QTTB-co-hoc

 Áp suất là đại lượng vật lý biểu thị lực tác dụng lên một đơn vị diện tích... Lưu lượng là lượng lưu chất chuyển động qua một tiết diện ngang của lưu chất trong một đơn vị thời gian..

Môn học:

Quá trình và thiết bị cơ học

Giáo viên: Quách An Bình Mail: quachanbinh@gmail.com

Giới thiệu môn học

 [1] Trường Đại học Công nghiệp, Quá trình và thiết bị cơ học, Khoa Công nghệ hóa học

thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, NXB Khoa học và kỹ thuật

và thiết bị cơ học (tập1-quyển 2), NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

1.1 Tĩnh lực học chất lỏng

1.2 Động lực học chất lỏng

1.1.2 Phương trình cơ bản của tĩnh học chất lỏng 1.1.1 Những tính chất vật lý của chất lỏng

1.1.1.2 Thể tích riêng 1.1.1.1 Khối lượng riêng

1.1.1.3 Trọng lượng riêng 1.1.1.4 Tỷ trọng

1.1.1.6 Các loại áp suất 1.1.1.5 Khối luợng riêng khí lý tưởng

 Là khối lượng của 1 đơn vị thể tích lưu chất

Trong đó:

- ρ: khối lượng riêng lưu chất (kg/m3)

- Δm : Khối lượng riêng của lưu chất trong thể tích ΔV

ρ= lim (kg/m3)

ΔV

Δm

ΔV0

 Là thể tích của lưu chất trong một đơn vị khối lượng

V = 1/ρ (m3/kg)

 Là trọng lượng của một đơn vị thể tích

 Là tỷ số giữa trọng lượng riêng chất lỏng

so với trọng lượng riêng của nước

d = = = ɣd

ɣH2O ρH2O g

ρd.g ρd

ρH2O

 Là khối lượng của một đơn vị thể tích khối khí Phương trình trạng thái

 Áp suất là đại lượng vật lý biểu thị lực tác dụng lên một đơn vị diện tích Nếu lực tác dụng được phân bố đều trên diện tích bề mặt thì áp suất được tính theo công thức:

 F: Lực tác dụng (N)

 S: diện tích bề mặt chịu lực (m2)

P = (N/m F 2 )

S

 Trong kỹ thuật người ta phân biệt các loại

áp suất sau:

suất dư hoặc áp suất chân không, bằng 1 at nếu tính theo áp suất tuyệt đối

quyển và có trị số nhỏ hơn áp suất khí quyển

động lên bề mặt chịu lực Áp suất tuyệt đối

Pkq = 0

(Theo áp suất dư)

Pkq = 0

(Theo áp chân không)

Biểu diễn áp suất dư Biểu diễn áp suất chân không

 1 atm (vật lý) = 760 mmHg = 10,33

mH2O = 1,033 kg/cm2

 1 at (kỹ thuật) = 735,5 mmHg = 10 mH2O

= 1,0 kg/cm2 = 14,22 Psi = 1 bar = 9,81.104 N/m2= 9,81.104 pa

Phương trình cơ bản của tĩnh lực học chất lỏng

W: diện tích chịu tác dụng lực

P: áp lực thủy tĩnh tác dụng lên diện tích w

p= P/w : áp suất thủy tĩnh trung bình trên diện tích

 Công thức đế xác định áp suất thủy tĩnh trong khối chất lỏng tại các điểm khác nhau

Z + = const P

ρ.g

Sự cân bằng chất lỏng trong bình thông nhau

Nếu ta tăng áp suất tại mặt

thoáng lên Δp thì áp suất tại

Độ biến thiên của áp suất thủy tĩnh trên mặt giới hạn của một thể tích chất lỏng cho trước được truyền đi nguyên vẹn đến mọi điểm của thể tích chất lỏng đó

 Trường hợp 1:

mức chênh lệch mặt thoáng trong các bình tỷ

lệ thuận với mức chênh lệch áp suất trong các

 Trường hợp 2:

Nếu áp suất trên 2 bề mặt chất lỏng

lỏng trong các bình nằm trên cùng mặt phẳng

 Trường hợp 3:

quyển, còn bình kín để hở có áp suất

chất lỏng trong hai bình bằng chiều cao pazomet ứng với áp suất dư

 Áp suất trên thành bình thay đổi theo chiều sâu của chất lỏng chứa trong bình

và được tính theo công thức

PA = P0 + ρ.g.h

P0

A

hA

1.2.2 Chế độ chuyển động của chất lỏng

1.2.1 Những khái niệm

1.2.3 Phương trình dòng liên tục 1.2.4 Phương trình Bernulli

1.2.6 Trở lực trong ống dẫn chất lỏng

1.2.5 Ứng dụng phương trình Bernulli

Độ nhớt và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt

2

Lưu lượng và vận tốc chuyển động của chất lỏng

1

Lưu lượng là lượng lưu chất chuyển động qua một tiết diện ngang của lưu chất trong một đơn vị thời gian

4

 µ (Ns/m2): độ nhớt

 Độ nhớt được tính bằng lực có giá trị là 1

N làm chuyển động hai lớp chất lỏng có diện tích tiếp xúc là 1 m2 cách nhau 1 m với vận tốc 1m/s

 1 Ns/m2 = 1 kg/ms = 10P(poa) = 1000cP (centipoa)

 Khi nhiệt độ tăng:

Click xem video 1

 Lưu chất chảy tầng: Re < 2.320

 Lưu chất chảy quá độ: Re = 2.320 ÷10.000

 Lưu chất chảy xoáy (rối): Re > 10.000

w: vận tốc dòng lưu chất (m/s)

Ddt: đường kính tương đương (m)

 Chất lỏng chảy trong ống thỏa mãn các điều kiện sau:

 Không bị rò rỉ qua thành ống hay chỗ nối

 Có P và to không đổi

 Chất lỏng không bị đứt đoạn và không có bọt khí

1 2 3

 Với lưu chất lý tưởng: không có ma sát

 Z: chiều cao hình học đặc trưng

 P/ρg: Đặc trưng cho áp suất thủy tinh

 W2/2g: Đặc trưng cho áp suất động

Z + + = const P

ρ.g

w2 2.g

 Đối với chất lỏng thực do giữa các phân tử

có lực tương tác vì vậy khi chuyển động trong ống phải tiêu hao một phần năng lượng để thắng lực đường ống

w22 2.g

P2 ρ.g

PTP = Ptĩnh + Pđộng = P/ρg + v2/2g (m)

w22 2.g

P2 ρ.g

f: tiết diện ngang thùng

f0: tiết diện ngang lỗ µ: hệ số lưu lượng

 Ví dụ: Một bồn chứa dầu có D = 20m, cao

25 m biết dầu chứa trong bồn có chiều cao

là 25m, ρ = 820 kg/m3 Ở đáy lỗ có d = 20cm

 Hãy tính thời gian để tháo hết một lượng dầu là 1200 tấn Cho hệ số lưu lượng µ= 0.62

 Màng chắn và Venturi

 Là hai dụng cụ dùng để đo lưu lượng dựa vào nguyên tắc khi dòng lưu chất qua tiết diện

 Khi chất lỏng chuyển động trong đường ống nó phải tiêu hao một phần năng lượng, năng luợng này để thắng trở lực ma

Trở lực ma sát

Trở lực cục bộ

 Là năng lượng tiêu hao để thắng trở lực

ma sát giữa chất lỏng với thành ống, bề mặt nhám

𝛌: hệ số ma sát phụ thuộc vào bề nhám chất lỏng L: chiều dài ống dẫn (m)

D: đường kính chất lỏng

Là năng lượng tiêu hao để thắng trở lực đường ống tại những điểm đột thu, đột mở và tại các vị trí có thay đổi chiều chuyển động của dòng

chảy

(𝜉van + 𝜉thu + 𝜉mở + 2𝜉khuỷu ) w2/2g

 Một đường ống vận chuyển chất lỏng có d = 4000m, đường kính ống 0.5m, lưu lượng chất

của chất lỏng tại đầu ống Biết vận chuyển chất

 Áp dụng công thức:

 Có d = const suy ra W1 = W2

 Tính theo mặt phẳng 0-0 thì Z1 = 0 và P2 là áp suất khí quyển nên không tính vào phương trình, phương trình được viết như sau:

 P1/ρg = Z2 + H (1÷2) Suy ra P1 = (Z2 + H (1÷2)) ρg

 Suy ra P1 = (45+ 10).1000.9,81/9,81.10 4 = 5.5 at

Add your company slogan

VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG

Bơm thể tích

Bơm động lực

Bơm khí động

Clip minh họa 2 Clip minh họa 1

Clip

Bơm hướng trục

trong một đơn vị thời gian Kí hiệu Q, đơn vị: m /s

 Hiệu suất của bơm: Là đại lƣợng đặc trƣng cho độ sử dụng hữu

ích của năng lƣợng đƣợc truyền từ động cơ đến bơm Kí hiệu 

N = ρgQH / 1000η, kW Trong đó :

