GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 2

- Sinh viên phải có mặt trước phòng thí nghiệm buổi sáng 7g30 và buổi chiều 13g00, đi trễ quá 15 phút không có lý do chính đáng sẽ không được làm thí nghiệm.. - Cán bộ hướng dẫn CBHD kiể

NỘI QUY PHÒNG THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Điều 1: Trang phục và giờ thí nghiệm

- Sinh viên đi thí nghiệm phải mặc áo blouse

- Sinh viên phải có mặt trước phòng thí nghiệm buổi sáng 7g30 và buổi chiều 13g00, đi trễ quá 15 phút không có lý do chính đáng sẽ không được làm thí

nghiệm

Điều 2: Trả bài lý thuyết

- Sinh viên phải chuẩn bị bài kỹ trước khi thí nghiệm

- Cán bộ hướng dẫn (CBHD) kiểm tra lý thuyết, nếu không đạt sinh viên sẽ không được làm thí nghiệm, nhận điểm “0” cho toàn bài thí nghiệm và không được làm

bù

Điều 3: Trong giờ thí nghiệm

- Sinh viên không được ra khỏi phòng thí nghiệm khi chưa có sự đồng ý của

CBHD

- Thái độ phong cách của sinh viên phải đúng mực, nghiêm túc Không đùa giỡn,

ăn quà, hút thuốc, … trong phòng thí nghiệm

- Không đóng ngắt cầu dao bài thí nghiệm khi chưa có sự hướng dẫn của cán bộ,

nếu có sự cố phải linh động xử lý đồng thời báo ngay cho CBHD

- Sinh viên phải có trách nhiệm bảo quản trang thiết bị – dụng cụ thí nghiệm, mọi

hư tổn đều phải bồi hoàn

- Khi kết thúc thí nghiệm mỗi nhóm tự giác vệ sinh bài thí nghiệm, cúp điện nước

trước khi ra về

Điều 4: Nộp báo cáo và kiểm tra kết quả bài thí nghiệm

- Báo cáo phải làm đúng mẫu quy định

- Nộp báo cáo sau đúng một tuần kể từ buổi làm thí nghiệm

- Sinh viên phải tự nộp báo cáo cho CBHD vào đầu giờ mỗi bài thí nghiệm trước khi kiểm tra lý thuyết, nếu nộp trễ sẽ không được nhận phiếu kiểm tra và không

được làm bài thí nghiệm tiếp theo

- Trong thời gian nhận bài báo cáo, CBHD sẽ kiểm tra lại quá trình tính toán bài

thí nghiệm, nếu không đạt sẽ không được nhận bài

Điều 5: Nghỉ và bù thí nghiệm

- Sinh viên muốn xin nghỉ phải làm các thủ tục sau:

 Đơn xin nghỉ thí nghiệm nộp trực tiếp cho CBHD phê duyệt trước một ngày, nếu trường hợp đột xuất không kịp làm đơn xin nghỉ thì khi thí nghiệm phải

trình các giấy tờ chúng minh lý do nghỉ thí nghiệm

 Nộp báo cáo đúng thời gian quy định

- Sinh viên muốn đi bù thí nghiệm phải liên hệ trước với CBHD

Điều 6: Xử lý vi phạm nội quy

Sinh viên vi phạm nội quy sẽ bị xử lý theo các hình thức sau:

 Cảnh cáo trừ điểm tổng kết bài thí nghiệm

 Đình chỉ thí nghiệm và sẽ nhận điểm “0”

Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống

dẫn có đường kính khác nhau và có chứa lưu lượng kế màng chắn, Venturi

cùng các bộ phận nối ống như cút, van, chữ T

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 chất khi

chảy qua chúng để đo lưu lượng

Hình 1: Lưu lượng kế Venturi và màng chắn

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

Trong đó:

C : Hệ số của màng chắn và Venturi, nó tuỳ thuộc vào chế độ chảy của Re

P : Độ giảm áp suất qua màng chắn hay Venturi, N/m2

 : Trọng lượng riêng của lưu chất, N/m3

: Tỷ số giữa đường kính cổ Venturi (hay đường kính lỗ màng chắn) trên đường kính ống

