Tài liệu Thí nghiệm : mạch lưu chất ppt

MẠCH LƯU CHẤTI.. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM :  Khảo sát hiện tượng tổn thất dọc đường của dòng chảy trên một đoạn đường ống tròn không có các chi tiết nối ống..  Khảo sát hiện tượng tổn thất

BÀI 1 MẠCH LƯU CHẤT

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM :

 Khảo sát hiện tượng tổn thất dọc đường của dòng chảy trên một đoạn đường ống tròn không có các chi tiết nối ống

 Khảo sát hiện tượng tổn thất cục bộ ở các chi tiết nối ống như mjở rộng, co hẹp, đoạn ống cong, qua các loại van,…

II CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN :

1 Tổn thất dọc đường :

2 5 2 2 2 2

8 2

1

L A

Q g D

L g

V

D

L

h d









 : hệ số ma sát hay hệ số tổn thất dọc đường

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

Đối với dòng chảy tầng trong ống :

Re

64





Đối với dòng chảy rối trong ống : ( , Re)

D

f 

Re : chuẩn số Reynolds

 : độ nhám tuệt đối

D : đường kính trong của ống

Với :

4

2

0

0

D

V



) (

2 1

2 1 2

1 0 0

p p g D

D

C

















2 Tổn thất cục bộ :

g

V

h cb

2

2





 : hệ số tổn thất cục bộ, phụ thuộc vào dạng trở lực, có giá trị khác nhau cho các loại ống khác nhau, được xác định bằng thực nghiệm

Thông thường đối với một đường ống dài thì tổn thất cục bộ không đáng kể so với tổn thất dọc đường nên có thể bỏ qua Tuy nhiên đối với những đường ống ngắn thì tổn thất cục bộ ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất tổng cộng trên đường ống

III BẢNG SỐ LIỆU :

1 Tổn thất dọc đường :

1.1 ỐNG NHỰA :

Bảng 1:

Lần đo Độ chênh cột áp

tại đĩa chắn (mmH2O)

Ống 1 inch Nhiệt độ Độ chênh áp trong ống

Bảng 2

Lần đo Độ chênh cột áp

tại đĩa chắn (mmH2O)

Ống 1/2 inch Nhiệt độ Độ chênh áp trong ống

Bảng 3:

Lần đo Độ chênh cột áp

tại đĩa chắn (mmH2O)

Ống 3/8 inch Nhiệt độ Độ chênh áp trong ống

1.2 ỐNG THÉP KHÔNG GỈ :

Bảng 4:

Lần đo Độ chênh cột áp

tại đĩa chắn (mmH2O)

Ống 3/8 inch Nhiệt độ Độ chênh áp trong ống

3 30 33 35

2 Tổn thất cục bộ :

Bảng 5:

Lần đo Độ chênh cột áp

tại đĩa chắn (mmH2O)

Ống 1 inch Nhiệt độ Độ chênh áp tại P4A và

P4B

Bảng 6:

Lần đo Độ chênh cột áp

tại đĩa chắn (mmH2O)

Ống 1 inch Nhiệt độ Độ chênh áp tại P5A và

P5B

Bảng 7:

Lần đo Độ chênh cột áp

tại đĩa chắn (mmH2O)

Ống 1 inch Nhiệt độ Độ chênh áp tại P6A và

P6B

IV XỬ LÝ SỐ LIỆU :

1 Tính tổn thất dọc đường:

D0= 0.478 inch

D1= 1.912 inch

25 0 912

1

478

0

1

0





D

D

Giả sử Re = 104, ta có :

Do/D1 Re = 104

0.4 0.61 Nội suy, ta được : CD= 0.6025

Nội suy các giá trị ρ,  của nước ở các nhiệt độ :

ToC ρ, kg/m3 106m2 /s

 Tra bảng sự phụ thuộc của hệ số hiệu chỉnh lưu lượng vào chuẩn số Re và tỉ lệ

D0/D1

Với 0,25

4

1 1

0





D D

Khi Re = 104  CD = 0.6025

Khi Re = 105  CD = 0.597

Khi Re = 106  CD = 0.595

Khi Re = 107  CD = 0.595

Giả sử chất lỏng trong ống chảy với chế độ chảy rối nghĩa là Re = 104 đến 105

Dùng phương pháp thử sai ta xác định Re cho quá trình:

Giả sử Re = 104  CD = 0.6025



) (

2 1

2 1 2

1

0

0

p p g D

D

C

















=

3 4

0.6025

2 9.81 700 10 2, 237( / )



 Đổi 0.478 inch = 12.1412 mm

(12.1412 10 )

o o

D







4

4 4 2,59 10

0, 465( / ) (26, 64 10 )

Q

D





3 6

0, 465 26,64 10

0.8426 10

VD







 Giá trị Re tính được sai khác nhiều so với giá trị đặt Thực hiện tương tự các bước trên cho đến khi Re tính được gần bằng với Re đặt, ta được bảng sau:

Re đặt CD Lưu lượng(Q)

m s

Vận tốc(m s/ ) Re tính

15000 0,6022 2,582 10 4

12000 0,60238 2,588 10 4

14680 0,602214 2,5872 10 4

Từ kết quả trên ta được CD= 0,602214 và Re= 14682,746.

 Tính toán các thông số ứng với mức lưu lượng 1 của ống nhựa 1inch:



) (

2 1

2 1 2

1

0

0

p p g D

D

C

















=

3 4

0.602214

2 9.81 700 10 2, 236( / )





 Đổi 0.478 inch = 12.1412 mm

(12.1412 10 )

o o

D





4

4 4 2,59 10

0, 465( / ) (26, 64 10 )

Q

D





3 6

0, 465 26,64 10

0.8426 10

VD









 Từ giá trị Re vừa tính được ta tra giản đồ Moody với:

D



=0 và Re= 14691,784 =0,0285

 Tính giá trị tổn thất dọc đường:

4 2 2

8 8 0, 0285 1, 22 (2, 59 10 )

3,14 9,81 (26, 64 10 )

0, 014365 14, 365

d

L

gD









-Tính tương tự cho các mức lưu lượng còn lại và cho các ống có đường kính khác nhau

Ta lập được các bảng giá trị sau:

Bảng 8 :

Ống nhựa 1 inch (ε = 0  ε/d = 0) Lần

đo Nhiệ

t độ

(oC)

Độ chênh cột áp tại đĩa chắn (mm H2O)

Lưu lượng Q*

4

10

(m3/s)

Vận tốc V (m/s)

Độ chênh cột

áp (mmH2O) Tính

toán

Đo được

1 29 200 13.837 0.248 8042.606 0.0328 4.718 13

2 30 250 15.471 0.278 9219.507 0.032 5.754 14

3 30 300 16.947 0.304 10099.464 0.0318 6.862 16

4 30 350 18.305 0.328 10908.668 0.0308 7.754 18

5 31 400 19.569 0.351 11869.047 0.03 8.631 20

6 31 600 23.967 0.43 14536.555 0.028 12.083 25 Bảng 9 :

Ống nhựa 1/2 inch (ε = 0  ε/d = 0) Lần

đo Nhiệtđộ

(oC)

Độ chênh cột áp tại đĩa chắn (mm H2O)

Lưu lượng Q*10-5

(m3/s)

Vận tốc ống V (m/s)

Độ chênh cột

áp (mmH2O) Tính

toán

Đo được

Bảng 10 :

Ống nhựa 3/8 inch (ε = 0  ε/d = 0)

Lần

đo

Nhiệt độ

(oC)

Độ chênh cột áp tại đĩa chắn (mm H2O)

Lưu lượng Q*10 -5

(m3/s)

Vận tốc ống V (m/s)

Độ chênh cột áp (mmH2O) Tính toán

Đo được

Bảng 11 :

Ống thép không gỉ 3/8 inch (ε = 4.6*10-2mm  ε/d = 3.67*10-3)

Lần

đo

Nhiệt

độ

(oC)

Độ chênh cột áp tại đĩa chắn (mm H2O)

Lưu lượng Q*10-5 (m3/ s)

