PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT HÓA HỌC THỰC HÀNH HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TRỞ LỰC CỦA ĐƯỜNG ỐNG VÀ CHẾ ĐỘ CHẢY CỦA CHẤT LỎNG

NỘI DUNG THÍ NGHIỆM...3 2.1 Xác định trở lực đường ống độ tổn thất áp suất theo lưu lượng bằng các thiết bị đo điện tử trên mặt tủ điện...3 2.2 Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

- -PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT HÓA HỌC

THỰC HÀNH HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TRỞ LỰC CỦA ĐƯỜNG ỐNG VÀ CHẾ ĐỘ CHẢY CỦA CHẤT LỎNG

Cán bộ hướng dẫn: KS Dương Huỳnh Thanh Linh Sinh viên thực hiện: Nhóm 4

Lớp : K7LHD

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 2

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 3

2 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 3

2.1 Xác định trở lực đường ống (độ tổn thất áp suất) theo lưu lượng bằng các thiết bị đo điện tử trên mặt tủ điện 3

2.2 Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng các dụng cụ đo lưu lượng 3

3 PHÚC TRÌNH 4

3.1 Số liệu thô 4

3.3 Đồ thị 14

3.4 Bàn luận 17

3.5 Câu hỏi chuẩn bị 19

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 : Đồ Thị Q = f(∆𝑃/𝜌𝑔) 14

Hình 2 : Đồ thị chảy tầng λ = f(𝑅𝑒) = 64/Re 15

Hình 3 : Đồ thị chảy quá độ λ = 0.3164 / Re^0.25 15

Hình 4: Đồ thị chảy rối λ = 0.25/((lg3.7d/e)^2) 16

Hình 5 : Đồ thị chảy rối λ = 1/(3.24[((log6.8/Re+e)]^2 16

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng các thiết bị đo điện tử 4

Bảng 3.2: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng lưu lượng kế 5

Bảng 3.3: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng đồng hồ nước 6

Bảng 3.4: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng cách đo độ giảm chiều cao mực nước 7

Bảng 3.5: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng các thiết bị đo điện tử 7

Bảng 3.6: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng lưu lượng kế 9

Bảng 3.7: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng đồng hồ nước 10

Bảng 3.8: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng cách đo độ giảm chiều cao mực nước 10

Bảng 3.9: Hệ số ma sát trong ống dẫn xác định bằng các thiết bị đo điện tử 11

 Khảo sát và so sánh trở lực của ống dẫn, co 90o, van theo vận tốc dòng chảy.

 Khảo sát phương trình Bernoulli

 Làm quen với sơ đồ và nguyên tắc vận hành hệ thống xác định chế độ chảy củachất lỏng

 Xác định chuẩn số Reynolds của các chế độ chảy

2 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

2.1 Xác định trở lực đường ống (độ tổn thất áp suất) theo lưu lượng bằng các thiết bị

đo điện tử trên mặt tủ điện

 Điều chỉnh lưu lượng nước về khoảng 20 l/min Đợi khoảng 20 giây cho hệ thốnghoạt động ổn định

 Sử dụng thiết bị chụp hình để ghi nhận tất cả các số liệu hiển thị trên mặt tủ điện ởcùng một thời điểm để hạn chế sai số Ghi nhận số liệu ở mỗi lần khảo sát 10 lần

và lấy giá trị trung bình

 Ở cùng một lưu lượng nước, lần lượt nhấn nút mở van solenoid của các đường ốngtiếp theo, thời gian chờ để hệ thống ổn định giữa các lần thay đổi đường ống khảosát là 20 giây

2.2 Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng các dụng cụ đo lưu lượng

 Đo lưu lượng bằng lưu lượng kế, đồng hồ nước và độ giảm chiều cao mực nước theo thời gian

Tiết diện bồn chứa: S = 0.1 m2

Bảng 3.4: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng cách đo độ giảm chiều cao

mực nước

- Đường kính bồn chứa: D = 0.36 m

- Tiết diện bồn chứa: S = 0.1 m2

Tên dụng cụ đo Thước thủy đo độ giảm chiều cao mực nước

Rough Pipe

Ø21

0.530 29.2 6.299 0.228 0.706 29.1 7.087 0.256 0.883 29.2 30.315 1.095 1.059 29.4 7.087 0.256