Do đó, lưu lượng qua màng chắn hay Venturi được tính bằng:

Q = V2A2 = V1A1 (2)

2 Tổn thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn

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

Từ phương trình Becnoulli ta có:

(3)

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

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 tầng

Tổn thất ma sát được tính theo công thức sau:

Hệ số ma sát f có thể tính theo công thức của Hagen – Poiseuille:

trong đó:

V : Vận tốc dòng chảy, m/s

Đối với chất lỏng là nước ở điều kiện thường (200C) thì

02

)()

V g



0



gD

LV f

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

b) Trong chế độ chảy rối

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

đối) trên đường kính ống D

Người ta có thể tính f từ một số phương trình thực nghiệm như phương trình Nikuradse, hay để thuận tiện người ta sử dụng giản đồ f theo Re và

(giản đồ Moody)

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

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 Trở lực này bằng thế năng riêng tiêu tốn để thắng trở lực do bộ phận ta đang xét gây ra:

III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

1 Sơ đồ thí nghiệm

gD

V l f P





2 Dụng cụ

Màng chắn có lối vào là 40mm và đường kính lỗ là 17mm

Venturi có lối vào là 40mm và đường kính cổ là 17mm

IV PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Lưu ý: Trong suốt quá trình làm thí nghiệm sinh viên không được điều chỉnh

van số 8 Trước khi làm thí nghiệm các van đều ở vị trí đóng Khi mở hoặc đóng bất cứ một van nào sinh viên đều phải xoay thật từ từ, tuyệt đối không

được đóng mở đột ngột

1 Trắc định lưu lượng kế màng chắn và Venturi

với 1lít)

cặp áp kế) xem có bằng nhau không Nếu không bằng nhau ta tiếp tục

đến khi bằng mới thôi Nếu bằng nhau chúng ta tiến hành liền các bước sau

mở tối đa, ứng với mỗi độ mở của van 7, với lưu lượng đã chọn, ta đọc cột áp của Venturi và màng chắn trên bảng đo áp kế; và thời gian trên đồng hồ bấm giây Khi nước trong bình chứa gần hết, phải đóng van 7, mở van 6 và mở van 9 cho nước vào bình chứa Lặp lại thí nghiệm ít nhất

3 lần

2 Thiết lập giản đồ f theo Re cho ống A, B, C, D

a) Cho ống A

trong các nhánh áp kế của từng cặp xem có bằng nhau không Nếu không

hành liền các bước sau

thí nghiệm 1), ứng với mỗi độ mở của van 6 ta đọc độ giảm áp của màng và ống A ở độ dài l = 1,5m Lặp lại thí nghiệm ít nhất 3 lần

b) Cho ống B, C, D

Thao tác tương tự như đối với ống A, thay vì mở van 4 thì lúc này ta mở van

3 hoặc 2 hoặc 1 (Lưu ý: khi mở một trong bốn van 1, 2, 3, 4 thì ba van còn

lại sẽ phải đóng hoàn toàn)

3 Định chiều dài tương đương

van số 5

 Đóng van 6, so sánh mực chất lỏng trong hai nhánh áp kế của từng cặp xem có bằng nhau không Nếu không bằng nhau thì phải điều chỉnh tương tự như các thí nghiệm trước cho đến khi bằng nhau mới thôi Nếu bằng nhau thì tiến hành liền các bước sau

ứng với mỗi độ mở van 6 ta đọc độ giảm áp của màng và van

tiếp tục đo như trên

hay còn gọi là van chỉnh lưu) ta có các giá trị như trong bảng sau:

Thời gian (giây)

2

1

2

… Hoàn toàn

3

1

2

… Hoàn toàn

Vẽ các giản đồ:

 Lưu lượng Q đối với hiệu số thuỷ dầu áp suất

chắn và ống venturi

độ mở/độ mở max)

