báo cáo mạch lưu chất

báo cáo mang tính chất tham khảo để giúp các bạn có thể xem xét và đóng góp ý kiến. Nếu các bạn thấy hay có thể tải về để chỉnh sửa và sử dụng. Bài báo cáo về mạch lưu chất giúp ta nghiên cứu về các dòng chảy và các cách xác định về các loại dòng chảy

III PHÚC TRÌNH:

1/ SỐ LIỆU VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU:

Thí nghiệm 1

m(cm

v (cm H2O) Lần 1

Lần 2

Tính trung bình kết quả của 3 lần thí nghiệm ta có bảng số liệu mới :

m(cm

v

(cm H2O)

- Khối lượng riêng của nước: ρ = 995 kg

m3

- Độ nhớt của nước: μ = 0.0008 Ns

m2

- Trọng lượng riêng của nước: γ = ρ.g = 995.9,81 = 9761 N

m3

- Gia tốc trọng trường: g = 9,81 m

s2

- 1 mmH2O =9.81 N

m2 => 1 cm H2O = 98.1N

m2

-Ở chế độ mở hoàn toàn:

- Lưu lượng: Q=

W

t =

13 27

40 =0 332 (lít/s)

- Ta có:

ΔPP m

ρg =

ΔPP m.98.1

13.9 x.98.1 995.9,81 =0.13928mH2O =13.97 cm H2O

- Ta có:

ΔPP v

ρg =

ΔPP v.98.1

ρg .100=

10.9x 98.1 995.9,81 =0.10955mH2O =10.955 cm H2O

- Vận tốc qua màng chắn và venturi: V =

4Q

πdd2 =

4.0,332 1000

3,14.0,0172

= 1.463 m/s (với d = 17 mm: đường kính lỗ của venturi và màng chắn)

- Re =

ρVd

μ =

995 x1.463x 0.017

- Hệ số của màng chắn:

o Cm = V √γ(1−β4)

2gΔP Pm =1.463x √9761 x(1−(0.0170.04 )4)

2 x9.81x(13.9 x98.1) = 0.869

- Hệ số của venturi:

o Cv = V √γ(1−β4)

2gΔP Pv = 1.463x √9761 x(1−(0.0170.04 )4)

2 x9.81x(10.9 x98.1) = 0.98

Tính toán tương tự như trên cho các chế độ mở khác ta thu được kết quả như sau: ST

T Chế

độ

mở

W(lít ) t(s) (lit/sQ

)

ΔP P m

g (c

m H2O)

ΔP P v g

(cm H2O)

V(m/

3091 1

0.86 9

0.98 2

2982 4

0.87 9 1.01 5

3 ½ 12.47 40 0.31

2 13.23 10.05 1.374 29047 0.891 1.025

2244

Đồ thị lưu lượng Q theo ΔP P m

g và ΔP P m

g

0.220 0.240 0.260 0.280 0.300 0.320 0.340

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

mang venturi

Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo Re

22000 23000 24000 25000 26000 27000 28000 29000 30000 31000 32000

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Cm Cv

Thí nghiệm 2:

STT Chế độ mở ΔpPm (cm H2O) theo ống A ΔpP ống A (cm H2O)

STT Chế độ mở ΔpPm (cm H2O) theo ống B ΔpP ống B (cm H2O)

STT Chế độ mở ΔpPm (cm H2O) theo ống C ΔpP ống C (cm H2O)

STT Chế độ mở ΔpPm (cm H2O) theo ống D ΔpP ống D (cm H2O)

Tính thừa số ma sát trong ống dẫn

 Ống A:

Ở chế độ mở hoàn toàn:

- Ta có:

ΔPP m

ρg =

ΔPP m.98

ρg .100=

2.1.98.1

995.9 ,81100=2.110 cmH2O

- Ta có:

ΔPP

ρg =

ΔPP.98

ρg .100=

0.3.98.1

995 9,81 100=0.302 cmH2O

Từ kết quả tính toán trong thí nghiệm 1 ta vẽ được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Q

và

ΔP Pm

ρg , phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa chúng là:

7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

f(x) = 0.03 x + 0.01 R² = 0.99 f(x) = 0.02 x + 0R² = 1

Chart Title

mang Linear (mang) venturi Linear (venturi)

Q = 0.023

ΔP Pm

ρg + 0.002

- Lưu lượng: Q = 0.023 x 2.110 +0.002 = 0.051 (lít/s)

- Vận tốc dòng: V=

4 Q

πdd2 =

4 x0.051

1000

3.14 x0.0292 = 0.077 m/s (với d=29mm: đường kính trong của ống A)

- Thừa số ma sát trong ống A: f =

ΔPP.2.g.d

LV 2

=

0.302x 2x 9.81x 0.029 1.5x 100x 0.0772 = 0.195 ( với L=1.5m: chiều dài của ống A)

- Chuẩn số Reynolds: Re =

ρVd

μ =

995 x0.077 x0.029

Tính tương tự như trên cho các độ mở khác nhau của ống A ta được kết quả thể hiện trong bảng số liệu sau:

Chế độ mở

ΔPP

ρg ( cm

H2O)

