Bài thí nghiệm quá trình thiết bị

Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống dẫncó đường kính khác nhau và có chứa lưu lượng kế màng chắn, Venturi, cùng các bộphận nối ống nh

I TRÍCH YẾU:

1 Mục đích thí nghiệm:

Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống dẫncó đường kính khác nhau và có chứa lưu lượng kế màng chắn, Venturi, cùng các bộphận nối ống như cút, van chữ T nhằm xác định:

 Thí nghiệm 1 : Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo chế độ chảy (Re)

 Thí nghiệm 2 : Hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống 1” và

½”

 Thí nghiệm 3 : Đặc tuyến van, xác định chiều dài tương đương ( Ltđ )và phạm vi ứng dụng của van

2) Phương pháp thí nghiệm:

 TN1 : Cho dòng chảy lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng kế màng chắn

và Venturi Đọc tổn thất cột áp ứng với từng lưu lượng dòng chảy và từng lưu lượng kế

 TN2 : Cho dòng chảy lưu chất qua màng chắn và lần lượt qua ống 1” và

ống ½”

Chỉnh van để thay đổi lưu lượng dòng chảy, đọc tổn thất cột áp của màng chắn và ống Lặp lại thí nghiệm với từng chiều dài ống l=0.9m và l=1.5m

 TN3 : Cho dòng chảy lưu chất qua màng chắn và van

Ứng với từng độ mở của van, đọc tổn thất cột áp qua màng và van

II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM:

1) Lưu lượng kế màng chắn và Venturi:

- Nguyên tắc của hai dụng cụ này là đo lưu lượng dựa trên cơ sở của sựchênh lệch áp suất do có sự giảm tiết diện đột ngột của dòng lưu chất

- Hai dụng cụ này có cấu tạo như sau:

Màng chắn

Vận tốc trung bình được tính từ công thức:

)1(

2

2) Tổn thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn:

Có hai loại tổn thất năng lượng :

a) Tổn thất dọc đường ống :

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

Phương trình Bernoulli tại hai mặt cắt ướt 1-1, 2-2 giới hạn đoạn ống cho ta

f

H g

v g

P Z g

v g

P

2

222222

21111

αρ

αρ

Với : Z1 = Z2 = 0

v1 = v2

αù1 = α2 = 1 (chảy rối)

02

g

P g

P P f

♦ Nếu chế độ là chảy tầng (Re < 2320) thì f = 64

Re

♦ Nếu chế độ là chảy rối (Re > 2320) thì f F

D

= (Re, )ε , f có thể được tratừ đồ thị Moody hay từ một số công thức thực nghiệm (hệ số ma sát phụthuộc vào Re và độ nhám tương đối ε

D ).

b) 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 mở hay đột thu

Đối với van hay khúc nối, tổn thất được biểu diễn bởi phương trình :

Hf f= L vegD2

2

Le: chiều dài tương đương của van hay khớp nối được định nghĩa là chiều dàicủa một ống thẳng có cùng sự mất mát năng lượng Hf với van hay khúc nối trongnhững điều kiện giống nhau

III DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:

- Một hệ thống gồm các ống dẫn và van có kích thước khác nhau, lắp đặtnhư trong tài liệu hướng dẫn

- Bơm

- Đồng hồ đo

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

1 Số liệu thí nghiệm:

T ΔPv1/ρg (cmH2O)

ΔPv2/ρg (cmH2O)

ΔPv3/ρg (cmH2O)

ΔPm1/ρg (cmH2O)

ΔPm2/ρg (cmH2O)

ΔPm3/ρg (cmH2O)

(cmH2O)

ΔPm2/ρg (cmH2O)

ΔPong1/ρg (cmH2O)

ΔPong2/ρg (cmH2O)

oáng 1" : l=1.5m ΔPm1/ρg

(cmH2O)

ΔPm2/ρg (cmH2O)

ΔPong1/ρg (cmH2O)

ΔPong2/ρg (cmH2O)

(cmH2O)

ΔPm2/ρg (cmH2O)

ΔPong1/ρg (cmH2O)

ΔPong2/ρg (cmH2O)

oáng 1/2" : l=1.5m ΔPm1/ρg

(cmH2O)

ΔPm2/ρg (cmH2O)

ΔPong1/ρg (cmH2O)

ΔPong2/ρg (cmH2O)

ΔPv1/ρg (cmH2O)

ΔPv2/ρg (cmH2O)

ΔPv1/ρg (cmH2O)

ΔPv2/ρg (cmH2O)

ΔPv1/ρg (cmH2O)

ΔPv2/ρg (cmH2O)

ΔPv1/ρg (cmH2O)

ΔPv2ρg (cmH2O)

Lưu lượng Q đối với hiệu số thủy dầu áp suất:

Hệ số Cm và CV theo Re:

b) Thí nghiệm 2:

ống 1" ( l=0.9) STT ΔPong/ (cmH2O)ρg (cmH2O) ΔPm/ρg Q(lít/s) V(cm/s) f Re

oáng 1" ( l=1.5m) STT ΔPong/ (cmH2O)ρg (cmH2O) ΔPm/ρg Q(lít/s) V(cm/s) f Re

STT ΔPong/ (cmH2O)ρg (cmH2O) ΔPm/ρg Q(lít/s) V(cm/s) f Re

OÁng ½”

OÁng 1”

c) Thí nghiệm 3:

Mở hoàn toàn

STT ΔPvan/ρg (cmH2O) (cmH2O) ΔPm/ρg (lít/s) Q (cm/s) V V 2 /2g f Re l e

STT ΔPvan/ρg (cmH2O) (cmH2O) ΔPm/ρg (lít/s) Q (cm/s) V V 2 /2g f Re l e

Q (lít/s)

STT ΔPvan/ρg (cmH2O) (cmH2O) ΔPm/ρg (lít/s) Q (cm/s) V V 2 /2g f Re l e

Đặc tuyến van:

- Chọn ∆P van/ρg= 20cm H2O

- Từ đồ thị lưu lượng Q theo độ mở của van ta tìm được các lưu lượng

- Chia cho lưu lượng của độ mở hoàn toàn ta có bảng số liệu sau:

Độ

0,25 0.1212 0.1123890,50 0.6107 0.5663020,75 0.9207 0.853765

V BÀN LUẬN:

1 Nhận xét các giản đồ và so sánh kết quả:

a) Thí nghiệm 1 : Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo chế độ chảy (Re)

 So sánh C m và C v :

)1(

2

Theo lý thuyết, với đường kính lỗ và đường kính lỗ màng (venturi) bằng nhau nên V2

và β bằng nhau Do đó C tỉ lệ nghịch với P∆ .

Cấu tạo của màng chắn và venturi là khác nhau Màng chắn thay đổi kích thước đột ngột hơn nên tổn thất áp suất lớn hơn venturi ⇒ Cm < Cv

Kết quả thí nghiệm cho thấy kết luận trên là đúng

 Sự phụ thuộc của C m và C v theo Re :

Theo phương trình trên, hệ số lưu lượng tỉ lệ th0uận với vận tốc dòng chảy và tỉ lệ

nghịch với P∆ (V) 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 màng và venturi :

Do ∆P m > ∆P v nên khi sử dụng lưu lượng kế venturi sẽ cho kết quả lưu lượng chính

xác hơn

b) Thí nghiệm 2 : Hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống 1” và

½”

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 thành nhám:f=f3(Re, ∆/d)

• Khu vực chảy với thành nhám hoàn toàn f=f4(∆/d)

Theo thực nghiệm :

 Giản đồ hệ số ma sát theo Re : gồm có 2 vùng:

+ 5000 < Re < 30000 : hệ số ma sát giảm khi Re tăng Theo lý thuyết, do

D

ε

không đổi nên đường biễu diễn f theo Re không phụ thuộc chiều dài ống nhưng thực nghiệm cho thấy chiều dài ống cũng ảnh hưởng đến f Điều này có thể giải thích là

do độ nhám của ống kh6ng đều không suốt chiều dài ống, do đóng cặn…

Trong vùng này f có thể được tính theo công thức Re = 1/4

Re

316.0 nhưng sai số khá lớn so với thục nghiệm bởi vì điều kiện tiến hành thí nghiệm không không hoàn toàn giống nhau, ống trong phòng thí nghiệm có thể bị đóng cặn, rỉ sét, do quá trình xác định tổn thất cột áp không chính xác…

+ Re > 30000 : hệ số ma sát hầu như không đổi khi Re tăng

c) Thí nghiệm 3 : Đặc tuyến van, xác định chiều dài tương đương (Le) vàphạm vi ứng dụng của van

 Giản đồ Q theo độ mở của van ở 1 vài áp suất :

Theo đồ thị ta thấy, ứng với 1 giá trị tổn thất cột áp nhất định, lưu lượng tăng theo độmở của van

 Chiều dài tương đương của van :

Độ mở của van cũng ảnh hưởng đến chiều dài tương đương của van Độ mở càng lớn,khả năng cản trở dòng chảy càng nhỏ, chiều dài tương đương càng bé Chiều dàitương đương nhỏ nhất khi van mở hoàn toàn

 Đặc tuyến van :

Thực nghiệm cho thấy đặc tuyến van có dạng lõm ( dưới đường 450 ) như trên giản đồnên đây là van cầu, được sử dụng khi cần lưu lượng nhỏ và khi muốn điều chỉnh lưulượng tăng hoặc giảm với lượng nhỏ

Do có hiện tượng giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua van nên ngoài chức năng thay đổi lưu lượng dòng chảy, van còn được sử dụng làm van tiết lưu trong các hệ thống khác

2 Sai số mắc phải khi làm thí nghiệm:

 Các giá trị tổn thất cột áp xác định bằng mắt và dao động liên tục nên kết quả thu được có sai số

 Một vài số liệu xác định được là do kết quả của thí nghiệm trước nên sẽ dẫn đến hiện tượng sai số được lặp lại nhiều lần

 Các ống dẫn trong thí nghiệm có độ nhám không đồng nhất , bị đóngcặn… 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 thành ốngkhông đều.

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

 Trong lúc thí nghiệm ống bị rò rỉ

VI PHỤ LỤC:

2

2

124

Q P

g

V C

=

=

6.2

59.1

ρµ

ρπµ

ρ

d

Q d

L f g

2

2

V L

g D g

L f g

V f

D g g

VII TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1) Lê Song Giang – Nguyễn Thị Phương,“ Cơ lưu chất “

2) Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Vũ Bá Minh – Hoàng MinhNam,”Các quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất và thực phẩm”,tập 1 “các quá trình cơ học”,quyển 2, Nhà xuất bản đại học quốc gia TPHCM.