khảo sát trở ực qua van, lviệc đo lưu lượng qua màn chắn, ống Ventury cũng được thực hiện

II M ỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:

- Thí nghiệm 1:Xác định mối quan hệ giữa tổn thất áp suất do ma sát và vận tốc

của nư c chảy bên trong ống trơn và xác định hệ số ma sát f ớ

- Thí nghiệm 2 :Xác định trở lực cục bộ của co, van, đột thu, đột mở

- Thí nghiệm 3: Xác định hệ số lưu lượng của các dụng cụ đo (màng chắn,

Ventury) và ứng dụng việc đo độ chênh áp trong việc đo lưu lượng và vận tốc c a ủnước trong ống dẫn

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Trở lực ma sát

 Trở lực do ma sát của chất lỏng lên thành ống là trở ực gây ra do sự l ma sát do sự phụ thu c vận tộ ốc dòng chảy W, đường kính d, chiều dài ống dẫn , độ nhớt, khối lượng riêng và độ nhám tương đối của ống

=

Trong đó :

V : vận t c chuyố ển động của lưu chất trong ống (m/s)

 : khối lượng riêng của lưu chất (kg/m ) 3

: độ nhớ ột đ ng lực h c của lưu chất, Pa.s (kg/(m/s)) ọ

f=

Re 64

Chảy quá

độ

4000Re

2300  Hệ s số ức cản tang dần nhưng

độ nhám của ống vẫn chưa ảnh hưởng đến giá trị f

25 , 0 Re

3164 , 0

4000  Màng chảy dòng thành ống

tương đối dày, phủ kín được những gờ nhám Hệ số f vẫn chưa chị ảnh hưởu ng của đ ộnhám

2

5 , 1 log(Re) 8 , 1

mà phụ thuộc vào độ nhám tương đối n củ ốa ng

2 11 , 1

7 , 3 log 8 , 1

3.2 Trở lực cục bộ

 Trở lực cục bộ là trở lực do chất lỏng thay đổi hướng chuyển động, thay đổi vận

tốc do thay đổi hình dáng tiết diện ng dố ẫn như: đột thu, đột mở, chổ cong, van,

khớp nố i,

 Công thức:

g

v k

h m

2

2

 (k là hệ ố trở ực c c b s l ụ ộ)

3.3 Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên

 Lưu lượng k ế màng chắn và Ventury

Màng chắn và Ventury là 2 dụng cụ dùng để đo lưu lượng dựa vào nguyên tắc khi dòng lưu chất qua tiết diện thu hẹp đột ngột thì xuất hiện độ chênh áp suất trước mà sau tiết diện thu h p ẹ

Hình 1.1.a C ấu tạo màng chắn Hình 1.1.b C ấu tạo màng chắn

Áp dụng phương trình Bernoloulli ta có mỗi quan hệ giữa lưu lượng và tổn thất áp suất qua màng chắn, Ventury theo công thức:

V: lưu lượng của dòng chảy, m3/s

C: hệ s hi u ch nh, Cố ệ ỉ m cho màng chắn, C cho ventury v

- Kiểm tra nước trong b n chồ ứa, nước ph i chiả ếm ¾ bồn, nạp thêm nếu c n ầ

- M t t cở ấ ả các van, bật bơm cho nước vào hệ thống, đợi khoảng 2-3 phút để nước chảy

ổn định và đuổi hết bọt khí ra ngoài

- Trong quá trình làm thí nghiệm, đóng tất cả các van không cần thiết ( trừ van điều chỉnh lưu lượng) chỉ mở những van trên đường ống khảo sát

4.2 Lưu ý

- Kiểm tra cột nước ở các nhánh áp kế chữ U cho b ng nhau.ằ

- Mở bơm , kiểm tra sự rò rỉ ủa hệ thố c ng Ki m tra sể ự dâng nước ở các nhánh áp kế,nếu nhánh nào dâng quá cao và nhanh cần tắt ngay bơm

4.3 Tiến hành thí nghiệm

4.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống

 Tiến hành trên ống trơn  16

 Mở hoàn toàn van lưu lượng k ế

 Mở hoàn toàn van trên ống trơn  16

 Mở bơm

 Điều chỉnh lưu lượng 5 mở ức khác nhau

 ứng với mỗi mức lưu lượng đọc đ ộchênh áp, ghi nhận kết qu ả

 Lặp lại thí nghiệm với ống 21, 27(trơn), 27(nhám)

