Báo cáo thí nghiệm hóa lý bài 1

Nối các điểm nối sau van lưu lượng bộ phận thứ 11 với cửa vào inflow của tuyến đo lường số 1,2,3,4,5,6,hoặc 7 tương ứng với đối tượng đo lường thí nghiệm và nối cửa ra outflow của tuyến

BÀI THÍ NGHIỆM

XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT DƯ, CHÂN KHÔNG, TUYỆT ĐỐI - TLĐC01

I Nhiệm vụ:

1 Tính toán áp suất dư

2 Tính toán áp suất tuyệt đối

3 Tính toán áp suất chân không

4 Xác định trọng lượng riêng của chất lỏng

II Thiết bị thí nghiệm:

Thiết bị đo áp suất thủy tĩnh của chất lỏng có sơ đồ như sau:

hoặc hạ xuống bằng tay quay để tạo áp suất dư (nâng lên) hoặc áp suất chân không(hạ xuống)

III Các bước thí nghiệm:

Bước 1: Tạo áp suất dư.

1 Hạ bình A xuống thấp nhưng tránh tràn nước ra khỏi bình A, mở van K và đợi đến lúc mực nước ở 2 đầu ống 1-2 và 3-4 cân bằng nhau và mức chất lỏng cố định - lúc này

2 Khóa van K, quay tay quay để nâng bình A lên Chất lỏng chảy từ bình A qua bình B

trong bình A và B cân bằng nhau – lúc này mức chất lỏng trong ống 1-2 và 3-4 thay

không khí trong ống số 6, 1 và 3 Lúc này mức chất lỏng trong các ống 1-2 và 3-4 lần

lượt là: h1, h2, h3, h4 Đọc các trị số và lập bảng tính toán áp suất dư, dầu

Bước 2: Tạo áp chân không.

1 Giữ cố định vị trí bình A sau khi đọc các trị số h ở bước 1 Mở van K và đợi đến lúc

mực nước ở 2 đầu ống 1-2 và 3-4 cân bằng nhau và mức chất lỏng cố định - lúc này

2 Khóa van K, hạ bình A xuống thấp nhưng tránh tràn nước ra khỏi bình A Chất lỏng

Chờ đợi đến khi mực nước trong bình A và B cân bằng nhau – lúc này mức chất lỏng

trong ống 1-2 và 3-4 thay đổi do khối không khí đệm trong bình B giảm xuống và

truyền đi nguyên vẹn đến lớp không khí trong ống số 6, 1 và 3 Lúc này mức chất lỏng

trong các ống 1-2 và 3-4 lần lượt là: h1, h2, h3, h4 Đọc các trị số và lập bảng tính toán

áp suất chân không, dầu

Bước 3: Lặp lại 2 bước trên để thu thập các số thí nghiệm tiếp theo.

IV.Bản số liệu và các bước tính toán :

(mm)

h2

(mm)

h3

(mm)

h4

(mm)

∆h12

(mm)

∆h34

(mm)

(N/m²) (N/m³)

Nội dung và trình tự các bước tính toán : ;

Ta có :

∆h12=/h1-h2/ (m) ; ∆h34=/h3-h4/ (m)

P0=∆h12. nước (N/m²) ; với nước=9810 (N/m³)

dầu= P0/∆h34 (N/m³)

V Kết luận:

từ kết quả nhạn được,ta có dầu tb =9322.70(N/m³) và dầuthực theo lí thuyết

=8338.5(N/m³) Ta thấy có sự chênh lệch khá lớn ∆y =994.2(N/m³) chứng tỏ thí nghiệm chưa

thật sự chính xác sở dĩ như vậy do dụng cụ đo và thanh chia độ quá lơn l m sai s khi thí nghi m àm sai số khi thí nghiệm ố khi thí nghiệm ệm.

BÀI THÍ NGHIỆM

XÁC ĐỊNH TỔN THẤT VÀ LƯU LƯỢNG - TLĐC02

I Nhiệm vụ:

1 Tính toán tổn thất dọc đường và so sánh kết quả tính toán với số liệu đo lường

2 Tính toán tổn thất cục bộ (độ mở, đột thu, uốn cong…)

3 Đo lưu lượng bằng ống Pitô (Pitot), Venturri và so sánh với thực đo

4 Đo lưu lượng bằng lỗ, vòi và so sánh với kết quả thực đo

5 Tính toán độ chênh áp suất trong các mặt cắt ngang của ống Venturi và so sánh với kết quả thực đo

II Thiết bị thí nghiệm:

Thiết bị thí nghiệm thủy lực HM 112 (Hydrodynamics Trainer 112) cho phép sinh viên thí nghiệm đo lường dòng chảy và áp suất, cũng như định lượng những đặc tính tổn thất và áp suất của hệ thống ống Hình ảnh thiết bị như sau:

(Ghi chú: Hình ảnh trên chỉ là minh họa các bộ phận thiết bị, vị trí của bộ phận

thứ 11- van điều khiển lưu lượng vào (inflow) thực tế ở phía bên trái, trên hình ở bên phải).