Vận tốc ống V (m/s)

Độ chênh cột áp (mmH2O) Tính

toán Đo được

2 TỔN THẤT CỤC BỘ :

2.1 Tính tổn thất cục bộ tại P4A và P4B

 Tiến hành đo lấy giá trị gần đúng thu được:

 Bán kính cong trục ống R=55mm

 Bán kính ống r= 13,32mm

 Đường kính ống d=26,64mm

 Đường kính ống tại chỗ mở rộng: D=55,73mm

-Ta có công thức tính  đối với ống uốn dần thành góc 900

 =0,13 1, 85 ( r )3,5

R

=0,13 1,85 (13,32)3,5 0,143

55

-Đối với ống uốn thành  =1800:

 = (900) 0

90



=0,1432=0,286 -Tại đột thu:  =0,5 (1 d22)

D

2 2

26,64 0,5 (1 ) 0,386

55, 73

Ta có:



) (

2 1

2 1 2

1

0

0

p p g D

D

C

















=

3 4

0.6025

2 9.81 700 10 2, 237( / )





Đổi 0.478 inch = 12.1412 mm

(12.1412 10 )

o

o

D





4

4 4 2,59 10

0, 465( / ) (26, 64 10 )

Q

D





-Mặt khác:

g

V

h cb

2

2





3

1, 089

0, 465

cb

g h V





-Tính toán tương tự cho các mức lưu lượng còn lại thu được lần lượt các giá trị  , lập thành các bảng sau:

Bảng 12 :

Tại P4A và P4B Lần

đo

Nhiệt độ

(oC)

Độ chênh cột áp tại đĩa chắn (mm H2O)

Lưu lượng Q*10 4m3/s)

Vận tốc ống V (m/s)

Độ chênh cột áp đo được (mmH2O)



Bảng 13 :

Tại P5A và P5B Lần

đo

Nhiệt độ

(oC)

Độ chênh cột áp tại đĩa chắn (mm H2O)

Lưu lượng Q*10 4m3/s)

Vận tốc ống V (m/s)

Độ chênh cột áp đo được (mmH2O)



Bảng 14 :

Tại P6A và P6B (đột thu)

đo

Nhiệt độ

(oC)

Độ chênh cột áp tại đĩa chắn (mm H2O)

Lưu lượng Q*10 4m3/s)

Vận tốc ống V (m/s)

Độ chênh cột áp đo được (mmH2O)



V ĐỒ THỊ

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tổn thất dọc đường theo lưu lượng

0

10

20

30

40

50

60

Q*10^-5 (m3/s)

ống nhựa 1 inch ống nhựa 1/2 inch ống nhựa 3/8 inch

 Nhận xét: Ta thấy khi cùng một loại vật liệu ở cùng một lưu lượng ống nào có đường

kính lớn thì tổn thất dọc đường càng nhỏ và khi lưu lượng tăng thì tổn thất dọc đường

tăng Vậy tổn thất dọc đường tỷ lệ nghịch với đường kính ống và tỷ lệ thuận với lưu

lượng trong ống

Đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc tổn thất dọc đường theo lưu lượng

0

10

20

30

40

50

60

70

Q*10^-5(m3/s)

ống nhựa 3/8 inch ống thép không gỉ 3/8 inch

 Nhận xét: dựa vào đồ thị ta thấy xét cùng một đường kính, cùng một lưu lượng thì ống nhựa có tổn thất dọc đường ít hơn ống thép không gỉ Cho thấy vật liệu ống cũng có ảnh hưởng đến tổn thất dọc đường Lưu lượng tăng thì tổn thất tăng

Đồ thị sự phụ thuộc tổn thất cục bộ theo lưu lượng

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Q*10^-5(m3/s)

Tại P4A và P4B Tại P5A và P5B Tại P6A và P6B

 Nhận xét: ta thấy tại co 1800 gây ra tổn thất cục bộ nhiều hơn co 900 và tại đột thu tổn thất cục bộ là lớn nhất Lưu lượng tăng thì tổn thất tăng, và tổn thất phụ thuộc nhiều vào dạng trở lực của ống