4.3.1 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ

 Tiến hành ở vị trí đột thu

 Mở hoàn toàn van lưu lượng kế

 Mở hoàn toàn van trên ống có vị trí đột thu

 Tiến hành với van 5

 Mở hoàn toàn van lưu lượng kế

 Mở hoàn toàn van 5

 Mở bơm

 Điều chỉnh độ ở m van 5 m c mở ứ ở hoàn toàn, ¾, ½, ¼ ghi nhận kết quả

4.3.2 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp

 Mở hoàn toàn van lưu lượng kế

 Mở hoàn toàn van trên ống  16, 21,27(trơn)

 Mở bơm

 Điều chỉnh lưu lượng b ng van ằ ở các mức lưu lượng khác nhau

 Ứng v i mớ ỗi mức lưu lượng ghi nhận kết quả

Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp.

STT Dụng cụ đo Lưu Lượng

(l/phut)

Tổn th t as thấ ực tế(cmH2O)

= 0.8937 Pa.s (𝜇 𝑚×s 𝐾𝑔 ; 𝜌=1000( kg/m3)

Ta có: : 4000≤Re≤10000 => flt = 8∗log Re 52

= ( 8×log 8958 .5 2 =0.026

Ta thấy v n tậ ốc tăng từ V= 0.8497( m/s) đến V = 2.5478 ( m/s) thì tổn thất cột áp tăng

từ 0.15 (mH2O) đến 0.33(mH2O) và ngược lại.Vì trong quá trình lưu chất chuyển động trong đường ống dẫn có sư ma sát giữa chất lỏng với thành ống dẫn và phụ thu c vào vận ộ

tốc của dòng chảy.Nếu nếu vận tốc chuyển động của chất lỏng càng nhanh thì trở lực ma sát càng lớn gây ra tổn thất c t áp lộ ớn

Trường h p ợ : d= 0.021

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

- Bảng1.2 : các đại lƣợng trở lực ma sát của ống trơn 27

0.4824 11335 0.013 0.03 0.016 0.02 2×10-4

thất cột áp tăng từ 0.003 (mH2O) đến 0.018 (mH2O) và ngược lại.Vì trong quá

trình lưu chất chuyển động trong đường ống dẫn có sư ma sát giữa chất lỏng v i ớthành ống dẫn và phụ thuộc vào vận tốc của dòng chảy.Nếu nếu vận tốc chuyển động của chất lỏng càng nhanh thì trở lực ma sát càng lớn gây ra tổn thất cột áp lớn

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

động của chất lỏng càng nhanh thì trở lực ma sát càng lớn gây ra tổn thất c t áp ộlớn.Đố ới v i ống nhám thì vận tốc

chuyển động nhanh hơn ống 17 và 27 suy ra tổn thấ ột áp cũng nhiều hơn.t c

60 000

Q(m3/s) = 8

60 000 = 1.33×10-4(m /s) 3Vận tốc dòng lưu chất: V = 4 2

Hình 2.1: ĐỒ TH Ị BIỂU DIỄN QUAN H H S Ệ Ệ Ố TRỞ L ỰC CỤ C B Ộ THEO LƯU

đến 2×10-4thì tăng lên .Như vậ ệ ố trởlực c c bụ ộ và lưu lượng c ng ủ ảnh hưởng đến trở lực c c bụ ộ ủ c a đột mở và không theo quy luật nào.

Hình 2.3: ĐỒ TH BIỂU DIỊ ỄN QUAN HỆ HỆ SỐ TRỞ LỰC CỤC BỘ THEO LƯU

lực tăng ừ 1.8 đến 2 t 35 và sau đó trong kho ng ả lưu lượng1×10-4 đến 1.33×10-4thì hệ

số trở lực giảm xuống t 2.35 ừ đến 2.26 và từ khoảng lưu lượng1.67×10-4

đến 2×10-4thì tăng lên.Như vậy hệ số trở lực cục bộ và lưu lượng củng ảnh hưởng đến trở lực cục bộ của co nhưng không theo quy luật

Hình 2.8: ĐỒ TH BIỂU DIỊ ỄN QUAN HỆ HỆ SỐ TRỞ LỰC CỤC BỘ THEO LƯU

Mở ½

19.0000 19.5000 20.0000 20.5000 21.0000 21.5000 22.0000 22.5000 23.0000 23.5000

1.6.3 : Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp

Bảng 3.1: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp thực nghiệm

T ổn thất

áp suất màng

ch ắn(Pa)

Lưu lượng tín toán màng chắn

(m 3 /s)