 - Khối lượng riêng của lưu chất, kg/m3

Q – Lưu lượng của bơm, m3/s

H – Cột áp của bơm (chiều cao cột áp toàn phần hay áp suất toàn phần của bơm), m

 - hiệu suất của bơm

Trong đó :

H : Tổng áp suất khi bơm chạy tính theo mét cột chất lỏng

P1, P2 : Áp suất trên bề mặt chất lỏng khoảng hút và khoảng đẩy

(N/m 2 ), Pa

 : Khối lƣợng riêng của chất lỏng đƣợc đẩy đi, kg/m3

g : Gia tốc rơi tự do, m/s 2

H0 : Chiều cao hình học đƣa chất lỏng lên, m

 Hh – chiều cao hút của bơm

 Hđ – chiều cao đẩy của bơm

 H0 = Hh + Hđ – khoảng cách 2 mặt thoáng

 Z1 – khoảng cách từ mặt cắt 1-1 đến mặt chuẩn

 Z2 – khoảng cách từ mặt cắt 2-2 đến mặt chuẩn

 Z = Z2 – Z1 – khoảng cách 2 mặt thoáng

 h – khoảng cách giữa áp kế và chân không kế

 Ph, Pđ – áp suất trong đường ống hút và ống đẩy

𝑍1 + 𝑃1

𝜌 𝑔 +

𝜔122𝑔 + 𝐻 = 𝑍2 +

𝑃2

𝜌 𝑔 +

𝜔222𝑔 + ℎ𝑓Trong đó :

hf = hms + hcb – tổng trở lực trên đường ống hút và đẩy, m Suy ra :

𝐻 = 𝑍2 − 𝑍1 + 𝑃2 − 𝑃1

𝜌 𝑔 +

𝜔22 − 𝜔12

2𝑔 + ℎ𝑓

𝑍𝑕 + 𝑃𝑕

𝜌 𝑔 +

𝜔1′ 22𝑔 + 𝐻 = 𝑍đ +

𝑃đ

𝜌 𝑔 +

𝜔2′ 22𝑔

Bơm pittông tác dụng đơn gồm các bộ phận chính sau: Xi lanh hình trụ, trong đó có pittông chuyển động tịnh tiến qua lại nhờ cơ cấu truyền động tay quay thanh truyền Phía đầu xi lanh có 2 xupáp hút và đẩy

xupáp đẩy bị đóng lại Khi pittông chuyển động ngược lại từ phải sang trái, áp suất trong xi lanh sẽ tăng lên, khi đó xupáp hút sẽ đóng lại và xupáp đẩy sẽ mở ra và nước được đẩy ra ngoài

 Như vậy trong một chu kì chuyển động của pittông quá trình hút và đẩy chất lỏng được thực hiện một lần

Như vậy, khi trục quay 1 vòng thì lượng nước do bơm pittông tác dụng đơn cung cấp là (π.D²/4)S Khi bơm quay n vòng/phút thì lượng nước do bơm cung cấp là n.(π.D²/4)S, m3 / phút

Vậy, năng suất của bơm pittông

D – đường kính pittông, m

S – khoảng chạy của pittông, m

 - hiệu suất thể tích, vì 1 phần thể tích lưu chất bị rò rỉ

khoảng trống trong xi lanh bên trái tăng, áp suất giảm nên chất lỏng đƣợc hút vào buồng xi lanh bên trái qua xupáp 1, đồng thời khi đó thể tích khoảng trống trong xilanh bên phải giảm, áp suất tăng, đẩy chất lỏng chứa trong xi lanh bên phải qua xupáp 4 vào ống đẩy Khi pittông chuyển động về phái trái, chất lỏng đƣợc hút vào buồng xi lanh bên phải qua xupáp 2 và đồng thời đẩy chất lỏng chứa trong xi lanh bên trái qua xupáp 3 vào ống

(.S là thể tích cán pittông đường kính d chiếm chỗ)

