mạch lưu chất

Mục đích: Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệmtrong một hệ thống ống dẫn có đường kínhkhác nhau và có chứa lưu lượng kế màng chắn, venturi cùng các bộ phận nối ống như cút,van, c

I TRÍCH YẾU:

1 Mục đích:

Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệmtrong một hệ thống ống dẫn có đường kínhkhác nhau và có chứa lưu lượng kế màng chắn, venturi cùng các bộ phận nối ống như cút,van, chữ T nhằm xác định:

 Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo chế độ chảy (Re)

 Hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống 1” và ½”

 Đặc tuyến van, chiều dài tương đương ( Ltđ) và phạm vi ứng dụng cua van

2 Tiến hành thí nghiệm: Thiết lập dòng chảy lưu chất qua thiết bị cần đo bằng

các van điều khiển, đọc độ giảm áp suất thủy tĩnh trên áp kế ứng với các lưulượng khác nhau:

 TN1: Cho dòng lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng kế màng chắn vàVenturi Đọc tổn thất cột áp ứng với từng lưu lượng dòng chảy và từng lưu lượngkế

 TN2: Cho dòng lưu chất qua màng chắn và lần lượt qua các ống 1” và ½”.Chỉnh van để thay đổi lưu lượng dòng chảy, đọc tổn thất cột áp của màng chắn vàống

Thí nghiệm tương tự với chiều dài ống l=0.9m và l=1.5m

 TN3: Cho dòng lưu chất qua màng chắn và van Đọc tổn thất cột áp quamàng chắn và van ứng với nhiều độ mở của van

3 Kết quả :

 Để xác định Cm, Cv theo Re dựa vào công thức:

p K C

Q 

K: Hằng số với một loại đường kính ống nhất định

Đo chênh lệch cột áp ở hai đầu ống Venturi hoặc lưu lượng kế màng chắn thao các giá trịlưu lượng khác nhau từ đó xác định Cm, Cv

 Để xác định hệ số ma sát f theo Re ta dựa vào:

2 2 4

2

.

II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM:

1 L ưu lượng kế màng chắn và Venturi:

 Nguyên tắc: Đo lưu lượng dòng chảy dựa vào sự chênh lệch áp suất do có

sự giảm tiết diện đột ngột

Màng chắn

 Công thức: Vận tốc trung bình:

) 1 (

2

C: Hệ số của màng chắn và Venturi, phụ thuộc vào chế độ chảy (Re)

2 Tổn thất năng lượng của dòng chảy trong ống dẫn: Có 2 loại:

a. Tổn thất dọc đường ống: Khi lưu chất chảy trong ổng có sự mất mát năng

lượng do ma sát giữa lưu chất và thành ống Xét trường hợp ống tròn đềunằm ngang

 Phương trình Bernoulli tại 2 mặt cắt ướt 1-1 và 2-2 giới hạn đoạn ống:

f H g

v g

P Z g

v g

P

Z      

2

2 2 2 2 2 2

2 1 1 1 1

g

P g

P P f

Với:

L: Chiều dài ống (m)D: Đường kính ống (m)

f: Hệ số ma sát (vô thứ nguyên), phụ thuộc vào chế độ dòng chảy:

 Nếu ở chế độ chảy tầng (Re < 2320) thì f  64

Re

 Nếu ở chế độ chảy rối (Re > 2320) thì f F

D

 (Re, ) , ở chế độ này f cóthể được tra từ đồ thị Moody hay từ các công thức thực nghiệm (Hệ số masát phu thuộc vào Re và độ nhám tương đối 

D)

b.Tổn thất cục bộ: Tổn thất năng lượng do trở lực cục bộ: sự thay đổi tiết diện

chảy, hướng chảy bị cản trở bởi van, ống nối, chỗ đột ngột mở hay đột ngộtthu

 Đối với van hay khúc nối, tổn thất được biểu diễn:

Hf f L vegD



2 2

Le: Chiều dài tương đương của van hay khớp nối, là chiều dài của 1đoạn ống thẳng có cùng sự mất mát năng lượng Hf với van hay khúc nối trong những điềukiện 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

ΔPv1/ρgPv3/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPm1/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPm2/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPm3/ρgρgg (cmH2O)

(cmH2O)

ΔPv1/ρgPm2/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPong1/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPong2/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPong1/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPong2/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPv1/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPv2/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPv1/ρgρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPv2ρgg (cmH2O)

ΔPv1/ρgPong/ρgρgg

(cmH2O)

ΔPv1/ρgPm/ρgρgg (cmH2O) Q(lít/ρgs) V(cm/ρgs) f Re

3 Thí nghiệm 3:

Mở hoàn toàn

STT ΔPv1/ρgPvan/ρgρgg

(cmH2O)

ΔPv1/ρgPm/ρgρgg (cmH2O)

Q (lít/ρgs) V (cm/ρgs) V 2 /ρg2g f Re l e

Q (lít/ρgs) V (cm/ρgs) V 2 /ρg2g f Re l e

STT ΔPv1/ρgPvan/ρgρgg (cmH2O) ΔPv1/ρgPm/ρgρgg (cmH2O) Q (lít/ρgs) V (cm/ρgs) V 2 /ρg2g f Re l e

Lưu lượng van theo áp suất

- Từ đồ thị lưu lượng Q theo độ mở của van ta xác định được các lưulượng.