T ổn thất áp

su ất

Venturi (Pa)

Lưu lượng

tín toán

Venturi (m 3 /s)

-Ventury và màng chắn có đường kính d=16mm, ống dẫn có đường kính d=21mm

Đổ ừ cmH O sang Pa: ?cmHi t 2 2O×98.1=?Pa => 4.5cmH2O= 441.45Pa

K= 2

2 2

10462.34

021.014.34

14

3  d     m2

A2 là tiết diện thu hẹp đột: A =2 4

2 2

100096.24

016.014.34

14

4

10 468 2 10

462 3

10 0096 2 1

10 0096

Hình 3.1: BIỂU ĐỒ BIỂU DI N MỄ ỐI QUAN HỆ GIỮA LƯU LƯỢNG TH ỰC TẾ VÀ

LƯU LƯỢNG LÝ THUYẾT THEO ĐỘ CHÊNH LỆCH ÁP SUẤT C ỦA ỐNG MÀN

CH ẮN

Hình 3.2: BIỂU ĐỒ BIỂU DI N MỄ ỐI QUAN HỆ GIỮA LƯU LƯỢNG TH ỰC TẾ VÀ

LƯU LƯỢNG LÝ THUYẾT THEO ĐỘ CHÊNH LỆCH ÁP SUẤT C ỦA ỐNG VENTURY

0 0.00005

29.43 0.243 0.0001 1×10-4

do chenh lech ap suat

Lưu lượng tính toán (m3/s)

lưu lượng thực tế

Từ biểu đồ trên ta thấy lưu lượng lý thuyết cao hơn thực tế khi cùng tăng độ chênh lệch áp suất.Lưu lượng lý thuyết tăng một cách đồng đều không biến động, còn lưu lượng thực tế lúc ban đầu lưu lượng giảm nhưng sau đó tăng dần

7 NHẬN XÉT VÀ BÀN LUẬN

Thí nghiệm 1:

- Hệ số ma sát thực nghiệm của ống 17 nh ỏ hơn hệ ố ma sát lý thuyết s

- Hệ số ma sát thực nghiệm của ống 27 nhỏ hơn hệ ố ma sát lý thuyết s

- Hệ số ma sát thực nghiệm của ống 27 ớn hơn hệ ố ma sát lý thuyết l s

- Theo lí thuyết thì f sẽ không phụ thuộc chiều dài

- Theo thực nghiệm: chiều dài ống, v n tậ ốc dòng chảy độ nhớt khối lượng riêng và độ nhám tương đối cũng ảnh hưởng đến trở lực ma sát Đều này có thể giải thích là do độ nhám của ống không đồng đều, có thể là do đóng cặn bên trong đường ống

- T n thổ ất cột áp và vậ ốc có mốn t i quan h l n nhau.N u v n t c chuyệ ẫ ế ậ ố ển động của chất lỏng càng nhanh thì trở ực ma sát cang lớn gây ra tổ l n thất cột áp lớn

- Hệ số lưu lượng tỉ lệ thuận với vận tốc dòng chảy và tỉ lệ nghịch với ∆P Mà, Re tăng kéo theo ∆P tăng, do đó C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay ít của

Re và ∆P So sánh lưu lượng kế và màng Ventury: do ΔPm>ΔPvnên khi sử ụng lưu dlượng kế Ventury sẽ cho kết quả chính xác hơn

- Lưu lượng thực tế và lưu lượng lí thuyết theo độ chênh áp suất có sự sai lệch do thao tác không chuẩn xác còn nhiều lỗi mắc phải đo có sự sai số,

- Cần phải điều ch nh sau cho chi u cao m c chỉ ề ự ất lỏng của hai nhánh áp kế U bằng nhau để tránh sai số và đo tổn thất áp suất chính xác nhất

 Nguyên nhân dẫn đến sự sai số đó có thể là do các nguyên nhân sau:

- Do thiết bị làm thí nghiệm

- Do người tiến hành thí nghiệm

- Các điều kiện khách quan của môi trường xung quang như là: nhiệt độ, độ ẩm của phòng thí nghiệm

- Ngoài ra thì việc tính toán lưu lượng bằng thủ công và lưu lượng xác định được trên máy cũng đã có một sự sai số không nhỏ

TÀI LIỆU THAM KH O Ả

[1] Khoa công nghệ hóa học , ĐH Công nghiệp Tp.HCM - Hướng d n thẫ ực hành

Quá trình và Thiết bị - NXB Lao động, 2012