Smooth Pipe

Ø34

0.530 29.1 6.299 0.228 0.706 29.1 35.433 1.280 0.883 29.2 6.693 0.242 1.059 29.3 51.575 1.863

Elbow 90 o

0.530 29.1 6.299 0.228 0.706 29.1 36.614 1.323 0.883 29.2 18.504 0.668 1.059 29.3 60.236 2.176

Globe valve

0.530 29.1 7.087 0.256 0.706 29 38.976 1.408 0.883 29.2 8.661 0.313 1.059 29.3 14.173 0.512

Bảng 3.6: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng lưu lượng kế

Bảng 3.7: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng đồng hồ nước

Bảng 3.9: Hệ số ma sát trong ống dẫn xác định bằng các thiết bị đo điện tử

Khối lượng riêng của nước: ρ = 997 kg/m3

Tên đường ống Chảy rối

Rough Pipe 21

Smooth Pipe 34

Elbow 90 Globe Valve

∆𝑃/𝜌𝑔

Q ( m3/s)

Hình 1 : Đồ Thị Q = f(∆𝑃/𝜌𝑔)

b Đồ thị biểu diễn hàm số λ = f(Re)

Rough Pipe 21 Smooth Pipe 34

Elbow 90 Globe Valve

Re λ

Hình 2 : Đồ thị chảy tầng λ = f(𝑅𝑒) = 64/Re

c Đồ thị biểu diễn hàm số chảy quá độ

Reλ

Hình 4: Đồ thị chảy rối λ = 0.25/((lg3.7d/e)^2)

3.4 Bàn luận

a Nhận xét về các giản đồ và so sánh với kết quả trong sách.

Đối với đồ thị biểu diễn mối quan hệ Q theo ∆ P :

 Khi lưu lượng Q tăng thì trở lực của đương ống tăng theo phù hợp so với lýthuyết, lưu lượng chảy càng nhanh thì hệ số màng chắn càng tốt

 Trở lực của dòng chảy qua ống Elbow 90 độ là lớn nhất, trong khi đó dòngchảy qua ống smooth 21 có trở lực nhỏ nhất

 Đường biểu diễn mối quan hệ giữa Q và ∆ Pcủa dòng chảy qua ống smooth

21 là tuyến tính Tuy nhiên, với các đường ống khác thì khi lưu lượng Qtăng, trở lực biến thiên không đồng nhất lúc tăng lúc giảm không đều

Đối với đồ thị biểu diễn mối quan hệ Re và hệ số ma sát của từng ống:

 Mỗi ống đều có đặc thù riêng và là những đường cong do thành ống khôngđều, không chính xác, hệ số ma sát thay đổi theo từng vị trí và tốc độ của dòngchảy

b Nhận xét về mức tin cậy của kết quả và các nguyên nhân của sai số?

Mức độ tin cậy:

 Trong các đồ thị và bảng số liệu sau khi xử lý thống kê thì hàm tuyến tính gầntiến sát về một, điều đó chứng tỏ số liệu đi gần đúng với lí thuyết, phần trămcủa các con số có thể chấp nhận được một phần vì máy cũ, một phần vì sai số

do thao tác

Các nguyên nhân gây ra sai số:

 Sai số hệ thống

 Sai số ngẫu nhiên: thể hiện độ lệch chuẩn, nó biểu thị độ phân tán của kết quả

đo cũng có nghĩa là độ lặp lại của phéo đo Nó thay đổi ngẫu nhiên tùy thuộcphương pháp đo lường, điều kiện đo lường, độ lớn của đại lượng đo vào cá

 Thao tác làm chưa đúng kỹ thuật.

