THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI 1 MẠCH LƯU CHẤT

THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÀI 1

II Cơ sở lý thuyết.

1 Lưu lượng kế màng chắn và venturi.

Nguyên tắc của hai dụng cụ này là dùng sự giảm áp suất của lưu chấtkhi chảy qua chúng để đo lưu lượng

Lưu lượng kế Venturi và màng chắn

Vận tốc trung bình ở vị trí (2) được tính từ công thức tổng kê nănglượng:

) 1

2 Tổn thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn.

Khi lưu chất chỷa trong ống, ta có sự mất năng lượng do ma sát ởthành ống Xét trường hợp một ống tròn đều nằm ngang

Từ phương trình Becnoulli ta có:

0 2

) ( )

V g

f

H thủy đầu tổn thất ma sát trong ống, m

Tổn thất năng lượng này liên hệ với thừa số ma sát bằng phươngtrình Darceyweisbach:

gD

LV f

H f

2

2

Trong đó:

:

f hệ số ma sát, vô thứ nguyên

L: chiều dài ống, m

D: đường kính ống, m

a) Trong chế độ chảy từng:

Tổn thất ma sát được tính theo công thức sau:

Re

64 64

Trong đó:

:

 hệ số độ nhớt động lực học, Kg.s/m

V: vận tốc dòng chảy, m/s

:

 khối lượng riêng của chất lỏng, Kg/m3

Đối với chất lỏng là nước ở điều kiện thường (20oC) thì:

 = 10-2 poise = 10-3 Kg/s.m = 10-3 N.s/m2 = 10-3 Pa.s và  = 1000Kg/m3

b) Trong chế độ chảy rối:

Hệ số ma sát f tùy thuộc vào Re và độ nhám tương đối của ống

Ngoài sự mất mát năng lượng do ma sát trong ống dẫn nói trên, tacòn có sự mất mát năng lượng do trở lực cục bộ, như do sự thay đổi tiết dệnchảy, thay đổi hướng chảy, hay do sự thay đổi tiết diện van Trong trườnghợp này ta có công thức tính trở lực cục bộ như sau:

td

td cb

gD

V l f P

2

2



:

td

l chiều dài tương đương của cút, van, …

Chiều dài tương đương được định nghĩa như chiều dài của một đọanống thẳng có cùng tổn thất năng lượng tại van, cút trong điều kiện nhưnhau

Trở lực này bằng thế năng riêng tiêu tốn dể thắng trở lực do bộ phận

ta đang xét gây ra:

l f

I. Kết quả đo.

Thí nghiệm 1: Trắc định lưu lượng kế màng chắn và venturi

lần

TN

đổ mở van 7

W (lít)

thời gian t(s)

1

1/4 1 3.40 113.00 137.00 114.00 127.00 1/2 3 6.19 112.00 136.50 114.00 127.00 3/4 5 12.97 111.50 136.50 113.90 127.00

HT 7 22.58 111.00 136.00 113.00 127.00

2

1/4 1 3.87 119.00 135.00 110.00 128.00 1/2 3 8.93 112.00 136.50 114.00 127.00 3/4 5 13.63 111.50 136.50 113.00 127.00

HT 7 19.49 111.50 136.00 114.00 127.00

3

1/4 1 3.52 115.00 136.00 117.00 127.00 1/2 3 8.59 111.50 136.50 114.00 127.00 3/4 5 14.00 111.00 137.00 113.00 127.00

HT 7 19.17 111.50 136.50 113.50 127.00

) (C m H 2O g

Thí nghiệm 2: Thiết lập giản đồ f theo Re cho ống A, B, C, D.

1 Cho ống A:

2 Cho ống B:

Lần TN

Độ mở van 6

1

1/4 127 134 129.00 128.00 1/2 113 134 125.00 123.00 3/4 113 142 123.00 120.00

P m



) (C m H 2O g

P v



3 Cho ống C:

4 Cho ống D:

lần TN

độ mở van 6

( s l t

W

Q 

) (mH2O g

P g

P g

P g

P g

V1 = V2 vì van và cút có tiết diện giống nhau, A1 = A2 do đường kínhlỗ của màng chắn và đường kính cổ venturi bằng nhau (17mm), lối vàomàng chắn và venturi bằng nhau (40mm)

Vậy: 4 2 (m/s)

D

Q A

Q V





Q: m3/s

Sau khi tính V ta tính được Re

Với các thông số sau:  = 1000 Kg/m3 khối lượng riêng của chất lỏng

ở 200C,   3 14,  = 10-3 Kg/sm độ nhớt của nước ở 200C, D = 17mm =17.10-3m đường kính lổ của màng và đường kính cổ của venturi