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

2

Kết quả thí nghiệm cho thấy kết luận trên đúng

 Sự phụ thuộc của Cm và Cv theo Re:

Theo phương trình (*) hệ số lưu lượng tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chảy và tỷ lệ nghịch

với P Re tăng > P tăng, do đó C tănghay giảm tuỳ 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 (tổn thất áp suất của màng lớn hơn so với Venturi) nên khi sử dụng lưulượng 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 thuỷ lực f=f2(Re)

 Khu vực chảy rối thành nhám thủy lực f=f3(Re, /d)

 Khu vực chảy rối thành hoàn toàn nhám f=f4(/d)

 Theo thực nghiệm: Giản đồ hệ số ma sát theo Re: gồm 2 vùng:

 3000<Re<30000: Hệ số ma sát giảm khi Re tăng Theo lý thuyết, do

D



không đổi nên đường biểu diễn f theo Re không phụ thuộc chiều dàiống Nhưng thực nghiệm cho thấy chiều dài ống cũng ảnh hưởng đến f.Nguyên nhân có thể là do độ nhám của thành ống không đồng đều trongsuốt chiều dài ống, do đóng cặn

Trong vùng này, f có thể đựơc tính theo công thức Re = Re1 / 4

316.0

, nhưng sai số khá lớn sovới thực nghiệm (Bởi vì điều kiện tiến hành thí nghiệm không hoàn toàn giống nhau, ốngtrong phòng thí nghiệm có thể bị đóng cặn, rỉ sét, do quá trình xác định tổn thất cột ápkhông 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 một vài áp suất:

Theo đồ thị ta thấy, ứng với một giá trị tổn thất cột áp nhất định, lưu lượng tăng theo độ

mở 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 khảnăng cản trở dòng chảy càng nhỏ, chiều dài tương đương càng bé Chiều dài tương đươngnhỏ 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 đồ nên đây là van cầu, được sử dụng khi cần lưu lượng nhỏ

và khi muốn điều chỉnh lưu lượng tăng hoặc giảm với lượng nhỏ

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

2 Sai số mắc phải khi làm thí nghiệm:

 Các giá trị tổn thất cột áp được xác định bằng mắt và dao động liên tụcnên khi đọc kết quả sẽ có sai số do người thí nghiệm Một vài số liệu đượcxác định bằng cách dựa vào kết quả của thí nghiệm trước nên sẽ dẫn đếnhiện tượng sai số lặp lại nhiều lần

 Các ống dẫn trong thí nghiệm có độ nhám không đồng nhất, sự gỉ sétkhông đều bên trong ống dẫn đến độ nhám thành ống không đều, bị đóngcặn

 Sự rò rỉ nước ở dọc đường ống xảy ra trong suốt quá trình thí nghiệm nên

có thể dẫn đến tổn thất năng lượng

 Sự hoạt động không ổn định của bơm

 Độ mở của van không đồng nhất trong suốt quá trình thí nghiệm

 Xác định thời gian của một lưu lượng nhất định bằng cách dùng đồng hồbấm giây nên cũng là một nguyên nhân gây ra sai số do người thí nghiệm

VI PHỤ LỤC:

1 Đổi đơn vị:

Nước 30oC :  = 0.8 Cp = 0.8.10-3Pa.s  = 996kg/m3 = 996g/lít

Ống 1” D = 0.026mỐng ½” D = 0.0139m

2

4

2 4

2

1 2 4 1

Q P

g

V C



 6 2

59 1

L f g

V L

g D g

L f g

V f

D g g

1 Bộ môn máy - thiết bị, “Thí nghiệm quá trình - thiết bị”, 9/2003.

2 Bộ môn cơ lưu chất, giáo trình “Cơ lưu chất”, tập thể giản viên bộ môn cơ lưuchất

3 Trần Hùng Dũng - Nguyễn Văn Lục – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Cácquá trình và thiết bị công nghệ hoá chất-thực phẩm”, tập 1, “Các quá trình cơhọc”, quyển 2, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM