Nhận thấy được sự sụt giảm mức năng lượng của dòng chảy trong hệ thống ống phức tạp. So sánh kết quả thu được dựa vào đo đạc thực tế và từ tính toán lý thuyết. Vận tốc trong ống phân bố không đều trên mặt cắt ngang dòng chảy. Khi tiến hành thực nghiệm để tính toán sẽ mắc phải nhiều sai số đo: Đọc chỉ số các áp kế không chính xác, đo xác định kích thước sai, áp kế bị hư hoặc chạy không cố định,…
Trang 1BÀI 6
TỒN THẤT NĂNG LƯỢNG KHI CHẤT LỎNG CHẢY TRONG ỐNG
I- MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
- Nhận thấy được sự sụt giảm mức năng lượng của dòng chảy trong hệ thống ống phức tạp
- So sánh kết quả thu được dựa vào đo đạc thực tế và từ tính toán lý thuyết.
II CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
- Năng lượng của dòng chảy trong ống bao gồm thế năng độ cao, thế năng
áp suất và động năng
+ Chất lỏng lý tưởng (không có độ nhớt, sự dịch chuyển của chất lỏng không ma sát)
E vào = Era
+ Chất lỏng thực (quá trình chảy sẽ phát sinh một ma sát nội làm tiêu hao năng lượng của dòng chảy, phần năng lượng tiêu hao đó được gọi là tổn thất năng lượng Eloss của dòng chảy)
Evào = Era + E loss
ra
- Phương trình Bernouli cho chất lỏng thực chảy trong ống
2 2 2 2
2 1 1
2
2 + = + + + ∑h w−
g
V g
P Z g
V g
P
ρ
Trong đó:
Z: chiều cao hình học từ mặt cắt ngang dòng chảy (1 và 2) đến mặt phẳng chuẩn Z=0 (m)
P: áp suất của dòng chảy tại mặt cắt ngang đang xét (Pa)
ρ: khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3)
g: gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s)
V: vận tốc dòng chảy (m/s)
∑h w1 − 2: tồng các tổn thất của dòng chảy trong đoạn 1-2 (m cột chất lỏng)
- Tổn thất chia thành 2 dạng:
+ Tổn thất cục bộ: xuất hiện khi dòng chảy đi qua một chướng ngại, chổ uốn cong, đột thu, đột mở, hoặc một sự bất thường làm thay đổi dòng chảy Tổn thất cục bộ được tính theo công thức:
g
V
h c
2 2
ξ
=
Với hc: là tổn thất cục bộ (m)
ξ: là hệ số trở lực cục bộ, xác định bằng thực nghiệm hoặc có thể tìm thấy
trong các sổ tay chuyên dùng
Trang 2+ Tổn thất ống thẳng: xảy ra khi chất lỏng chảy trong ống thẳng và được xác định bằng công thức
g
V D
L
h d
2
2
λ
=
Với L: độ dài ống (m)
D: đường kính ống (m)
λ: hệ số ma sát, được xác định bằng giãn đồ Moody hoặc Fanning
- Tổng tổn thất trên đoạn ống sẽ bắng tổng tổn thất cục bộ và tổng tổn thất ống thẳng
∑h w1 − 2 = ∑h c1 − 2 + ∑h d1 − 2
III TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:
- Đo đường kính, chiều dài của các đoạn ống của thiết bị
- Xác định kích thước các co, các cút chuyển đổi đường kính
- Đo chiều cao tính từ mặt đất đến vị trí của các áp kế
- Cho nước vào hệ thống, điều chỉnh lưu lượng, đọc giá trị áp suất trên các
áp kế và ghi lại kết quả
IV BÁO CÁO KẾT QUẢ:
Sơ đồ đường ống thí nghiệm:
L9 P2 L2 L7 L8
3 L1 P1 1
L6
29 L3 26
76
L4 73 31
43
Trang 3* Các thông số đo đạc:
-Chiều dài L, đường kính D của ống
- Chiều cao
H1 = 76 cm = 0,76 m
H2 = 43 cm = 0,43 m
H3= 73 cm = 0,73m
- Áp suất
P2 = 0.75kg/cm2 = 76452 Pa
P2 = 0.65kg/cm2 = 66258 Pa
P3= 0,52kg/cm2 = 53007 Pa
- Lưu lượng
Q = 14 l/phút = 2,33.10-4 m3/s
* Các thông số khác cần biết:
- Độ nhớt của nước ở 30oC
µ = 0,8.10-3 N.s/m2 = 0,8.10-3 Pa.s
- Khối lượng riêng của nước ở 30oC
ρ = 995,68 kg/m3
- Gia tốc trọng trường
g = 9,81 m/s2
- Hệ số trở lực cục bộ ξ,đường kính d của khớp nối
- chiều cao gờ nhám
ε = 0,015 mm =1,5.10-5 m
* Kết quả thí nghiệm
- Công thức tính toán trên ống thẳng
Vận tốc nước chảy trong ống: V = 2
.
4
D Q
π
Trang 4Chỉ số Reynolds: Re = µ
ρ
.
.V
D
Hệ số:
D
ε
=> f => λ
Tổn thất thẳng: hd =
g D
V L
2
.
2
λ
D
/
Tổng tổn thất thẳng:
∑h d =0.02244637+0.01234169+0.01234169 = 0.367335772 m
- Công thức tính toán trên các khớp nối
Vận tốc nước chảy trong các khớp nối: v = 2
.
4
d
Q
π
Tổn thất cục bộ: hc =
g
v
2
2
ξ
Tổng tổn thất cục bộ:
∑h c = 3.9,4842.10-6+2,44.10-6+4.4,17.10-5=0.000197811 m
+ Tổng tổn thất trên đoạn ống (Lý thuyết):
∑h w1 − 2 = ∑h d + ∑h c = 0.367335772 + 0.000197811 =0.367534 m + Phương trình Bernoulli cho hệ thống (Thực tế):
2 2 2 2
2 1 1
2
2 + = + + + ∑h w−
g
V g
P Z g
V g
P
ρ ρ
Trang 5=> ∑h w1 − 2 = Z1 – Z2 + P1 .g P2
ρ
−
+
g
V V
2
2 2
2
1 −
81 , 9 2
16109342
1 35343628
0 81 , 9 68 , 995
19700 54175
98 , 0 775
,
* Câu hỏi thảo luận:
- Qua quá trình thí nghiệm, ta thấy:
+ Vận tốc trong ống phân bố không đều trên mặt cắt ngang dòng chảy
+ Khi tiến hành thực nghiệm để tính toán sẽ mắc phải nhiều sai số đo: Đọc chỉ số các áp kế không chính xác, đo xác định kích thước sai, áp kế bị hư hoặc chạy không cố định,… Nên kết quả tính toán năng lượng tổn thất thực tế lớn hơn tổn thất lý thuyết Vận tốc trong quá trình tính toán là vận tốc trung bình mặt cắt dòng chảy, có dẫn tới sai số như đã kể khi dòng chảy với vận tốc thực phân bố không đều