Với Cm thì tính theo P m, Cv tính theo P v

g



 

Q (l/s) được tra từ đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc của Q đối với thủy

dầu áp suất P g m

Q V





Với mỗi thí nghiệm tương ứng với mỗi loại ống thì D khác nhau Sốliệu kích thước cho mỗi loại ống cho trong bảng sau:

Loại ống

Đường kính ngoài (mm)

Đường kính trong (mm)

f  fVới: H P g ong

f





Lấy g = 10 m/s2

L: chiều dài của mỗi ống = 1.5m

Để tính chiều dài tương đương l td : cho van 5 theo các độ mở khácnhau ta có.

l f

P m





) (m H 2O g

P v





0.335 0.11 0.37 2.341572523 0.012147 31611

Thí nghòeâm 3:

III Xử lý số liệu (vẽ đồ thị)

Giản đồ giữa lưu lượng Q đối với hiệu số thuỷ dầu áp suất

P m /g và P v /g qua màng chắn và ống Venturi

(Pm )

Chart Title

y = -1.1148x2 + 0.6986x + 0.0284 0.129

Giản đồ giữa hệ số lưu lượng kế C m và C v theo Re

Giản đồ thừa số ma sát theo Re

Giản đồ lưu lượng Q theo áp suất ở các độ mở van

Giản đồ lưu lượng Q theo áp suất ở các độ mở van

Giản đồ đặc tuyến riêng và đặc tuyến van gắn vào mạng ống

IV Nhận xét kết quả và bàn luận

1 Giản đồ biểu diễn lưu lương Q đối với hiệu số thủy dầu áp suất qua màng chắn và Venturi :

Độ chênh cột áp tăng theo lũy thừa 2 đối với lưu lượng p=K1QỨng với một giá trị Q, pm > pv thì tổn thất năng lượng quamàng lớn hơn qua venture

Giải thích: màng có cổ co hẹp đột ngột làm cho dòng lưu chấtkhi qua màng bị tổn thất nhiều và đột ngột, vận tốc dòng chảytăng lean, áp suất thủy tỉnh giảm, áp suất động lực học tăng( ápsuất thủy tỉnh giảm nhiều do chuyển thành áp suất động lực nhiều)Hệ số lưu lượng kế Cm , Cv theo Re cùng moat lưu lượng chảy quacó hệ số lưu lượng venture thấp

Theo lý thuyết 2 (1 4)

Do đó hệ số lưu lượng C sẽ tỷ lệ nghịch với độ giảm áp không có độgiảm áp lớn hơn suy ra hệ số lưu lượng của màng sẽ bé hơn venturenhư vậy kết quả thí nghiệm sẽ phù hợp với lý thuyết

Mặt khác hệ số lưu lượng biểu thị tỷ lệ giưa vận tốc trung bình vàvận tốc cực đại của dòng Venturi có cổ thấp dần do đó vận tốc trungbình và vận tốc cực đại của dòng venture có cổ thắt dần, vận tốctrung bình không chênh leach lớn với vận tốc cực đại của dòng vàmàng chắn có cổ co hẹp đột ngột nên vận tốc trung bình nhỏ hơn vậntốc cực đại Do đó Cm < Cv

2 Giản đồ biểu diễn hệ số lưu lượng kế Cm, Cv theo Re :

Hệ số lưu lượng kế không thay đổi đối với một loại lưu lượng kếnhất định, không phụ thuộc vào chế độ dòng chảy trong khu vực Trong thực tế, hệ số Cm, Cv dao động quanh một giá trị nhất định

Cm=0,5 Cv=0,8

Hệ số Cm,Cv dao động do dòng chảy không ổn định vì :

- Thay đổi lưu lượng

- Thay đổi độ mở của van 15

C biểu thị mức độ tổn thất năng lượng khi dòng chảy qua lưu lượngkế

Cv > Cm: Tổn thất năng lượng của lưu lượng khi dòng chảy qua lưulượng kế venturi nhỏ hơn tổn thất năng lượng của lưu lượng của lưulượng kế màng

3 Giản đồ biểu diễn thừa số ma sát f theo Re :

Theo lý thuyết :

- Khu vực chảy tầng f=f1(Re)

- Khu vực chảy rối thành trơn f=f2(Re)

- Khu vực quá độ từ chảy rối thành trơn sang chảy rối thànhnhám: f=f3(Re,/d)