Ống dây nối mềm đường kính lớn

Ống dây nối mềm đường kính nhỏ

Khay nhựa hứng chất lỏng Van điều khiển lưu lượng vào tuyến đo lường-Bộ phận thứ 11

III Mô tả chi tiết các bộ phận thiết bị

1.Các bộ phận thiết bị :

(Hình 2)

ấn vào sẽ tắt-rút ra mở mạch điện) và công tắc tắt mở bơm (công tắc màu đỏ bên trái))

lưu lượng có đơn vị l/min

áp suất

khi không thí nghiệm một thời gian dài

Van nghiêng để điều chỉnh lưu lượng qua tuyến đo lường số 1

Dòng chảy ra khỏi tuyến đo lường - Outflow

Dòng chảy vào tuyến đo lường - Inflow

2 Các đối tượng đo lường (thí nghiệm) và tuyến đo lường:

Các tuyến đo lường có thể hoán đổi:(bộ phận thứ 12) số thứ tự chính là số của tuyến đo lường.

measuarements objects) như ống Venturi, Pitot, van (van nghiêng, van màng chắn, van cầu v.v…) và lỗ vòi, bố trí ở vị trí như giới thiệu ở bộ phận thứ 12 hình

vẽ H.2)

Các tuyến đo lường gắn cố định:(bộ phận thứ 13)

(Trên tuyến đo lường thí nghiệm có đối tượng đo lường)

III Các bước thí nghiệm:

Bước1 Chọn đối tượng đo lường và lắp ráp tuyến đo lường.

Chọn đối tượng đo lường thí nghiệm (ống St, Cu, PVC, Venturi, Pitot v.v ) Nối các điểm nối sau van lưu lượng (bộ phận thứ 11) với cửa vào (inflow) của tuyến đo lường số 1,2,3,4,5,6,hoặc 7 tương ứng với đối tượng đo lường thí nghiệm và nối cửa ra (outflow) của tuyến đo lường số 1,2,3,4,5,6,hoặc 7 tương ứng với đường ống xả về thùng chứa bằng ống dây mềm (ống dây mềm có đường kính lớn nhất) Dùng 2, 3 khay nhựa đặt dưới các mặt cắt cần đo áp suất của tuyến đo lường nhằm mục đích hứng chất lỏng thừa chảy ra khi tháo lắp các khớp nối của dây mềm

Bước2 Nối các điểm đo áp suất với bộ phận đo áp suất.

Dùng các đoạn ống đây mềm (ống dây có đường kính nhỏ) để nối các điểm đo áp suất của đối tượng đo lường thí nghiệm với thiết bị đo áp suất (thiết bị số 8) Các đối tượng đo lường thí nghiệm đó có thể là 1 trong 7 đối tượng được nêu ở mục II.2 Một đầu của ống dây mềm nối tại lỗ của mặt cắt cần xác định áp suất thủy động của đối tượng đo lường thí nghiệm, đầu kia

sẽ nối vào lỗ của bộ phận đo áp suất (bộ phận thứ 8 như đã mô tả ở mục II.1-tùy bài thí nghiệm) Chú ý nối theo tuần tự (từ thượng lưu đến hạ lưu của đối tượng đo lường) các lỗ tại các mặt cắt cần đo áp suất với thứ tự các điểm đo của lỗ đo áp suất trên bộ phận đo áp suất

Cụ thể như sau:

Đối với các đoạn đo lường gắn cố định:

1) Khi đo tổn thất dọc đường qua tuyến đo lường số 2, 3, hoặc số 4 (St, Cu, PVC)

hoặc tổn thất cục bộ (mở rộng hoặc thu hẹp đột ngột) ở tuyến đo lường số 5 hoặc

số 6 thì ta dùng 2 đến 3 đoạn ống dây mềm Với đoạn ống dây mềm thứ nhất, một

đầu kia nối tại lỗ của điểm đo áp suất p1 của bộ cảm biến áp suất điện tử (bộ phận

thứ 8); tương tự với đoạn ống dây mềm thứ hai, một đầu nối với lỗ của mặt cắt hạ lưu (p2) của đối tượng đo lường thí nghiệm và đầu kia nối tại lỗ của điểm đo áp

hoặc đột thu thì dùng dây mềm thứ 3 nối với một điểm đo áp suất bất kỳ trên hệ

2) Khi đo tổn thất cục bộ trên tuyến ống uốn cong số 7 Dùng 6 đoạn ống dây nối

mềm để lần lượt nối các điểm cần đo áp suất trên các mặt cắt từ thượng lưu đến hạ

p5, p6, p7 của bộ cảm biến áp suất điện tử (bộ phận thứ 8)

