Báo cáo thực hành quá trình thiêt bị chuyển khối truyền nhiệt

Với mỗi loại ống, ta cố định lưu lượng dòng nóng đo nhiệt độ của nó, rồi thay đổi lưu lượng dòng lạnh, ứng với mỗi giá trị của lưu lượng ta đo nhiệt độ của chúng 3.. Kết quả Với mỗi thí

Bài thí nghiệm 1: TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

- Thiết lập cân bằng nhiệt lượng

2 Tiến hành thí nghiệm

Tiến hành các thí nghiệm với các loại ống khác nhau với chế độ dòng chảy khác nhau Với mỗi loại ống, ta cố định lưu lượng dòng nóng đo nhiệt độ của nó, rồi thay đổi lưu lượng dòng lạnh, ứng với mỗi giá trị của lưu lượng ta đo nhiệt độ của chúng

3 Kết quả

Với mỗi thí nghiệm, ta đo lưu lượng và nhiệt độ của dòng nóng và dòng lạnh, từ đó tính được nhiệt lượng trao đổi, tổn thất nhiệt Xác định được các chuẩn số Re, Nu, Pr, tính hệ số truyền nhiệt dài theo thực nghiệm và theo lý thuyết, dựng đồ thị K1, K1 theo Re

II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM

Truyền nhiệt trong thiết bị dạng ống lồng ống là sự truyền nhiệt phức tạp giữa hai lưu chất để ngăn cách Phương thức truyền nhiệt:nhiệt đối lưu từ vách ngăn đến lưu chất (ngược

lại) và dẫn nhiệt qua thành ống kim loại

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

QG C t1 1( V1t V2) G C t2 2( R2 t V2), ( W)

G G1, 2:Lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh (kg/s)

C C1, 2: Nhiệt dung riêng của lưu chất (J/kg.độ)

t V1,t V2:Nhiệt độ vào của dòng nóng ,lạnh (0

Với L: chiều dài ống, m

K L: Hệ số truyền nhiệt dài, W/mK

tlog : chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit,K

l n

logln

tr ng

r d

.2

11







d ng,d t: đường kính ngoài và đường kính trong của ồng truyền nhiệt ,m

 : hệ số dẫn nhiệt của của kim loại làm ống,W/mK

d b : đường kính lớp bẩn,m

rb: nhiệt trở của lớp cáu

 Hệ số cấp nhiệt 1 ,2 giữa vách ngăn và các dòng lưu chất được tính từ chuẩn số Nu:

R i t

n m

A

Pr

Pr Pr Re

25 , 0

Các hệ số A, n, m, i, R là các hệ số thực nghiệm, tùy thuộc vào các yếu tố sau:

 Chế độ chảy của các dòng lưu chất

 Sự tương quan giữa dòng chảy và bề mặt truyền nhiệt

 Đặc điểm bề mặt truyền nhiệt( độ nhám, hình dạng )

- Xác định chế độ chảy của lưu chất bằng chuẩn số Re:



wl



Re (6) Trong đó:

 w: vận tốc dòng, m/s

  : độ nhớt động học của lưu chất, m2/s

 l : kích thước hình học đặc trưng, m Trường hợp dòng lưu chất chuyển động qua tiết diện không tròn, l được tính với đường kính tương đương dtđ

 F: diện tích mặt cắt ( tiết diện ngang mà dòng lưu chất chuyển động qua),m2

 : chu vi tiết diện ướt ( chu vi mà chất lỏng tiếp xúc với bề mặt trao đổi nhiệt ),

m

  : được xác định ở nhiệt độ trung bình của dòng lưu chất

- Xác định chuẩn số Nu cho phương thức chảy ngang (ống kiểu B):

3 10 Re

5  

25 , 0 38

, 0 5 , 0

Pr

Pr Pr Re 5 ,





6 5

10 2 Re 10

Pr

Pr Pr

Re 023 ,

0 43 , 0 33 , 0

Pr

Pr Pr Re 15 ,

 Chế độ chảy chuyển tiếp: 2320 < Re < 10.000

1

25 , 0 43

, 0

Pr

Pr Pr

Giá trị C phụ thuộc vào Re:

Re.10-3 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 3 4 5 6 8 10

C 1,9 2,2 3,3 3,8 4,4 6 10,3 15,5 19,5 27 33

 Chế độ chảy rối Re > 104:

25 , 0 43

, 0 8 , 0

Pr

Pr Pr Re 021 ,

 Chuẩn số Gr:

2

3



l g

Trong đó:

 t: hiệu nhiệt độ giữa thành ống và lưu chất

  : hệ số giãn nở thể tích, 1/K

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

 Prv: Chuẩn số Prandtl của lưu chất được xác định ở nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình của thành ống

Nếu nhiệt độ của thành ống (vách) không biết, việc tính toán có thể thực hiện theo trình tự sau:

Hình: Sơ đồ phân bố nhiệt độ khi truyền nhiệt

giữa các lưu chất qua vách ngăn

2 2 2

1 1 1

t t t

t t t

Ta thực hiện phép tính lặp

Khởi điểm ta chọn gần đúng hiệu số giữa nhiệt độ lưu chất và vách ngăn như sau:

2ReRe

Hiệu số nhiệt độ log biểu diễn như sau:

 0 1 2log 1 2 C t t

Suy ra:

tV1

t1

Δtlog ΔtV

Δt1

Δt2

1 2 2

l

Nu

  W/m2.K Trong đó:

 : hệ số dẫn nhiệt của lưu chất, W/mK

 l: kích thước hình học đặc trưng, m

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

2 2 1 1



t K



t K



 Sai số cho phép là 5% nếu chưa đạt, quá trình tính được lặp lại với giá trị Δt1, Δt2 mới này

III DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

1 Thiết bị thí nghiệm

Hệ thống thiết bị thí nghiệm (xem hình ) có 3 kiểu kết cấu bề mặt truyền nhiệt như sau:

- Kiểu A : loại ống có cánh tản nhiệt

- Kiểu B : loại ống lồng ống mà lưu chất chảy ngang mặt ngoài của ống trong, hai dòng lưu chất có phương vuông góc nhau

- Kiểu C : loại ống lồng ống đơn giản, lưu chất chảy dọc mặt của ống trong ,hai dòng chảy có phương song song nhau

3 Phương pháp thí nghiệm

Sau khi chuẩn bị và làm quen với thiết bị ta cần đo các đại lượng : lưu lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt độ vào, ra của các dòng nóng và dòng lạnh: t V1,t R1,t V2,t R2

CHÚ THÍCH

A Điện trở đun nước

B Nồi đun nước nóng

C Bơm nước nóng

D Lưu lượng kế

E Ống kép kiểu B

F Ống kép kiểu C

G Bảng Điện Điều Khiển

V Các valve

a Công tắc tổng

b Công tắc bơm

c Công tắc điện trở đun nóng

d Đồng hồ hiển thị nhiệt độ

N3, N4 , N5 , N6: các vị trí đo nhiệt độ

B1: Chuẩn bị:

+ Nước có trong nồi, Kiểm tra các van V10, V1, V6 mở; V2, V3, V4, V5, V7, V8, V9, V11 đóng

B2 Đo lưu lượng dòng nóng:

+ Mở van V4, V5; đóng van V6

+ Mở bơm

+ Quan sát và chỉnh lưu lượng

+ Tắt bơm

B3 Đo lưu lượng dòng lạnh:

+ Mở van V7 (2vòng), V9 (một góc 15 độ) V6, V2, V3; đóng van V4, V5

+ Quan sát và chỉnh lưu lượng

B4 Đo nhiệt độ

+ Mở bơm

+ Aán các nút tương ứng trên bản điện để đo nhiệt độ các số liệu cần thiết

+ Tắt bơm

1 Khảo sát ống kép kiểu B đo lưu lượng dòng lạnh trước dòng nóng sau:

Các van cũng ở trạng thái tương tự như phần 1 nhưng tháo tác thì làm ngược lại

2 Khảo sát ống kép kiểu C đo lưu lượng dòng nóng trước dòng lạnh sau:

Tiến hành thí nghiệm giống như thí nghiệm 1 nhưng V10 &ø V11 và V8 &V9 trao đổi vị trí cho nhau

3 Khảo sát ống kép kiểu C đo lưu lượng dòng lạnh trước dòng nóng sau:

Tiến hành thí nghiệm giống như thí nghiệm 2 nhưng V10 &ø V11 và V8 &V9 trao đổi vị trí cho nhau

IV KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

1 Bảng số liệu từ phòng thí nghiệm

Bảng 1: Số liệu từ phòng thí nghiệm ống B, ống C

2 Các bảng xử lý số liệu của ống kiểu B

Bảng 2: Nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng

2.103 (Ns/m2)

1 (w/mK)

2 (w/mK)

Bảng 7: Tính sai số lần 1

Bảng 8: Tính sai số lần 2

Ống B

STT t1  t2  tv1 tv2 Prv1 Prv2 Nu1 Nu2 1 2 K’ t1 %t

(%) t2 

%t2 (%)

Kl* (w/mK)

Bảng 9: Nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng

Bảng 14 Tính lặp lần 1

Ống C

ST

T t1 t2 tv1 tv2 Prv1 Prv2 Nu1 Nu2 1 2 K’ t1  %

t1 (%) t2  %

t2 (%)

1 10.68 25.12 71.67 71.52 2.53 2.53 89.22 28.6 5009 2142 1517.5 10.89 1.97 25.5 -1.49 72.04

2 15.64 22.71 65.91 65.66 2.75 2.75 87.11 45.41 4884 3383 2037.1 16.08 2.81 23.2 -2.11 94.42

3 18.79 20.26 61.46 61.06 2.91 2.93 85.87 60.52 4809 4478 2367.7 19.35 2.98 20.8 -2.6 108.39

4 20.63 18.43 57.17 56.78 3.08 3.09 84.33 72.07 4710 5297 2542.5 21.23 2.91 18.9 -2.49 115.76

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa Re – K l ,K l *

V BÀN LUẬN

Thiết bị truyền nhiệt kiểu ống lồng ống thường được dùng để đun nóng hay làm nguội các lưu chất không kèm theo quá trình chuyển pha Thiết bị thường gồm các ống truyền nhiệt không có cánh tản nhiệt, thích hợp cho các TBTN lỏng – lỏng, khí – khí, ít khi dùng cho thiết bị ngung tụ hay bốc hơi

 Chủ yếu truyền nhiệt được thực hiện là nhờ sự trộn lẫn các lớp lưu chất trong và ngoài xa trục của dòng chảy

- Nhược điểm: phụ tải nhiệt bé

1 Tổn thất nhiệt là đáng kể

Thể hiện ở việc nhiệt lượng mất đi của dòng nóng lớn hơn nhiều so với nhiệt

nhận vào của dòng lạnh

Nguyên nhân :

- Nhiệt làm cho hệ thống ống nóng lên

- Nhiệt lượng truyền qua ống qua môi trường

- Ngoài ra còn do sai số thao tác do khi đọc đồng hồ nhiệt độ

2 Nguyên nhân gây ra sai số

- Có thể hệ thống chưa ổn định đã thực hiện đo số liệu

- Đọc nhiệt độ không cùng thời điểm, nhiệt độ không ổn định

- Bơm lưu chất hoạt động không ổn định ( do điện không ổn định)

- Sự rò rỉ chất lỏng trong hệ thống ống

- Các ống này nối lại thành một hệ thống bởi đó sẽ có sự truyền nhiệt lẫn nhau trong toàn hệ thống