- Khu vực chảy với thành nhám hoàn toàn f=f4(/d)

Theo thực nghiệm :

Từ giản đồ ta nhận thấy cùng một độ nhám tương đối nhưngsự phụ thuộc của f theo Re khác nhau khi khảo sát trên nhữngchiều dài ống khác nhau sự khác biệt ở trên là do sự không đồngnhất độ mở của van 13 giữa các lần thí nghiệm , sự rò rỉ chất lỏngdọc đường ống , độ nhám của ống không đồng đều dọc theo ống (do

gỉ sét)

Sự phân chia các khu vực chế độ chảy phụ thuộc vào độ nhámtương đối, đường kính của ống và vận tốc lưu chất trong ống do đóvùng Re chảy tầng của ống này có thể là vùng Re chảy rối của ốngkia

Ống 1": f thay đổi theo Re chia làm hai khu vực :

- f tăng khi Re tăng từ 6500 ÷10000 : Khoảng Re này thể hiện chếđộ dòng chảy là chảy tầng

- f không đổi khi Re > 10000 : Khoảng Re này thể hiện chế độdòng chảy quá độ là chảy rối thành trơn sang chảy rối thànhnhám, khi này f đạt giá trị gần bằng 0,065

Ống 3/8": f thay đổi theo Re chia làm hai khu vực :

- f tăng khi Re tăng từ 15000 ÷25500 : Khoảng Re này thể hiệnchế độ dòng chảy là chảy tầng

- f không đổi khi Re > 26000 : Khoảng Re này thể hiện chế độdòng chảy quá độ là chảy rối thành trơn sang chảy rối thànhnhám, khi này f đạt giá trị gần bằng 0,031

4 Giản đồ biểu diễn lưu lượng Q theo độ mở của van tại một vài áp suất :

- Từ giản đồ ta nhận thấy : Van càng mở lớn thì lưu lượng qua vancàng lớn ứng với một tổn thất cột áp cho trước

- Mức độ tổn thất năng lượng cũng thể hiện ở chiều dài tươngđương Le (bảng số liệu cho thí nghiệm 3) Độ mở càng lớn thì Le

càng nhỏ tức tổn thất cục bộ càng nhỏ

5 Đặc tuyến riêng của van tại các độ mở khác nhau :

- Cùng một giá trị lưu lượng ở các độ mở van càng lớn, độ mở áp suấtcàng lớn

- Đường đặc tuyến riêng của van nằm dưới đường 450 tức là van sử dụnglà van cửa

- Độ mở của van ảnh hưởng nhiều đến tổn thất năng lượng của hệ thống,giản đồ cho thấy ứng với cùng một trị số lưu lượng Q thì tổn thất áp suấtqua van mở 1/4 là cao nhất và qua van mở hoàn toàn là nhỏ nhất do đóđể giảm tổn thất ta phải mở van hoàn toàn khi sử dụng

- Do tổn thất năng lượng qua van nên áp suất ở đầu ra của van giảm.Điều này được ứng dụng làm van tiết lưu thay đổi áp suất trong hệ thốngdẫn khí

6 Các nguyên nhân gây sai số :

- Sự rò rỉ chất lỏng dọc đường ống, làm tổn thất năng lượng

- Sự hoạt động không ổn định của bơm

- Sự gỉ sét không đồng đều bên trong ống dẫn đến độ nhám thànhống không đều

- Độ mở của các van không đồng nhất giữa các lần thí nghiệm

- Bơm hoạt động không ổn định, do đó mức chất lỏng trong các ốngcũng không ổn định

- trong quá trình thí nghiệm nhiệt độ của nước tăng lean dẫn đếngiá trị lưu lượng có thay đổi

- Mức chất lỏng giao động nhanh do đó kết quả đọc được khôngchính xác

- Điều chỉnh van không đều ở các thí nghiệm

- Thí nghiệm sau dựa vào thí nghiemj trước để tính toán dẫn đếnsai số ngày càng tăng

* Nhận xét về mức độ tin cậy của kết quả:

Các kết quả trong thí nghiệm 1 tuy có giá trị không đúng hoàntoàn Tuy nhiên sai số có thể chấp nhận được Cm < Cv cùng moat lưulượng Q độ giảm áp của màng lớn hơn của venture

Trong thí nghiệm 2 các giá trị hệ số ma sát tính được có giá trịkhông chính xác

Trong thí nghiệm 3 kết luận rút ra từ giản đồ đã vẽ là phù hợp vớilý thuyết ( giản đồ lưu lượng theo độ giảm áp của van ở các độ mở )