ΔP Pm

ρg ( cm

H2O)

Q (lít/

¾ 0.503 4.322 0.101 0.154 0.081 5540

Thực hiện phép tính tương tự như tính cho ống A với việc sử dụng số liệu đo được cho

từng ống B, C, D trong thí nghiệm 2 và đường kính trong ống B,C, D lần lượt là: 22mm, 17mm, 13.5mm, chiều dài ống B, C, D là 1.5m thì ta tính được kết quả như sau:

 Ống B:

Chế

độ

mở

ΔPP

ρg ( cm H2O)

ΔP Pm

 Ống C:

Chế

độ

mở

ΔPP

ρg ( cm H2O)

ΔP Pm

ρg ( cm

H2O)

½ 8.342 3.819 0.090 0.396 0.118 8373

 Ống D:

Chế độ

ρg ( cm

H2O)

ΔP Pm

ρg ( cm

H2O)

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

ống A ống B ống C ống D

Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa f và Re

Thí nghiệm 3:

3/4

Tính chiều dài tương đương của van:

Ở chế độ van 5 mở hoàn toàn và van 6 mở hoàn toàn :

- Ta có: ΔPP m=

ΔPP m.98.1

5,6.98.1

995.9,81 100=5.628 cmH2O

- Ta có: ΔPPv= ΔP Pv.98

ρg .100=

0.3.98.1

995.9,81 100=0.302 cmH2O

- Lưu lượng: Q = 0.023x5.628 + 0.002 = 0.131 lít/s

- Vận tốc dòng: V=

4 Q

πdd2 =

4 x0.131

1000

3.14 x0.042 = 0.104 m/s = 10.4 cm/s

-V2

2 g =

0.1042

2x 9.81 = 0.000551

- Chuẩn số Reynolds : Re=

ρVd

μ =

995 x0.104 x0.04

0.0008 = 5174

Từ thí nghiệm 2 ta vẽ được đồ thị quan hệ giữa f và Re Phương trình biểu diễn mối quan

hệ giữa chúng là:

2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

f(x) = − 0 x + 0.27 R² = 0.94

ống A

ống A Linear (ống A)

Re

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của f theo Re của ống A

f = -3x10-5.Re + 0.267

Thừa số ma sát: f = -3x10-5.Re + 0.267 = -3x10-5x2761 + 0.267 = 0.184

- Chiều dài tương đương: le =

ξdd

f =

0.04 x0.04

0.184 = 0.0087 m

(với ξd = 0.04 ứng với trường hợp ống mở hoàn toàn, d= 40mm: đường kính ống )

Thực hiện phép tính tương tự như trên cho các chế độ mở khác nhau của van 6 ta tính

được các kết quả như sau:

Độ

mở

ΔP Pvan ρg

(cmH2O)

ΔP Pm ρg

(cmH2O )

Q

0.00055

0.00055

½ 0.322 5.226 0.122 0.097

0.00048

0.00009

Dùng số liệu đo được trong thí nghiêm 3 và trở lực theo độ mở của van khi van 5 mở ¾ ;

½ lần lượt là: ξd =0,26; ξd =2,06 rồi thực hiện tính toán tương tự như trên cho các độ

mở khác nhau của van 5 , kết quả tính toán thu được thể hiện trong bảng sau:

- Trường hợp van 5 mở 3/4:

Độ

mở

ΔP Pvan

ρg

(cmH2O)

ΔP Pm ρg

(cmH2O )

- Trường hợp van 5 mở 1/2 :

mở

ΔP Pvan

ρg

(cmH2O)

ΔP Pm ρg

(cmH2O )

0.00046

0.00042

0.00027

0.00001

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0.140

HT 1/2 3/4

Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của lưu lượng Q theo độ mở van

III 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 :

V =C√(ΔPP.2 g 1− β4) 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 ΔPP

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 thuận với vận tốc dòng chảy và tỉ lệ nghịch với ΔPP (V) Re tăng kéo theo ΔPP tăng do đó C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay ít của Re và ΔPP

 So sánh lưu lượng kế màng và venturi :

Do ΔPP m > ΔPP 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

ε D

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 =

0.316

Re1/4

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) và phạm 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 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, khả năng cản trở dòng chảy càng nhỏ, chiều dài tương đương càng bé Chiều dài tương 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 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 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 đóng cặn…

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 ống không đều

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

Trong lúc thí nghiệm ống bị rò rỉ

3 Mục đích sử dụng van

Điều chỉnh lưu lượng chất lỏng dựa vào độ mở của van , nhờ đó mà giảm trở lực ma sát và trở lực cục bộ , giảm tổn thất năng lượng Để giảm trở lực trên ông dẫn ta có thể giảm chiều dài ống, tăng đường kính ống (ΔpPm sẽ giảm ) Giảm hệ số trở lực  , và  bằng cách chọn ống , van và độ mở của van

* Tài liệu tham khảo:

- Tập 3: Quá Trình Thiết Bị Và Truyền Khối - Võ Văn Bang - Vũ Bá Minh

- Giáo trình Thí Nghiệm Quá Trình và Thiết Bị

- Bài tập Truyền khối tập 3 - Trịnh Văn Dũng