MẠCH LƯU CHẤTTT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH CTU

Hình 3-2: Sự phụ thuộc tổn thất dọc đường lý thuyết và thực tế của ống 2 nhựa.. 16 Hình 3-6: Đồ thị biểu diễn tổn thất cục bộ hc theo lưu lượng QError!. DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1: Kết quả t

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ii

DANH MỤC BẢNG iii

1 Mục đích 1

2 Cơ sở lý thuyết 1

3 Kết quả thí nghiệm: 2

4 Tính toán: 3

4.1 Tổn thất dọc đường 3

4.2 Tổn thất cục bộ Error! Bookmark not defined 5 Nhận xét và bàn luận: 17

5.3 Nhận xét 17

5.4 Bàn luận Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

DANH MỤC HÌNH

Hình 3-1: Sự phụ thuộc tổn thất dọc đường lý thuyết và thực tế của ống 1 (thép không

gỉ, Dống1=1inch=0.0254m) Error! Bookmark not defined

Hình 3-2: Sự phụ thuộc tổn thất dọc đường lý thuyết và thực tế của ống 2 (nhựa

Error! Bookmark not defined

Hình 3-3: Sự phụ thuộc tổn thất dọc đường lý thuyết và thực tế của ống 3 (nhựa,

Error! Bookmark not defined

Hình 3-4: Kết quả hệ số trở lực cục bộ cho 5 lần đo 11 Hình 3-5: Đồ thị biểu diễn tổn thất cục bộ theo vận tốc tại vị trí P4A-P4B và P5A-P5B 16 Hình 3-6: Đồ thị biểu diễn tổn thất cục bộ hc theo lưu lượng QError! Bookmark not defined

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2-1: Kết quả thí nghiệm tổn thất dọc đường 2

Bảng 2-2: Kết quả thí nghiệm tổn thất cục bộ 2

Bảng 2-3: Sự phụ thuộc của CD vào chuẩn số Reynolds 3

Bảng 2-4: Sự phụ thuộc của khối lượng riêng và độ nhớt vào nhiệt độ 3

Bảng 3-1: Kết quả các lần lặp 7

Bảng 3-2: Kết quả tính toán của 3 ống ứng với 5 mức lưu lượng 8

Bảng 3-3: Kết quả tổn thất cục bộ tại hai vị trí P4A-P4B và P5A-P5B 15

Bảng 3-4: Tọa độ các điểm trên đồ thị parabol 15

Bảng 4-1: Tổn thất dọc đường lý thuyết và thực tế ở cả 3 ốngError! Bookmark not defined

𝛾 +

𝛼2𝑉222𝑔 + ℎ𝑓12Trong đó z1, z2, p1, p2, V1, V2 là cao độ, áp suất và vận tốc trung bình tại 2 mặt cắt 1-1 và 2-2; γ: trọng lượng riêng của chất lỏng; g: gia tốc trọng trường; hf12 là tổn thất năng lượng của dòng chảy từ mặt cắt 1-1 tới mặt cắt 2-2; α1 và α2 là hệ số hiệu chỉnh động năng tại mặt cắt 1-1 và 2-2

Tổn thất dọc đường

ℎ𝑑 = 𝜆𝐿

𝐷

𝑉22𝑔= 𝜆

𝐿𝐷

12𝑔

𝑄2

𝐴2 = 8𝜆𝐿

𝜋2𝑔𝐷5𝑄2Trong đó:

L: chiều dài từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 2-2 D: đường kính trong của ống

V: vận tốc trung bình trong ống Q: lưu lượng dòng chảy

A: tiết diện trong của ống λ: hệ số ma sát hay hệ số tổn thất dọc đường Đối với dòng chảy tầng trong ống: 𝜆 = 64

𝑅𝑒 Đối với dòng chảy rối trong ống: 𝜆 = 𝑓 (𝜀

𝐷, 𝑅𝑒()) ε: độ nhám tuyệt đối

D: đường kính trong của ống

Re: chuẩn số Reynolds

Tổn thất cục bộ

ℎ𝑐𝑏 = 𝜉𝑉

22𝑔Trong đó ξ là hệ số tổn thất cục bộ có giá trị khác nhau cho các loại nối ống khác nhau và được xác định bằng thực nghiệm

Ống nhựa (D=12.52mm)

P3A-P3B

Đĩa chắn

P3A’-P3B’

Độ chênh cột áp (mmH2O) P4A-P4B P5A-P5B

Ta tính toán cụ thể ứng với mức lưu lượng cho lần đo thứ nhất

Vận tốc của dòng chảy qua đĩa chắn theo công thức sau:

√1 − (𝐷0

𝐷1)4

𝐑𝐞𝟎 =𝛒×𝑽𝟎×D𝟎

995.37×10.15×12.1412×10-3

7.84×10-4 = 𝟏𝟓𝟔𝟒𝟓𝟕 𝟒𝟏 Nội suy từ bảng trên ta có được giá trị: CD = 0.59687

Tính vận tốc của dòng chảy theo hệ số hiệu chỉnh CD:

V0 = CD

√1 − (D0

D1)4

Tính vận tốc của dòng chảy theo hệ số hiệu chỉnh CD:

V0 = CD

√1 − (D0

D1)4

106

hd = λL

D

V22.g= 0.022 ×

1.2226.64 × 10−3 × 1.26

2

2 × 9.81 = 0.0815 m Tổn thất dọc đường thực tế:

hf12 =p1− p2

859.06995.37 × 9.81 = 0.0879m

Re0 =ρ×𝑉0 ×D0

μ =995.37×3.015×0.01214

7.84×10−4 = 4.647× 104+ Từ chuẩn số Re và 0

𝑉 =𝑄

𝐴 = 4𝑄(𝜋×𝐷𝑜𝑛𝑔 2 )= 4×2.1×10−4

[𝜋×(0.01252) 2 ]=1.705 (m/s)

+ Tính lại giá trị Re theo V: Re0 =ρ×𝑉×D

μ = 995.37×1.705×0.01252

7.84×10 −4 = 2.71× 104Ống 1 có độ nhám  = 4.6 x 10-2 mm, đường kính Dống1 = 12.52 mm, suy ra: Với Re =4505.175 và 𝜀

𝐷=4.6×10−212.52 = 3.674 × 10−3

 Tra giản đồ Moody, ta tra được = 0.029

+ Tổn thất dọc đường đo được trên thực tế (m):

ℎ𝑓12 = 𝑝1−𝑝2

𝛾 =𝑝1𝐴−𝑝1𝐵

𝜌𝑔 =459.4×9.80665

995.37×9.81 =0.461 (m) +Tổn thất dọc đường tính theo công thức Darcy:

ℎ𝑑 = 𝜆 𝐿

𝐷 𝑜𝑛𝑔

𝑉22𝑔=0.029 × 1.22

0.01252× 1.7052

2×9.81= 0.397 (m)

4.1.3 Tổn thất dọc đường ống 3(nhựa)

Ta tính toán cụ thể ứng với mức lưu lượng cho lần đo thứ nhất

Giả sử vận tốc dòng chảy chưa có hệ số hiệu chỉnh CD được tính theo công thức: 1mmH2O=9.80665𝑃𝑎

𝑉0 = 1

√1 − (𝐷0

𝐷1)4

𝑅𝑒 =𝑉0× 𝐷0

2.9247 × 0.012147.9 × 10−7 = 44944.124 + Từ chuẩn số Re và 𝐷0

𝐷 1 nội suy bảng 2-2 trang 15 giáo trình thực tập quá trình thiết

𝑄 = 𝑉𝑜𝜋𝐷𝑂2

4 = 1.7591 ×𝜋0.012142

4 = 0.0002 (m3/s) + Do cùng lưu lượng Q nên ta tính được vận tốc của ống 3(nhựa) theo công thức:

𝑉3 =𝑄

𝐴 = 𝑄𝜋×(𝐷32) 2 = 0.0002

𝜋×(0.012522 ) 2= 1.6245 (m/s)

+ Từ giá trị Re, ta thấy dòng nước chảy rối

Ống 3 có độ nhám  = 0mm, đường kính D3 = 12.52 mm, suy ra:

𝜀

𝐷 = 0

 Tra giản đồ Moody, ta tra được = 0.024

+ Tổn thất dọc đường đo được trên thực tế (m):

ℎ𝑓12 =𝑝1 −𝑝2

𝛾 =𝑝3𝐴′− 𝑝3𝐵′

𝜌𝑔 =960.8×9.80665

995.37×9.81 = 0.965 (m) +Tổn thất dọc đường tính theo công thức Darcy:

ℎ𝑑 = 𝜆 𝐿

𝐷 3

𝑉32𝑔=0.024 × 1.22

0.01252×1.6245 2

2×9.81= (m)

Ta có kết quả các ống như sau:

Bảng 4-4: Kết quả tính toán của 3 ống ứng với 5 mức lưu lượng

Ống Lần

đo

CD Q (m3/s) V0(m/s) hd (m)

(Theo Bec-nu-li)

hd (m) (Theo Dary) Ống

Đồ thị 4-1 Giản đồ sự phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng

Ống thép không gỉ (D=26.64mm)

Đồ thị 4-2 Giản đồ sự phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng

Ống thép không gỉ (D=12.52mm)

0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

Nhân xét: dựa vào biểu đồ ta thấy, lưu lượng càng lớn tổn thất càng nhiều, tổn thất ngoài thực tế cao hơn tổn thất trên lý thuyết

Đồ thị 4-3 Giản đồ sự phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng

Ống nhựa (D=12.52mm)