3 Bàn luận

BÀI 2

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

I MỤC ĐÍCH

và lưu lượng lưu chất

lạnh, nóng ngăn cách bởi vách ngăn kim loại ở các chế độ chảy khác nhau

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Quá trình truyền nhiệt trong thiết bị dạng ống lồng ống là một ví dụ của sự truyền nhiệt phức tạp Ở đây diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa hai lưu chất được ngăn cách bởi vách ngăn kim loại, bao gồm truyền nhiệt đối lưu từ dòng nóng đến vách, dẫn nhiệt qua thành ống kim loại và đối lưu nhiệt giữa dòng lạnh với ống

1 Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất

Trong đó:

G 1 , G 2 : Lưu lượng dòng nóng và lạnh, kg/s

t v1 , t R1 : Nhiệt độ vào và ra của dòng nóng, 0C

t v2 , t R2 : Nhiệt độ vào và ra của dòng lạnh, 0C

2 Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt

L : Chiều dài ống, m

3 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit

nho lon

nho lon

t t

t t t

ng tr

l

d

r d d

d d

*

1ln

2

11

1 ,  2 : Hệ số cấp nhiệt, W/m2.0C

r cau : Nhiệt trở của lớp cáu, m2.s.0C/J

5 Hệ số cấp nhiệt 1 ,  2 giữa vách ngăn và dòng lưu chất

R t

n m A

25 , 0

Pr

Pr Pr Re

III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Hệ thống thiết bị thí nghiệm có hai kiểu kết cấu bề mặt truyền nhiệt như sau:

trong Hai dòng chảy có phương vuông góc với nhau

ngoài của ống trong Hai dòng chảy có phương song song với nhau

Kích thước ống:

Sơ đồ hệ thống thiết bị (xem hình):

1A 1B

1C

8 9 10

A

B 1

B 2

Bơm gia

Bồn chứa gia nhiệt Điện

trở

Chú thích:

: Ký hiệu dòng nóng vào và ra

: Ký hiệu dòng lạnh vào và ra

A : Bộ trao đổi nhiệt dạng dòng chảy vuông góc

1A, 1B, 1C: Lần lượt là van cấp nước tổng, van cấp nước cho dòng lạnh,

van cấp nước cho bồn gia nhiệt

2, 3: Van chỉnh lưu lượng dòng nóng

4, 5, 6: Van đóng mở dòng nóng vào các bộ trao đổi nhiệt

7: Van chỉnh lưu lượng dòng lạnh

8, 9, 10: Van đóng mở dòng lạnh vào các bộ trao đổi nhiệt

11: Van xả đáy bồn

IV PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

1 Chuẩn bị

tắc để đo nhiệt độ

2 Xác định các đại lượng cần đo

Đo lưu lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt độ ở các vị trí cần thiết Lập bảng để ghi kết quả đo theo mẫu sau:

Lưu lượng dòng

Lưu lượng dòng

1

2

3

…

3 Trình tự thí nghiệm

Lưu ý: Các van 1A, 1B khi mở chỉ mở 30 0 – 45 0 Khi mở hoặc đóng bất cứ một van nào sinh viên đều phải xoay thật từ từ, tuyệt đối không được đóng mở đột ngột Trước khi thí nghiệm tất cả các van đều ở vị trí đóng

van và đậy nắp bồn chứa lại

nhiệt hoạt động

gia nhiệt tự động ngắt, lúc đó bắt đầu làm thí nghiệm

(màu đỏ) sáng Bơm ly tâm hoạt động và bơm nước tuần hoàn

6/10 Điều chỉnh cặp van 2, 3 để điều chỉnh lưu lượng dòng nóng và chỉnh van 7 để điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh theo yêu cầu Chỉ số lưu lượng