Khi trục quay nửa vòng còn lại, pittong đi từ phải sang trái

Để thấy rõ hơn sự khác nhau lƣợng chất lỏng đƣợc cung cấp bởi bơm pittông tác dụng đơn và tác dụng kép ta xem đồ thị sau Khi trục quay nửa vòng (180°), bơm đã cung cấp đƣợc chất lỏng

văng ra phía ngoài và ép sát vào vỏ bơm, chia thân bơm thành hai vùng hút và đẩy

n – số vòng quay của rôto, vòng/phút

Bơm cánh trượt có thể tạo ra áp suất tới 70 at và lưu lượng tới 3,5 l/s

1 – guồng; 2 – vỏ bơm

3 – ống hút; 4 – ống đẩy

5 – xupáp (lưới lọc)

vỏ bơm ra ngoài Khi chất lỏng trong bánh guồng chuyển động ra ngoài, dưới tác dụng của lực ly tâm, sẽ tao ra áp suất chân không tại tâm bánh guồng Do sự chênh lệch áp suất ở bên ngoài và tâm bánh guồng chất

lỏng sẽ theo ống hút chuyển động vào bánh guồng

tan có trong chất lỏng bốc hơi tạo ra các bọt khí ở miệng hút của bơm Các bọt khí này cùng chất lỏng sẽ chuyển động trong cánh guồng Khi

đó áp suất lại tăng lên, khí lại hoà tan ngƣợc lại vào chất lỏng

Do quá trình bay hơi - ngƣng tụ - hòa tan khí xảy ra rất nhanh, thể tích bọt khí tăng lên và giảm đột ngột dẫn đến áp suất trong các bọt khí tăng lên rất lớn Hiện tƣợng đó tạo ra sự va đập thủy lực, bào mòn các kết cấu kim loại, tạo ra sự rung động và tiếng ồn Hiện tƣợng này

gọi là hiện tượng xâm thực

Chiều cao hút, m

Q1/Q2 = n1/n2 H1/H2 = (n1/n2)² N1/N2 = (n1/n2

Tuy nhiên trong thực tế quan hệ giữa các đại lượng không đúng hoàn toàn theo tỉ lệ như trên mà nó thay đổi khi một trong các thông số của bơm thay đổi Vì vậy đối với mỗi loại bơm mối quan hệ trên đều

xác định bằng thực nghiệm

Đặc tuyến của bơm ly tâm là mối quan hệ hàm số giữa các thông

số của bơm : Cột áp, lưu lượng, công suất, hiệu suất khi số vòng quay

cố định hay thay đổi

H = f(Q); N = F1(Q);  = F2(Q)

𝐻 = 𝑍2 − 𝑍1 + 𝑃2 − 𝑃1

𝜌 𝑔 +

𝜔22 − 𝜔12

2𝑔 + ℎ𝑓

P1; P2 : Áp suất đầu vào và đầu ra của ống dẫn

Z1; Z2 : Chiều cao đầu vào và đầu ra của ống dẫn

Q

Qmax

3

Đường đặc tuyến của bơm

Khi ghép bơm vào mạng ống ta sẽ có đồ thị phối hợp đặc tuyến giữa bơm và mạng ống

Giao điểm A giữa đường đặc tuyến của bơm và mạng ống gọi là điểm làm việc của bơm trong mạng ống

Bơm làm việc nối tiếp : khi cần giữ nguyên lưu lượng Q và tăng

nguyên tắc bình thông nhau Khí nén

qua ống 2 thổi vào ống 1 làm cho chất

lỏng trong ống 1 sủi bọt tạo thành hỗn

hợp lỏng – khí có hh < l nên hỗn

hợp này dâng lên qua nắp 4 đổ vào bể

chứa

1 – ống dẫn, 2 – ống dẫn khí nén, 3 – bình giảm áp, 4 – bể chứa

Khối lượng riêng của khí lý tưởng

Là khối lượng của một đơn vị thể tích khí

Khi nén hoặc hút khí có thể tiến hành theo các quá trình

- Quá trình đẳng nhiệt : khi nén giữ cho nhiệt độ khí không đổi

- Quá trình đoạn nhiệt : khi nén không trao đổi nhiệt với bên ngoài

- Quá trình đa biến:

Trong thực tế không thể tiến hành nén đẳng nhiệt hay đoạn nhiệt một cách tuyệt đối được mà thường xảy ra đồng thời cả toả nhiệt ra ngoài và tăng nhiệt độ của khí gọi là nén đa biến Công nén đa biến sẽ lớn hơn so với nén đẳng nhiệt và nhỏ hơn so với nén đoạn nhiệt