 Trong quá trình tính toán khi làm tròn số không chính xác

 Quá trình chụp ảnh ghi số liệu chưa thật sự đúng với thời điểm cần chụp

3.5 Câu hỏi chuẩn bị

1 Nêu các phương pháp làm giảm trở lực trên đường ống dẫn?

Trở lực trên đường ống dẫn được tính theo công thức:

 Giảm vận tốc của dòng chảy

 Tăng kích thước của đường ống

 Giảm độ nhám của thành ống

 Giảm chiều dài đường ống

2 Nêu đặc điểm của áp suất thuỷ tỉnh (ASTT)

Trong chất lỏng tĩnh lực mặt chỉ có một thành phần theo phương pháp tuyến với mặt tiếpxúc

Ứng suất của lực mặt gọi là áp suất thủy tĩnh, kí hiệu p:

p=lim

ω →0

p ω

3 Hiện tượng xâm thực là gì? Nguyên nhân và tác hại của nó ra sao?

Hiện tượng xâm thực:

Khi chất lỏng chuyển động vào miệng bơm ly tâm, do áp suất ở đây thấp hơn áp suất khíquyển nên đã tạo điều kiện cho các khí hòa tan 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 hòa tan ngược vào chất lỏng Do quá trình bay hơi –

ngưng 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 có thể đạt tới 100-1000at Hiện tượng này gọi là hiện tượng xâmthực

Hiện tượng xâm thực tạo ra các va đập thủy lực, bào mòn các kết cấu kim loại, tạo ra các rung động và tiếng ồn Hiện tượng xâm thực có hại cho bơm do đó cần phải hạn chế

Cách khắc phục:

 Giới hạn chiều cao hút của bơm

 Xét nhiệt hóa hơi nơi đặt bơm phù hợp chưa

 Giảm thiểu tối đa trở lực trên đường ống hút

 Tăng áp lực hút bằng cách giảm chiều cao miệng hút của bơm

4 Nêu công dụng (chức năng) của bầu khí trong hệ thống bơm pittong.

Khi bơm có lưu lượng lớn thì lực quán tính cũng sẽ lớn, dẫn đến tổn thất do lực quán tínhlớn, do vậy để giảm tổn thất này trong bơm pittong thường thiết kế các bầu khí ở ống hút

và ống đẩy của bơm Bầu khí cấu tạo là hộp kín có chứa khí và được đặt ở đầu hút và đầuđẩy của bơm Khi bơm hút hoặc đẩy chất lỏng, một phần chất lỏng sẽ đi vào bầu khí chứatrong đó và nén khí trong bầu khí Khi áp lực trong dòng chảy giảm dần (thấp hơn áp lựckhí trong bầu khí) thì phần chất lỏng bầu khí sẽ chảy ra hòa chung với dòng chảy làm tăng

độ điều hòa của dòng chảy, giảm bớt lực quán tính của dòng chảy

5 Chiều dài tương đương của van, cut, tê hay chỗ có trở lực cục bộ được định nghĩa như thế nào?

Chiều dài tương đương của một bộ phận nào đó là chiều dài 1 đạon ống thẳng có trở lực

ma sát bằng trở lực cục bộ do bộ phận đó gay ra

Loại này cĩ: bơm pittơng, bơm răng khía, bơm cánh trượt, bơm trục vít, bơm màng

 Bơm ly tâm: năng lượng và áp suất chất lỏng tăng lên nhờ lực ly tâm tạo ra trong chấtlỏng khi guồng quay Dùng bơm nước, vận chuyển chất lỏng…

Loại này cĩ: Bơm hướng trục, bơm xốy lốc

 Bơm khơng cĩ bộ dẫn động: gồm một số loại bơm đặc biệt: bơm tia, bơm sục khí,

 Điểm A1 là điểm làm việc riêng lẻ từng bơm với cột áp H1

 Điểm A2 là điểm làm việc khi ghép 2 bơm nối tiếp

Ghép bơm làm việc song song: khi cần giữ nguyên cột áp và tăng lưu lượng Trên đồ thị

2:

 Điểm A1 là điểm làm việc riêng lẻ từng bơm với lưu lượng Q1.

 Điểm A2 là điểm làm việc của 2 bơm với lưu lượng Q1-2,ở đây: Q1-2 < 2Q1.

8 Chiều cao hút của bơm là gì? Tại sao chiều cao này lại bị giới hạn và giới hạn tối

đa là bao nhiêu?