- Thất thoát nhiệt do sự trao đổi nhiệt giữa ống với môi trường bên ngoài

- Do quá trình xử lý kết quả không chính xác

2.1 Aûnh hưởng của sai số đến quá trình tính toán

- Sai số dây chuyền trong quá trình tính toán

- Sự dẫn nhiệt của ống dẫn đến tổn thất Q lớn hơn nhiều trong lý thuyết

- Ngoài ra khi ta tính nhiệt độ bề mặt của ống theo công thức cuả tài liệu thì thực tế tb (nhiệt độ chất bẩn ) này càng nhỏ hơn do đó có sự truyền nhiệt ra môi trừơng , sai số này sẽ ảnh hưởng đến giá trị Nu, , KL

Biện pháp khắc phục sai số

- Ta cần thao tác thí nghiệm chính xác

- Lúc đồng hồ đã ổn định mới đọc được

- Lưu chất cần nên sạch

- Đọc chính xác số liệu, bằng các đọc gía trị trung bình trên đồng hồ đo

3 Sự khác nhau của K L và K *

 Ống làm bằng đồng không nói rõ có nguyên chất hay không làm ảnh hưởng đến giá trị Cu, nếu ta chọn Cu lớn suy ra KL > K*

L , nếu Cu nhỏ suy ra KL <

K*

L

Đồ thị Re-KL và Re-K*

L ở kiểu B có cắt nhau và dạng đồ thị có phần khác nhau là do những sai số trên gây ra

Bài thí nghiệm 2: MẠCH LƯU CHẤT

1 Mục đích thí nghiệm

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, bơm ly tâm cao áp cùng các bộ phận nối ống như cút, van chữ T nhằm xác định tổn thất năng lượng dòng chảy qua đường ống có kích cở khác nhau, độ mở valve khác nhau

2 LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM

2.1 Lưu lượng kế màng chắn và venturi

Màng chắn Ống venturi

Dùng sự giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua chúng để đo lưu lượng

)1(

2.4

 : Độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi , mH2O

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

 , tỉ số đường kính cổ venturi hay lỗ màng chắn trên đường kính ống

2.2, Tổn thất năng lượng do sự chảy trong ống dẫn

Khi lưu chất chảy trong ống, xảy ra hiện tượng mất năng lượng do ma sát ở thành ống và do trở lực cục bộ tại những vị trí có tiết diện ống thay đổi, thay đổi h7ướng dòng chảy…

 Tổn thất do ma sát

g

V D

L f

H d

2

2

f: hệ số ma sát, phụ thuộc vào chế độ chảy (Re)

+ Chế độ chảy tầng : Re<2320

Re

64



f

+ Chế độ chảy rối thành trơn thủy lực

Nikuradse 3000<Re<105 1 2log(Re f )0.8

f

Blasius 1/4

Re

316 0



f

Cônacốp Re>105 2

)5.1Relog8.1(

1





f + Chế độ chảy rối thành nhám thủy lực

Re

6811

3 THIẾT BỊ VÀ CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

3.1 Dụng cụ & thiết bị

 Một hệ thống ống dẫn và van có kích thước khác nhau, lắp đặt như trong tài liệu hướng dẫn

 Bơm

 Đồng hồ đo

3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm

Thiết lập dong lưu chất chảy qua thiết bị bằng cách đóng mở các Van

Chỉnh lưu lượng bằng các van điều khiển

Đo độ giảm áp suất thủy tĩnh bằng áp kế cột nước

a.Thí nghiệm 1

Thiết lập mối quan hệ giữa lưu lượng thể tích và và tổn áp của dòng chảy qua Ventury và Màng chắn

Tiến hành thí nghiệm:

B1 Kiểm tra các van (V14 luôn đóng)

B2 Bơm tuần hoàn: mở công tắc bơm: mở V5, V6, V9 , V13 Để chỉnh lưu lượng thay đổi vòng mở van 13 , nước bên trong mạch đi tuần hoàn lại, một phần tuần hoàn về bình nhựa, một phần hoàn lưu về bình chứa

b.Thí nghiệm 2

Đo tổn thất áp suất dòng chảy qua các đoạn ống thẳng có kích thước  (30/32; 25/27; 14/16) và màng chắn