Dựa vào tỉ lệ áp suất đầu (P 1 ) và áp suất cuối (P 2 ) người ta phân

loại:

ε = P 2 /P 1 = 3 – 1000 : Máy nén khí

ε = 1,1 – 3 : Máy thổi khí (áp suất cuối khoảng 1,1 đến 3 atm)

ε = 1 – 1,1 : Quạt khí (áp suất cuối không quá 1,12 atm)

Chân không Bồn nén

 Phân loại máy nén khí  Phân loại máy nén khí

Ngoài ra còn các cách phân loại máy nén khác

 Theo áp suất : Áp suất cao, trung bình, thấp, áp suất chân không

 Theo năng suất: lớn, vừa nhỏ

 Theo làm lạnh : Có làm lạnh trong quá trình nén, có làm lạnh trung

gian, không làm lạnh trung gian

> 900.000

1- Máy nén pittong (piston)

Phân loại theo số lần tác động : một tác động, hai tác động Phân loại theo số cấp : Một, hai hay nhiều cấp

Phân loại theo áp suất làm việc :

So với bơm piston , máy nén piston xylanh, các hộp van cần

phải đảm bảo kín, khít Khi bị nén, khí tỏa nhiệt nên phải đặt thêm bộ

phận làm nguội, nhất là trong trường hợp nén nhiều cấp

V (m 3 )

Vị trí biên của pittông ở

hai đầu xylanh gọi là vị trí chết và

khoảng không gian giữa pittông khi ở vị trí chết và nắp xylanh gọi

S : Chiều dài khoảng chạy của pittong (hành trình của pittong), m

n : Số vòng quay của trục trong 1 phút (vòng/phút)

i : Số lần hút sau một vòng quay của trục

λ : Hệ số cung cấp

 Công suất tiêu thụ của máy nén tác dụng đơn

ܰ = ; kW Trong đó G: Lượng khí được hút, kg/s

L : Công lý thuyết để nén 1 kg (J/kg)

3 Máy nén và thổi khí kiểu tuabin 4 QUẠT (Fan)

Quạt gió dùng để vận chuyển khí hoặc không khí có áp suất chung không vượt quá 1500mmHg

Trong công nghiệp, quạt có chức năng thổi khí hay hút khí

 Phân loại quạt Quạt ly tâm (centrifugal fan)

Quạt hướng trục (axial fan)

 Quạt ly tâm

Nguyên tắc làm việc: giống như bơm ly tâm

Phân loại :

Quạt áp suất thấp H = 6 – 100 mmH 2 O Quạt áp suất trung bình H = 100 – 200 mmH 2 O Quạt áp suất cao H = 200 – 1500 mmH 2 O

Với bơm chân không tạo độ chân không cao ≈ 90% (P tuyệt đối = 0,1at) nén khí tới P = 1,1at thì độ nén = p 1 /p 2 = 1,1/0,1 = 11

Độ nén khí lớn nên ảnh hưởng của khoảng hại cũng lớn → giảm hiệu suất thể tích

Năng suất bơm chân không giảm dần cùng với sự giảm của áp suất hút

 Bơm chân không kiểu vòng chất lỏng

Bơm chân không vòng nước

 Bơm chân không kiểu piston

Cấu tạo như máy nén piston Năng suất đạt 45 – 3500 m 3 /h trong điều kiện hút Chia làm 2 loại

Loại khô : Chỉ hút khí

Loại ướt : hút cả chất lỏng

Bụi : Pha phân tán là rắn, pha liên tục là khí

Nhũ tương : Lỏng không tan trong lỏng (d ≤ 0,4 ÷ 0,5 µ m)

(chế biến dầu mỏ, tổng hợp hữu cơ, tinh dầu, dầu thực vật)

Huyền phù : Pha phân tán là rắn, pha liên tục là lỏng

d ≥ 100 µ m : Huyền phù thô,

d = 0,5 ÷ 100 µ m : huyền phù mịn

d = 0,1 ÷ 0,5 µ m : Nước đục

⇒ Lắng : phân riêng dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng

và kích thước của hai pha dưới tác dụng của trường lực

Trường trọng lực/ Trường lực ly tâm/ Trường tĩnh điện

Hiệu suất quá trình lắng

Xác định kích thước cơ bản của thiết bị lắng

ξ - hệ số trở lực, phụ thuộc vào chế độ chảy và hình dáng hạt

S – tiết diện lớn nhất của hạt theo phương vuông góc với hướng chuyển

động, m 2