 Chiều cao hút của bơm là chiều cao đặt bơm

A H

Đường đa ëc tính của bơm ghe ùp nối tie áp

 Chiều cao hút của bơm phải bị giới hạn vì nếu chiều cao hút lớn sẽ xảy ra hiệntượng xâm thực.

 Chiều cao hút của bơm được xác định theo công thức:

z 1max ≤ p1

ρg−[ p t

ρg +∑h1 + v12

2 g +Δh] (m)+ Trong đó:

 Giới hạn tối đa chiều cao hút

 Đối với các bảng tra cứu người ta thường đưa ra chiều cao hút chân không đối vớinước ở nhiệt độ dưới 200C và ở áp suất khí quyển là 10 mmH O Tuy nhiên để loại

10 Các số liệu đo được trong thí nghiệm này cũng như dòng chảy của lưu chất có ổn định không? Tại sao?

Trong thí nghiệm này dòng chảy của lưu chất không ổng định vì:

 Bơm cung cấp lưu lượng không ổn định

 Nhiệt độ của chất lỏng tăng dần trong quá trình thí nghiệm

11 Nguyên tắc đo lưu lượng của lưu lượng kế màng chắn và ventury? Ơ trong bài là

đo trực tiếp hay gián tiếp?

 Nguyên tắc chung của hai dụng cụ này là dùng sự giảm áp suất của lưu chất khichảy qua chúng để đo lưu lượng

 Vận tốc trung bình ở vị trí sau ống được tính theo công thức tổng kê năng lượng:

V2=C√ ΔP

γ(1−β4)

Trong đó:

C: hệ số của màng chắn và venturi, tùy thuộc vào chế độ chảy Re

ΔP: Độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi, N/m2

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

β= d d2

1 : Tỉ số giữa đường kính cổ venturi hay đường kính lỗ màng chắn trên đườngkính ống

 Do đó lưu lượng qua màng chắn hay qua venturi: Q=V2A2=V1A1

 Phép đo lưu lượng này là phép đo gián tiếp thông qua độ giảm áp của cột nước

12 Có mấy loại van? Vẽ đặc tuyến riêng của vài loại van sử dụng trong hệ thống cấp thoát nước mà em đã học hoặc đã biết?

Có 3 loại van:

 Van kim: được sử dụng để đo, chỉnh áp suất được dùng trong phòng thí nghiệm,hoặc các dụng cụ đo mục đích điều chỉnh áp suất và lưu lượng.

 Van cửa: để đóng, mở, lưu thông Ứng dụng trong đời sống, trong các xí nghiệpchế biến thực phẩm

 Van cầu: ứng dụng trong nồi hơi Trong các bể chứa nước lớn công nghiệp

13 Các công thức tính hệ số ma sát phụ thuộc vào Re

Trong đó: V: lưu lượng (m3/s)

16 Định nghĩa độ dốc thủy lực, bán kính thủy lực?

 Bán kính thủy lực hay độ dốc thủy lực là: tỷ số giữa mặt cắt ướt (A) và chu vi ướt (

χ ) ký hiệu là J:

J= A χ

 Hệ số lưu lượng kế không thay đổi đối với một loại lưu lượng kế nhất định, khôngphụ thuộc vào chế độ dòng chảy trong khu vực

 Trong thực tế, hệ số Cm, Cv dao động quanh một giá trị nhất định Cm=0,5, Cv=0,8

 Hệ số Cm, Cv dao động do dòng chảy không ổn định vì:

+ Thay đổi lưu lượng

18 Khi thiết kế, tính toán xong bơm hay quạt, muốn chọn chúng theo tài liệu của nhà máy sản xuất sẵn ta phải dựa vào các thông số:

 Năng suất của quạt Q, m3/h

 Chế độ làm việc của quạt, bơm được xác định bằng những số liệu thành lập chotừng loại Trên trục tung của đồ thị đặt giá trị áp suất toàn phần Htính bằngmmH2O, còn trên trục hoành là giá trị năng suất Q tính bằng 1000m3/h hoặc m3/h

 Dựa vào giá trị Q và H đã cho theo đặc tuyến, ta xác định số vòng quay, hiệu suấtcủa quạt và tốc độ vòng của bánh guồng Đưa ra tốc độ vòng để đánh giá độ bền cơhọc của quạt, bơm và tiếng ồn cơ học và khí động học gây ra