Xác định hệ số ma sát trên đường ống

Vận dụng thí nghiệm 1, chỉ đóng van 13 và mở các van tương ứng với các ống cần đo Chú ý các van chỉ được mở trước khi mở bơm

c.Thí nghiệm 3

Đo giá trị tổn thất áp suất của dòng chảy qua các van và màng tương ứng với nhiều độ mở của V9 (mở ½ van; mở nguyên van)

4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Bảng 1: Lưu lượng lưu chất qua hệ thống thiết bị

.2

V f

D g P

2

2

V f

D g P

2

2

V f

D g P

Độ mở van 1/4

2

2

V f

D g P

2.4

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

V2 và  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 tbuận 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 màng sẽ cho kết quả lưu lượng

chính xác hơn

 So sánh kết quả thực nghiệm và lý thuyết (màng chắn) :

Kết quả thực nghiệm chỉ tương ứng với lý thuyết trong giai đoạn có Re nhỏ

Re càng tăng, đường thực nghiệm càng xa đường lý thuyết Nguyên nhân là do trong quá trình đo, lưu lượng tăng càng làm cho các số liệu đo được (chênh lệch cột áp) dao động mạnh, không ổn định, kết quả xác định tổn thất cột áp sẽ không chính xác

5.2 Thí nghiệm 2 :

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

+ 5000 < Re < 15000 : hệ số ma sát giảm khi Re tăng Theo lý thuyết, do

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 = 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 (ống

½”, l=1.5m)

(theo công thức)

3653.10 0.2217 0.040646 9110.85 0.0545 0.032344 15525.67 0.0491 0.028309 30179.68 0.0318 0.023975

24658.42 0.0389 0.025217 42707.10 0.0283 0.021982 34095.60 0.0356 0.023255 45554.24 0.0292 0.02163 39270.82 0.0364 0.022448 49540.23 0.0273 0.021181 42923.92 0.0353 0.021954 49540.23 0.0298 0.021181 44141.62 0.0364 0.021801 50679.09 0.0292 0.021061 44446.04 0.0359 0.021764

44446.04 0.0374 0.021764

+ Re > 15000 : hệ số ma sát không đổi khi Re tăng

5.3 Thí nghiệm 3

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

5.4 Sai số mắc phải trong quá trình 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…

Tiến hành thí nghiệm:

Xem sơ đồ thí nghiệm

1)- Trước khi thí nghiệm

AK

- Đóng tất cả các van từ VL1 đến VL6 và van khí VK3, mở tối đa VK1 và VK2

- Mở máy thổi khí BK

- Mở từ từ VK3 và đóng từ từ VK1, VK2 để tăng lưu lượng dòng khí thổi hết hơi ẩm trong cột; sau khoảng 5 phút, tắt máy BK và cho máy nghỉ 10 phút

2)- Đo độ giảm áp cột khô P ck

- Vận động các van VL: mở VL6 nối với nước máy để cấp nước cho đáy cột cho đến mức khoảng 3/4 chiều cao ống chỉ mức chất lỏng O rồi khóa VL6 lại; cột nước này để giữ kín không cho khí thoát ra ở đáy cột Mở tối đa VK1, VK2

- Kiểm tra lại 2 mực nước trong áp kế P ngang nhau

- Mở máy thổi khí BK, mở từ từ VK3, đóng từ từ VK1, VK2 để tăng lưu lượng khí

G vào cột Đọc Pck trên áp kế (cm H2O) tại mỗi trị số G ở điều kiện ổn định

- Tắt máy BK, cho nghỉ 10 phút, mở lại VK1, VK2

3)- Đo độ giảm áp cột ướt P cư

- Mở máy thổi BK cho khí qua cột với lưu lượng nhỏ (khoảng 20%)