được đọc trên lưu lượng kế

 Chờ khoảng 5 – 10 phút, khi quá trình đã ổn định, ấn và giữ một nút (màu vàng) cần thiết trong bốn nút trên hộp điều khiển để có nhiệt độ tại

vị trí tương ứng

tiếp theo tắt BƠM, tắt công tắc nguồn CB Mở nắp bồn gia nhiệt cho

nước nguội bớt Khoá tất cả các van lại Đợi khi nước đã nguội rồi mở

van 11 để xả hết nước trong bồn chứa gia nhiệt

V TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN

1 Tính nhiệt lượng Q theo công thức (1)

Thiết lập cân bằng nhiệt lượng Xác định tổn thất nhiệt

2 Tính t log theo công thức (3)

3 Tính hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm theo công thức (2)

4 Tính hệ số cấp nhiệt 1 , 2 theo trình tự sau

a) Xác định chế độ chảy của lưu chất bằng chuẩn số Re

 : Hệ số nhớt động lực học của lưu chất, Pa.s

l : Kích thước hình học cần xác định hay chiều dài đặc trưng của

dòng chảy, m

Đối với chuyển động trong ống tròn, vận tốc đặc trưng được lấy bằng vận

tốc trung bình của mặt cắt (có tiết diện tròn), chiều dài đặc trưng chính là

đường kính ống Đối với chuyển động trong tiết diện không tròn, l được

của lưu chất

b) Xác định chuẩn số Nu cho phương thức chảy ngang (kiểu A)

Khoảng giá trị của Re Công thức tính chuẩn số Nu tương ứng

5 < Re < 103

25 , 0 38

, 0 5 , 0

Pr

Pr Pr Re 5 ,

103  Re < 2.105

25 , 0 38

, 0 6 , 0

Pr

Pr Pr Re 25 ,



t Nu

2.105  Re < 2.106

25 , 0 37

, 0 8 , 0

Pr

Pr Pr Re 023 ,

c) Xác định chuẩn số Nu cho phương thức chảy dọc theo thân ống (kiểu B)

Chảy màng

25 , 0 1

, 0 43 , 0 33 , 0

Pr

Pr Pr Re 15 ,

Chảy chuyển tiếp

25 , 0 43

, 0

.Pr

Pr.Pr

Chảy rối

Re > 104

25 , 0 43

, 0 8 , 0

Pr

Pr Pr Re 021 ,

(11) (12) (13)

Khi Re > 104 thì 1 phụ thuộc vào Re:

a : hệ số dẫn nhiệt của lưu chất, m2/s

Pr : chuẩn số Prandl của lưu chất được xác định ở nhiệt độ trung bình của lưu chất

Prt : chuẩn số Prandl của lưu chất được xác định ở nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình của thành ống

3

v

t l g

g : gia tốc trọng trường, m/s2

l : kích thước hình học cần xác định (kích thước này xác định

theo từng trường hợp trao đổi nhiệt), m

 : hệ số dãn nở thể tích, 1/0C

t : hiệu nhiệt độ giữa thành ống và lưu chất, 0C

 Cách tính nhiệt độ của thành ống:

log 1

Re

Re 1

2 1

log 2

Re

Re 1

2 1

Sau khi có kết quả tính 1, 2 ta kiểm tra t1, t2 bằng phương trình sau:



t K



t K

5 Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết được tính theo công thức (4)

6 Lập bảng tính K 1 * , K 1 theo chế độ chảy

VI NỘI DUNG VÀ BÀN LUẬN

Sau khi tính toán và dựng các đồ thị sinh viên tự đưa ra những nhận xét, đánh giá và bàn luận về kết quả thí nghịêm Các nội dung cần đề cập đến có thể là:

nghiệm? Biện pháp khắc phục?

l

K

b Rây vật liệu sau khi nghiền, xác định hiệu suất rây, xây dựng giản đồ phân phối và tích luỹ của vật liệu sau khi nghiền, từ đó xác định kích thước vật liệu sau khi nghiền

c Trộn hai loại vật liệu để định chỉ số trộn tại các thời điểm, xây dựng chỉ số trộn theo thời gian để xác định chỉ số trộn thích hợp