3) Khi đo tổn thất cục bộ trên tuyến đo lường số 1 khi đối tượng đo lường là ống

Venturi Thao tác tương tự như ở bước 2.2 trên

Đối với các đoạn (tuyến) đo lường có thể hoán đổi:

4) Sau khi lắp đối tượng đo lường (đối tượng thí nghiệm) vào (tùy bài thí nghiệm mà

lắp đối tượng đó là Venturi, Pitot, van, vòi v.v

a Đối với ống Venturi: Xem bước 2.3 ở trên

b Đối với ống Pitot, van: Xem bước 2.1 ở trên

Bước3 Kiểm tra lại các điểm nối

Kiểm tra lại các điểm nối để tránh tia nước phun ra tại chỗ hở của các điểm nối làm hư hỏng thiết bị như máy tính v.v Kiểm tra theo chiều của dòng chảy đi từ van lưu lượng (bộ phận thứ 11) => ống dây mềm => tuyến đo lường => ống dây mềm; cũng như kiểm tra tất cả các điểm nối giũa 2 đầu các ống dây mềm nối các mặt cắt đo áp suất và các thiết bị đo áp suất (bộ phân thứ 6, 7 hoặc 8)

Bước4: Điều chỉnh các thông số trước khi thao tác thu thập số liệu thí nghiệm.

a Kiểm tra chất lỏng đầy trong thùng hay chưa? Nếu không đủ lượng chất lỏng trong thùng thì phải cung cấp chất lỏng vào (cho lượt thí nghiệm đầu tiên)

b Nếu đo áp suất bằng ống đo mức áp kế (manoneters):

I Thiết bị đo áp suất bằng 2 hoaawcj ống đo áp (bộ phận thứ 6) thì xem thêm chi tiết mục V.3

II Thiết bị đo áp suất bằng bộ cảm biến điện tử (bộ phận thứ 8) thì cem thêm chi tiết mục VII.2

Bước5 Vận hành hệ thống đo đạc

Tắt máy bơm nếu nó đang hoạt động Mở van điều chỉnh lưu lượng Q (bộ phận thứ 11) và van nghiêng trên tuyến đo lường số 1 (nếu thí nghiệm trên tuyến đo lường số 1) với góc mở nhỏ

đủ để chất lỏng sẽ lưu thông trong hệ thống Bật máy bơm trên hộp điện Sau khi được bơm,

mềm và chảy vào một trong 7 tuyến đo lường đã mô tả ở trên Trên mỗi tuyến đo lường ta có thể xác định áp suất tại lỗ của các mặt cắt của tuyến ống đo lường thông qua các ống nối mềm được nối giữa các lỗ tại các mặt cắt và thiết bị đo áp suất như mô tả ở hình vẽ H.2 bộ phận thứ

8 Sau đó chất lỏng chảy qua dây mềm và trở vể thùng chứa để được bơm tuần hoàn ở vòng bơm tiếp theo

Bước 6 Tiến hành đo đạc.

Sau khi đã ổn định ở một cấp lưu lượng nào đó

tương ứng Tiến hành nhấn nút Start để ghi dữ liệu vào trong máy tính

 Điều chỉnh van lưu lượng Q (bộ phận thứ 11) hoặc van nghiêng (khi thí nghiệm trên

nên chênh nhau 5-10 lít/min, thời gian duy trì mỗi cấp là 30-40 giây Mỗi nhóm cần

có ít nhất 5 cấp lưu lượng, mỗi cấp lưu lượng để có số liệu tính toán

Hình 3 Màn hình lựa chọn đối tượng thí nghiệm

VI ĐO ÁP SUẤT BẰNG BỌ CẢM BIẾN ĐIỆN TỬ

(Electronic pressure measurement)(bộ phận thứ 8) 1.Mô tả và các thông số thiết bị:

p3, p4, p5, p6, p7 ) để đo áp suất tại các mặt

cắt của đối tượng đo lường

chênh áp suất, số liệu được hiển thị trên

màn hình kỹ thuật số (bộ phận thứ 5) và có

thể chuyển tín hiệu thông qua card chuyển

đổi để hiện số liệu trên màn hình máy tính

 Sự khác nhau giữu áp suất p1 và p2 là : (p1

đo khi nối với điểm nối p3, p4, p5, p6 và p7

2 Lắp ráp và sử lý kỹ thuật bộ cảm biến đo áp:

a Thao tác lắp đối tượng đo lường như bước

1,2,3 như mục IV, và bước 4.a

b Thông khí

đánh nhãn p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7 tương ứng bằng các dây mềm

lường

khí xuất hiện trên đối tượng đo lường và ống dây nối mềm

 Chú ý: Không bao giờ mở van thông khí ở điểm nối pi (i= 1 to 7) nếu điểm nối thứ

i không có dây nối mềm nối vào Mục đích để tránh chất lỏng phun ra từ điểm thứ

i gây nguy hiểm đến các thiết bị điện tử

c Thao tác trước khi thí nghiệm đo đạc số liệu trên hộp

chuyển đổi tín hiệu với màn hình kỹ thuật số:

trước và sau đối tượng đo lường Bật máy bơm

chạy khoảng 20-30 giây để hệ thống thông suốt

(inflow), tắt máy bơm

bộ phận cảm biến tại tất cả các vị trí đã đánh

nhãn: p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7.

bộ chiết áp (potentiometer for offset) để chỉ số

áp suất trên màn hình của bộ cảm biến áp suất

trở về trạng thái bằng 0 Qua thực tế thí

nghiệm, điều này rất khó sảy ra, theo kinh

nghiệm nên vặn các nút sao cho trên các màn hình áp suất p1=p2=p3=p4=p5=p6=p7= const = càng nhỏ càng tốt

d Thao tác tiếp tục như bước 5

IV THÍ NGHIỆM VỚI CÁC ĐỐI TƯỢNG ĐO LƯỜNG

1 Xác định tổn thất dọc đường trên tuyến đo lường số 2,3,4: Đối tượng đo lường: ống St,

Cu, PVC

Mục đích: xác định tổn thất dọc đường và so sánh kết quả tính toán với số liệu thực đo.

Thông số vật liệu:

Chiều dài

2 Ống nhựa PVC 1000 16 0.001

Hệ số nhớt động học: Người thí nghiệm đọc nhiệt độ của chất lỏng thí nghiệm

Nhiệt độ Độ nhớt động học  (10 -6 m 2 /s) Nhiệt độ Độ nhớt động học  (10 -6 m 2 /s)

Nội dung và trình tự các bước tính toán :

Đổi đơn vị :1(l/min)=(10-³)/60 (m³/s)

1(mbar)= 10² (N/m²)

1(mm) = 10-³ (m)

Áp dụng phương trình Becnuli cho mặt cắt 1-1 và 2-2 ở hai đầu ống

Ta có:

z1+ p1/+ v1/2g= z/2g= z2+ p2/+ v2/2g= z/2g+hw (1)

v1= v2=v

hw =hd+ hc= hd (do hc≈ 0)

Từ (1) ,Suy ra: hdđo = hw= (p1─ p2) / ; (trong đó =9810N/m³ )

Thay (p1─ p2) vào ta tính được tổn thất thực đo

Mặt khác , ta có:

Q=v.ω => v=Q/ω=4Q/(π.d/2g= z2) (m/s²)

Mà : Re=(v.d)/ν ; với ν là độ nhớt động học Ở 27˚C thì ν=0,856.10-6 m2/s

Nếu:khi 2320<Re<105 chế độ chảy rối thành trơn (Blasius)

Re

3164 0



 khi 65.(d/∆)<Re<1300.(d/∆) chế độ chảy rối thành trơn nhám (Colebrook):

=>hệ số tổn thất dọc đường :

2

27 0

Re

51 2 lg

* 2



 



























d





Cuối cùng: Dùng công thức tính tổn thất dọc đường:

Công thức tính sai số=/hdttoán–hdđo/

Bảng số liệu đôí với ống kẽm :

(mbar)

Đường kính bên trong (mm)

Lưu lượng

Vận tốc V (m/s)

Số Reinold

1 40.3711 17 27.5358 0.00045893 2.022 40154.4 0.17

2 26.2939 17 22.0219 0.00036703 1.617 32113.7 0,17

3 13.4033 17 15.1833 0.00025306 1.115 22141.2 0,17

Hệ số tổn thất dọc đường 

Tổn thất tính toán

hdttoán (m)

Tổn thất thực đo

hdđo (m)

Sai số

Bảng số liệu đối với ống đồng :

(mbar)

Đường kính bên trong (mm)

tốc V (m/s)