 Theo năng suất đã cho, xác định được tốc độ trung bình ở cửa ra và cửa vào (tínhbằng m/s) và áp suất động học tương ứng của nó (tính bằng mmH2O) ở trênthangsong song với trục nằm ngang

 Khi xác định số quạt cần cố gắng sao cho giá trị áp suất và năng suất đã cho tươngứng với giá trị cực đại củahiệu suất

 Nên chọn quạt với giá trị hiệu suất không nhỏ hơn 0.9 hiệu suất cực đại

 Đặc tuyến để chọn quạt thành lập đối vớikhông khí sạch ở điều kiện tiêu chuẩn

nghĩa là khi t=20oC,=1.2 kg/m3, áp suất 760 mmHg, và hàm ẩm tương đối củakhông khí =50%

19 Nêu cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm ly tâm? Giải thích tại sao phải mồi nước trước khi cho bơm chạy?

 Cấu tạo: bơm ly tâm gồm có rôto, vỏ bơm, thân bơm, đường ống hút, đường ống

đẩy và cánh bơm

 Nguyên lý làm việc: khi rôto quay thì áp suất tại tâm rôto là bé nhất Do tính liên

tục và tính chảy của lưu chất nên chúng được dâng lên tới tâm bơm và tại đây dònglưu chất được nhận thêm một công do lực ly tâm cung cấp để nó chuyển động lênống đẩy

 Phải mồi nước trước khi cho bơm chạy vì: Nếu như không mồi đầy chất lỏng thì

cần thiết để nâng chất lỏng từ mức thấp vào bơm Dẫn đến bơm hoạt động ở chế độkhông tải, có thể dẫn đến cháy bơm.

20 Ngoài màng chắn và Venturi còn có lưu lượng kế nào khác không?

 Ngoài màng chắn và ventury còn có lưu lượng kế kiểu tự cảm Khi lưu chất chảy

qua ống có quấn 1 cuộn dây có độ tự cảm thì sẽ hiện giá trị

21 So sánh độ chính xác khi đo của hai loại lưu lượng kế: màng chắn và venture

 Độ chính xác của việc đo lưu lượng bằng màng và venturi phụ thuộc vào lưu lượngban đầu cho trước (Q=VxA) Ta có thể dùng lưu lượng này để so sánh với lưulượng đo bằng màng và venturi Nếu giá trị nào gần với giá trị lưu lượng đầy thì độchính xác của giá trị đó càng cao

 So với màng chắn thì phép đo với venturi chính xác hơn vì đối với các vòi phuntieu chuẩn (venturi) thì có thể xác định được lưu lượng rất nhỏ, nó đáp ứng đượcđòi hỏi hao hụt áp suất thật nhỏ

22 Việc thiết lập công thức xác định tổn thất ma sát theo quãng đường dựa vào lý thuyết nào? Trình bày nội dung của nguyên lý đó.

 Chế độ chảy tầng: công thức xác định tổn thất ma sát theo quãng đường được

thiết lập dựa trên:

+ Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng (phương trình Bernoulli).+ Định luật cơ học I của Newton (dòng chảy đều trong ống thì tổng các lựctác dụng bằng 0)

 Chế độ chảy rối: công thức xác định tổn thất ma sát theo quãng đường được thiết

lập dựa vào thực nghiệm và dùng phương pháp phân tích thứ nguyên

 Nguyên tắc đồng nhất về thứ nguyên của Fourier: một phương trình biểu thị

quy luật vật lý đó cũng có thể được biểu thị bằng hàm quan hệ giữa s = n – k cácđại lượng vô thứ nguyên

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Vũ Văn Tảo và Nguyễn Cảnh Cầm, "Thủy lực", Tập 1, NXB ĐH và THCN, Hà Nội, 1968

[2] Foust, A S et.al, "Principles of Unit Operations", Chương 20, John Wiley and Sons, N.Y., 1960

[3] Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khương, Trần Quang Thảo, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa, “Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa học”, Tập 1, Nhà Xuất Bản Đại Học

Và Trung Học Chuyên Nghiệp