- Mở van VL1, VL2, chạy bơm lỏng BL cho hoàn lưu về N1 trong một lúc để tránh mang dơ bẩn vào lưu lượng kế L

- Mở từ từ VL3 và điều chỉnh VL2 để giữ không đổi lưu lượng lỏng L qua lưu lượng kế vào cột Mở van tháo VL4 (và VL5 nếu cần) để nước thoát về thùng N1 sao cho vẫn giữ nguyên được cột nước ở đáy cột (khoảng 3/4 chiều cao ống chỉ mực chất lỏng)

- Tăng dần lượng khí G và đọc Pcư tương ứng ở điều kiện ổn định

- Tắt BL trước rồi BK sau để tránh nước có thể tràn vào đường ống dẫn khí

4)- Rửa cột

- Mở tất cả các van VL trừ VL2, chạy bơm BL để cấp nước rửa vào cột Nước sẽ thoát ra mau nhất qua VL6 Đóng VL6 một lúc cho nước dâng lên ở đáy cột (gần đầy ống quan sát) rồi mở ra cho nước rửa thoát

- Tiếp tục làm như vậy với VL4 và VL5 để rửa sạch hai đường ống này

- Ngắt các dòng điện, thu dọn

2/ LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM

a) Độ giảm áp của dòng khí

Độ giảm áp Pck của dòng khí qua cột chêm phụ thuộc vào vận tốc khối lượng

G của khí khi cột khô (không có dòng lỏng chảy ngược chiều) Khi dòng khí chuyển động trong các khoảng trống giữa các vật chêm tăng dần vận tốc thì độ giảm áp cũng tăng theo; sự gia tăng này theo lũy thừa từ 1,8 đến 2 của vận tốc dòng khí:

P 

 ( Với n = 1,8  2 ) ( 1 ) Khi có dòng lỏng chảy ngược chiều, các khoảng trống giữa những vật chêm bị

thu hẹp lại và dòng khí di chuyển khó khăn hơn vì một phần thể tích tự do bị lượng

chất lỏng chiếm cứ, khi vận tốc khí tăng lên thì ảnh hưởng cản trở của dòng lỏng tăng

đều đặn cho đến một trị số tới hạn của vận tốc khí, lúc đó độ giảm áp của dòng khí

tăng vọt lên Điểm ứng với trị số tới hạn của vận tốc khí gọi là điểm gia trọng Nếu

tiếp tục tăng vận tốc khí quá trị số này thì ảnh hưởng cản trở hỗ tương giữa dòng lỏng

và dòng khí rất lớn, Pc tăng mau chóng không theo (1) nữa Dòng lỏng chảy xuống

cũng khó khăn: cột ở điểm lụt

Đường biểu diễn của log(Pc/Z) (độ giảm áp suất của dòng khí qua một đơn vị

chiều cao của phần chêm trong cột) theo logG (vận tốc khối lượng của khí qua cột)

dự kiến như trong hình (1)

Hình 1: Ảnh hưởng của G và L đối với độ giảm áp của cột Pc

L: điểm lụt

G: điểm gia trọng

L1, L2, L3: vận tốc khối lượng khác nhau của pha lỏng

b) Hệ số ma sát f ck theo Re c khi cột khô

Chilton và Colburn đưa ra một hệ thức liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí

qua cột chêm khô với vận tốc khối lượng của dòng khí qua cột:

w h h g ck ck

D

Z G f



22



Với:

 Z: chiều cao phần chêm (m)

 G: vận tốc khối lượng dòng khí dựa trên một đơn vị tiết diện cột (Kg/m2.s)

 D h: kích thước đặc trưng của vật chêm (m)

 g: khối lượng riêng của pha khí ( kg / m3 )

 h: hệ số điều chỉnh dùng cho vật chêm rỗng

 w: hệ số điều chỉnh ảnh hưởng của thành cột lên độ xốp của cột chêm

L = 01

L1 L2 L3

L

G

logG log(Pc/Z)