II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM

1 Phương trình tính công suất và hiệu suất máy nghiền

Phương trình tính công suất và hiệu suất máy nghiền qua rây có kích thước

D p1 (ft) và 80% sản phẩm sau khi nghiền qua rây có kích thước D pj (ft) ta có phương trình sau để tính công suất tiêu thụ tổng cộng cho vật nghiền

p b

D K

(hằng số Bond tuỳ thuộc vào loại máy và vật liệu nghiền Gọi T là năng suất (tấn/phút):

310

*100

p

i

D W

Gọi

1 1

119

p

i

D W

2 2

119

p

i

D W

2 1

11

19

p p

i

D D

W P

P

Công suất nghiền T tấn vật liệu / phút từ D p1 đến D p2 là:

T D D

W P

P P

p p

2 1

11

Nếu nghiền khô P được nhân với 4/3



cos '

I U

P 

U : hiệu điện thế (V)

I : cường độ dòng điện (A)

cos : thừa số công suất

P P

2 Phương trình biểu diễn đến sự phân phối kích thước đối với hạt nhuyễn

b p p

KD dD

d 

K, b: Hai hằng số biểu thị đặc tính phân phối của khối hạt

Lấy tích phân từ  = 1 đến  = 2 tương ứng với D p = D 1 và D p = D 2

ta có:

 1

2 1 1 1

D b

D 1

= r = hằng số

1 1

pn n

11

pn b

b

r K

1

11 '

b

hoặc

loglog

1

3 Công thức hiệu suất rây

100.a x F

J

F : khối lượng vật liệu ban đầu cho vào rây (g)

J : khối lượng vật liệu dưới rây (g)

a : tỉ số hạt có thể lọt qua rây (%)

Tích số F.a trong thí nghiệm được xác định như sau: Đem rây một khối lượng F của vật liệu, , khảo sát xác định được J1 Lấy vật liệu còn lại trên rây F – J1 và rây lại xác định được J2, tiếp tục lấy vật liệu còn lại trên rây F – (J1 + J2) và rây lại lần nữa

Tổng số J1 + J2 + J3 + … sẽ tiệm cận đến F.a

4 Phương trình trộn

Khi trộn một khối lượng a chất A với một khối lượng b chất B, tạo thành hỗn hợp đồng nhất Thành phần của chất A và B trong hỗn hợp lý tưởng:

Đối với chất A

b a

Trên thực tế, thời gian trộn không thể tiến tới vô hạn được nên thành phần các chất A và B ở các thành phần thể tích khác nhau sẽ khác nhau

Để đánh giá mức độ đồng đều của hỗn hợp, ta đặc trưng bởi gái trị sai biệt bình phương trung bình

hợp thực đó sẽ là:

N i

iA A

11

N i

iB B

nhiều yếu tố nhưng quyết định nhất là thời gian trộn Quan hệ giữa s và thời gian trộn được biểu thị theo đồ thị sau (giả sử các yếu tố khác không đổi) ĐỒ THỊ



s

1

0,5

Trên thực tế, tuỳ theo yêu cầu của s mà ta xác định thời gian trộn thích hợp Để đánh giá mức độ trộn một hỗn hợp, ta có thể dùng đại lượng khác là chỉ số trộn và được định nghĩa:

B A s

C C n

N C C I

1

2)(

)1(

n: số hạt trong trường hợp trộn vật liệu rời

III PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

1 Nghiền

 Cân vật liệu đem nghiền (gạo)

Lần 1: 100g Lần 2: 200g Kích thứơc trung bình hạt gạo: dài 6mm; đường kính 1,5mm

 Bật công tắc máy nghiền cho chạy không tải, đo cường độ dòng điện lúc không tải

 Cho vật liệu vào máy, bật công tắc vít tải nhập liệu, bấm thì kế Đo cường độ dòng điện có tải cực đại Khi cường độ dòng điện trở lại giá trị không tải, bấm thì kế xác định thời gian nghiền

 Tháo sản phẩm ra khỏi máy nghiền

 Cho các thông số: Hiệu điện thế máy nghiền U = 220V; hệ số công suất

2 Rây