Số Reinold

Re

d/∆

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

1 36.0010 16 27.5595 0.00045933 2.0219 37824.9 16

2 25.9277 16 22.8846 0.00038141 1.6170 31408.7 16

3 16.9531 16 18.1615 0.00030269 1.1149 24926.3 16

Hệ số tổn thất dọc đường 

Tổn thất tính toán

hdttoán (m)

Tổn thất thực đo

hdđo (m)

Sai số

Bảng số liệu đối với ống nhựa PVC :

(mbar)

Đường kính bên trong (mm)

V (m/s)

Số Reinold

Re

d/∆

1 25.6348 16 28.0474 0.00046746 2.0595 38494.5 16

2 20.5371 16 24.7758 0.00041293 1.8192 34004.3 16

3 14.1846 16 19.7184 0.00032864 1.4479 27063.1 16

tính toán

Hệ số tổn thất dọc đường 

Tổn thất tính toán

hdttoán (m)

Tổn thất thực đo

hdđo (m)

Sai số

Nhận xét và kết luận:

Ta nhận thấy sai số tương đối nhỏ chứng tỏ thí nghiệm tương đối chính xác.Măt khác ta thấy trong 3 loại ống thì ống nh a ựa là ít tổn thất nhất kế đến là ống đồng và kế đến nửa là ống ng kẽm Vµ xét về mặt kinh tế thì dùng ống nhựa là lợi nhất Do đó để vừa giảm tổn thất vừa có lợi về kinh tế thì ta nên dùng ống nhựa

2 Xác định tổn thất cục bộ trên tuyến đo lường số 5 và 6:

Đối tượng đo lường là ống nhựa PVC có tổn thất cục bộ đột mở và đột thu.

Mục đích: xác định hệ số tổn thất

cục bộ theo công thức lý thuyết

và so sánh kết quả tính toán với

số liệu thực đo

Tính toán và so sánh tổn thất:

Tuyến đo lường số 5: đột thu

20-16 có các đường kính bên trong

Bản số liệu tổn thất cục bộ đột

thu :

N

o

p1─ p2

(mbar)

∆

d2/

∆

1 74.7803 26.9822 0.000449

7 1.98124

2.6861 45

39347

08

45815

09 17

14

6

2 53.8721 22.8459 0.000380

77

1.67752 2.2743

66

33315

28

38791

76

6

3 32.0996 17.6897 0.000294

83

1.29891 1.7610

54 25796.19 30036.66

6

N

1 0.02246

5 0.021626 0.762286 2.070691

2 0.02341

9

0.02254 5

0.54915 5

2.080799 0,017 0,0146 0.455979

3 0.02496

6

0.02403 4

0.32721 3

2.067957 0,017 0,0146 0.455979

No 1.(L1/d1).(d2/d1)4 2.(L2/d2) ttoan lthuyết Sai số

1 0.035946 0.07406303 1.504703 0.126586 -1.37812

2 0.037472 0.077209146 1.510139 0.126586 -1.38355

3 0.079894 0.082307744 1.449776 0.126586 -1.32319

d2=28.6mm, chiều dài L=100mmlthuyết =(2 hvges.g)/ V22 (m)

Bản số liệu tổn thất cục bộ đột mở :

N

o

p1─ p2

(mbar)

N

5

0.025205 2

-0.26405

³

28.6.10ˉ

³

-7.010663

2

0.026011 2

-0.20532

³

28.6.10ˉ

³

-7.010663

-0.09124

³

28.6.10ˉ

³

-7.010663

No 1.(L1/d1).(d2/d1)4 2.(L2/d2) ttoán lthuyết Sai số

Nội dung và trình tự các bước tính toán :

Đổi đơn vị :1(l/min)=(10-³)/60 (m³/s)

1(mbar)= 10² (N/m²)

1(mm) = 10-³ (m)

Ta có:

Q=v.ω => v=Q/ω=4Q/(π.d ) (m/s²)/2g= z

Mà : Re=(v.d)/ν ; với ν là độ nhớt động học Ở 27˚C thì ν=0.856.10-6 m2/s

Nếu:khi 2320<Re<105 chế độ chảy rối thành trơn (Blasius)

Re

3164 0



 khi 65.(d/∆)<Re<1300.(d/∆) chế độ chảy rối thành trơn nhám (Colebrook):

=>hệ số tổn thất dọc đường :

2

27 0

Re

51 2 lg

* 2



 





























2 điểm cần đo áp suất với mặt chuẩn nằm ngang đi qua trục ống của tuyến đo lường (trục của

tổn thất dọc đường trước và sau khu tổn thất, mỗi đoạn tổn thất dọc đường có chiều dài