Sherwood tổng hợp kết quả của một số nghiên cứu và đưa ra trị số sau cho vòng sứ Raschig 12,7mm:

ck ck

D

Z G f P



2

22

D e  4 : đường kính tương đương của vật chêm (m)

 a: diện tích bề mặt riêng của vật chêm (m2/m3)

Hệ số ma sát fck là hàm số theo chuẩn số vô thứ nguyên Rec với Rec được tính theo công thức sau:

Với : độ nhớt của dòng khí ( Kg/m.s )

Zhavoronkov đã xác định được khi dòng khí chuyển từ chế độ chảy tầng sang chảy rối ứng với trị số Rec = 50 Trong vùng chảy rối, 50 < Rec < 7000 với cột chêm ngẫu nhiên:

2 0 Re

8 , 3

c ck

Tuy nhiên, các hệ thức tổng quát trên không được chính xác lắm vì không kể được toàn bộ ảnh hưởng của hình dạng vật chêm

c) Độ giảm áp P cư khi cột ướt

Sự liên hệ giữa độ giảm áp cột khô Pck và cột ướt Pcư có thể viết như sau:

Do đó có thể dự kiến:

fcư =  fck (7) Với  : hệ số tùy thuộc vào vận tốc khối lượng của dòng lỏng L (Kg/m2s) Leva đề nghị ảnh hưởng của L lên  như sau:

Với  tùy thuộc loại, kích thước, cách thức đặt vật chêm ( xếp ngẫu nhiên hay theo thứ tự và độ lớn của lưu lượng lỏng L Thí dụ với vật chêm là vòng sứ Raschig 12,7mm, chêm ngẫu nhiên, độ xốp  = 0,586, L từ 0,39 đến 11,7 Kg/m2.s và cột hoạt động trong vùng dưới điểm gia trọng thì  = 0,084

Một số tài liệu còn biểu diễn sự phụ thuộc giữa tỉ số

75.13



q F

G A

L L L

1

A P

1

A P

1

A P

d) Điểm lụt của cột chêm:

Khi cột chêm bị ngập lụt, chất lỏng chiếm toàn bộ khoảng trống trong phần chêm, các dòng chảy không còn đều đặn mà bị xáo trộn mãnh liệt Hiện tượng này bất lợi cho sự hoạt động của cột chêm Gọi giá trị của GL tương ứng với trạng thái này là *

L

G

Zhavoronkov kết luận rằng trạng thái ngập lụt xảy ra khi hai nhóm số sau có sự liên hệ nhất định với nhau cho mỗi cột

2 0 2

G ck

g

v a

 fck : hệ số ma sát cột khô được tính từ hệ thức liên lạc với Rec

 v : vận tốc dài của khí ngay trước khi vào cột chêm ( m/s)

 td : độ nhớt tương đối của chất lỏng so với nước

td

 = lỏng/ nước , nếu chất lỏng là nước thì td = 1

Do đó sự liên hệ giữa 1 và 2 trên giản đồ log1log2 sẽ xác định một giản đồ lụt của cột chêm, phần giới hạn hoạt động của cột chêm ở dưới đường này

Hình 2: Biểu đồ lụt của cột chêm

2) Trị số kết quả cho trường hợp L = 0,1 = 1.4144 Kg/m 2 s

(mmH 2 O )

G (Kg/m 2 s )

P cư /Z (N/m 2 m)

G (Kg/m 2 s )

P cư /Z (N/m 2 m)

P cư /Z (N/m 2 m)

5) Trị số kết quả cho trường hợp L = 0.4 = 5.6574 Kg/m 2 s

mmH 2 O

G Kg/m 2 s

P cư /Z (N/m 2 m)

P cư /Z (N/m 2 m)

P cư /Z (N/m 2 m)

8) Các kết quả, hệ thức thực nghiệm

Sự liên hệ Giá trị L Kết quả thực nghiệm