Từ giản đồ ta thấy sự phụ thuộc của tổn thất dọc đường vào lưu lượng là rất nhỏ(đường đồ thị gần như nằm ngang), tại tổn thất thực tế những giá trị hd đầu có sự biến động trong cùng lưu lượng là do thiết bị hoạt động chưa ổn định nên xảy ra sai số

Ta thấy rằng sự sai khác tổn thất thực tế và lý thuyết là khá lớn, cho thấy còn nhiều nguyên nhân dẫn đến sự tổn thất dọc đường

P4A – P4B (mm H2O)

P5A – P5B (mm H2O)

Giản đồ sự phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng

Tổn thất dọc đường thực tế Tổn thất dọc đường theo lý thuyết

𝑉0 = 1

√1 − (D0

D1)4

Tính lại V0 theo CD = 0.5969

𝑉0 = 𝐶𝐷

√1 − (D0

D1)4

Tính lại V0 theo CD:

𝑉0 = 𝐶𝐷

√1 − (D0

D1)4

Tính lại V0 theo CD = 0.5975

𝐶𝐷 = 𝐶𝐷

√1 − (D0

D1)4

× √2 × (p1− p0)

ρ

=3.14 × 0.012

2× 6.09244

= 7.05 × 10−4 (𝑚

3

𝑠 ) Vận tốc trong ống:

𝑉 = 4𝑄

𝜋𝐷2 = 4 × 7.05 × 10

−43.14 × (26.04 × 10−3)2 = 1.3242 𝑚/𝑠

Ta có công thức tính tổn thất cục bộ:

ℎ𝑐𝑏 = 𝜉 ×𝑉

22𝑔

Ở lưu lượng đầu tiên tại co 90o (P5A-P5B), ta đo được tổn thất cục bộ 57 mmH2O, nên

hệ số tổn thất cục bộ có giá trị:

𝜉 =ℎ𝑐𝑏× 2𝑔

𝑉02 =

57 × 10−3× 2 × 9.811.32422 = 0.6378 𝑚 Tương tự, với mỗi tổn thất cục bộ đo được tại mỗi lưu lượng tại 2 vị trí co 180o (P4A-P4B) và 90o (P5A-P5B), ta được các hệ số tổn thất cục bộ được trình bày ở bảng sau:

Bảng: kết quả tính toán hệ số trở lực cục bộ cho 5 lần đo

𝜉90(m)

𝜉180(m)

1 0.5975 6.0924 91972.3335 0.000705 1.3242 0.6378 0.3760

2 0.5982 5.3544 80831.7031 0.000619 1.1638 0.7012 0.6519

3 0.5987 4.7835 72213.2490 0.000553 1.0397 0.6788 0.6571

4 0.5992 4.2324 63893.9500 0.000490 0.9199 0.7373 0.5796

5 0.5997 3.6208 55808.0348 0.000419 0.7870 0.8173 0.7730 Tính trở lực trung bình :

+ Ta có công thức tính tổn thất cục bộ:

ℎ𝑐𝑏 = 𝜉 ×𝑉

22𝑔

 Từ công thức trên ta có thể lập được phương trình y=ax2

(với y =hcb và x=V =>

2

a g



+ Dựa vào bảng trên ta tính toán được:

Bảng 4-5: Kết quả tổn thất cục bộ tại hai vị trí P4A-P4B và P5A-P5B

Từ số liệu bảng trên ta vẽ được đồ thị sau:

Hình 4-1: Đồ thị biểu diễn tổn thất cục bộ theo vận tốc tại vị trí P4A-P4B và P5A-P5B

Hcb (m)

V (m/s)

Biểu đồ thể hiện tổn thất cục bộ theo tốc độ

Co 90 độ co 180 độ Log (co 180 độ) Poly (co 180 độ)

= = 0.0347  𝜉 = 0.0347 × 2 × 9.81 = 0.6808 (m)

Sự phụ thuộc của tổn thất cục bộ theo lưu lượng:

Đồ thị 4-4: Biểu đồ biễu diễn sự phụ thuộc của tổn thất cục bộ theo lưu lượng

Từ biểu đồ trên ta thấy rằng:

- Khi lưu lượng dòng chất lưu càng lớn thì trở lực cục bộ tại các co càng lớn Điểm cuối của đường biểu diễn co 1800 bị rơi xuống là do sai số trong quá trình tiến hành thí nghiệm

- Trở lực cục bộ của co 900 cao hơn so với co 1800

[1] Trần Xoa và Nguyễn Trọng Khuôn, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1”, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, năm 2006

[2] Phan Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng”, NXB Đại học Cần Thơ, năm 2004

[3] Vũ Bá Minh và Võ Văn Bang, 1999 Quá trình & Thiết bị CNHH & TP – tập 3: Truyền khối NXB ĐHQG TP.HCM

[4] Nguyễn Thuần Nhi, “Sổ tay nhiệt động kĩ thuật và truyền nhiệt”, NXB ĐH

Cần Thơ, năm 2015