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

NÔI DUNG THI NGHIÊM...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

Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2019

MỤC LỤC

DANH MỤC HINH ANH 2

DANH MỤC BANG BIỂU 2

1 MỤ̣C ĐÍCH THI NGHIÊM 3

2 NÔI DUNG THI NGHIÊM 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 bi 19

4 TAI LIÊU THAM KHAO 28

1

Hình 2 : Đô thi chảy

DANH MỤC HINH ANH

Hình 3 : Đô thi chả̉y quá độ λ =

14

Hình 1 : Đô Thi Q = f(∆ / )

tầng λ = f( ) = 64/Re 15

0.3164 / Re^0.25 15

Hình 4: Đô thi chảy rôi λ = 0.25/((lg3.7d/e)^2) 16

Hình 5 : Đô thi chảy rôi λ = 1/(3.24[((log6.8/Re+e)]^2 16

DANH MỤC BANG 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 giả̉m 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 giả̉m 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

2

1 MỤ̣C ĐÍCH THI NGHIÊM

Khả̉o sát va so sánh các phương tiện đo mức (trực quan, đồng hồ hiển thị số - HydroStatic Pressure Transmitter)

Khả̉o sát va so sánh các phương tiện đo lưu lượng (Vbồn chứa/t; Vđồng hồ/t; Float

Flowmeter; Flow Transmitter)

Khả̉o sát va so sánh các phương tiện đo áp suất (đồng hồ kim; Ống chữ U; đồng hồhiển thị số - Pressure Transmitter)

Khả̉o sát và so sánh trở lực của ống dẫn, co 90o, van theo vận tốc dòng

chả̉y Khả̉o sát phương trình Bernoulli

Lam quen vơi sơ đô va nguyên tắc vân hanh hê thông xac đinh chê đô chảy cua chất lỏ̉ng

Xac đinh chuẩn sô Reynolds cua cac chê đô chảy

2 NÔI DUNG THI NGHIÊM

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 khoả̉ng 20 l/min Đợi khoả̉ng 20 giây cho hệ thống hoạt động ổn định

Sử dụng thiết bị chụp hình để ghi nhận tất cả̉ các số liệu hiển thị trên mặt tủ điện ở cùng một thời điểm để hạn chế sai số Ghi nhận số liệu ở mỗi lầ̀n khả̉o sát 10 lầ̀n

và lấy giá trị trung bình

Ở cùng một lưu lượng nước, lầ̀n lượt nhấn nút mở van solenoid của các đường ốngtiếp theo, thời gian chờ để hệ thống ổn định giữa các lầ̀n thay đổi đường ống khả̉o sát 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 giả̉m chiều cao mực nướctheo thời gian

Đo tổn thất áp suất bằng ống chữ U

3

3 PHÚC TRÌNH

3 1 Số liệu thô

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

+ Ta có : V bồn chứa = 100 lít = 0.1 m3 Chiều cao H = 1 m

+ Do đó:

Đường kính bồn chứa: D = 0.36 m

Tiết diện bồn chứa: S = 0.1 m2

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

giả̉m 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 giả̉m chiều cao mực nước

8

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

10

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

13

21 0.00037

Smooth Pipe 34

14

b Đồ thị biểu diễn hàm số λ = f(Re)

0.0010

Hình 2 : Đô thi chảy tầng λ = f( ) = 64/Re

c Đồ thị biểu diễn hàm số chả̉y quá độ

λ Đô thi chả̉y quá độ λ = 0.3164 / Re^0.25

0.0330

0.0310

Smooth Pipe 21 0.0290

15

Globe Valve 0.0250

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Hình 5 : Đô thi chảy rôi λ = 1/(3.24[((log6.8/Re+e)]^2

16

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 lý thuyết, lưu lượng chả̉y càng nhanh thì hệ số màng chắ́n càng tốt

Trở lực của dòng chả̉y qua ống Elbow 90 độ là lớn nhất, trong khi đó dòng chả̉y qua ống smooth 21 có trở lực nhỏ̉ nhất

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

21 là tuyến tính Tuy nhiên, với các đường ống khác thì khi lưu lượng Q tăng, trở lực biến thiên không đồng nhất lúc tăng lúc giả̉m 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 không đều, không chính xác, hệ số ma sát thay đổi theo từng vị trí và tốc độ của dòng chả̉y

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 bả̉ng số liệu sau khi xử lý thống kê thì hàm tuyến tính gầ̀n tiến sát về một, điều đó chứng tỏ̉ số liệu đi gầ̀n đúng với lí thuyết, phầ̀n trăm của các con số có thể chấp nhận được một phầ̀n vì máy cũ, một phầ̀n 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 chuẩ̉n, nó biểu thị độ phân tán của kết quả̉

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

17

Thao tác làm chưa đúng kỹ thuật.

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

Qua trinh chup ảnh ghi sô liêu chưa thât sư đung vơi thơi điêm cần chup

18

3.5 Câu hỏi chuẩn bi

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

ống dẫn được tính theo công thức:

∑ h=λ d l 2 ν g2 + ∑ ξ 2 ν2g

Để làm giả̉m trở lực ta có thể thực hiện:

Giả̉m vận tốc của dòng chả̉y

Tăng kích thước của đường ống Giả̉m độ nham của thành ống Giả̉m chiều dài đường ống

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

Trong chất lỏ̉ng tĩnh lực mặt chỉ có một thành phầ̀n theo phương pháp tuyến với mặt tiếp xúc

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

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

Hiện tượng xâm thực:

Khi chất lỏ̉ng chuyển động vào miệng bơm ly tâm, do áp suất ở đây thấp hơn áp suất khí quyển nên đã tạo điều kiện cho các khí hòa tan trong chất lỏ̉ng bốc hơi tạo ra các bọt khí

ở miệng hút của bơm Các bọt khí này cùng chất lỏ̉ng sẽ chuyển động trong cánh guồng.Khi đó áp suất lại tăng lên, khí lại hòa tan ngược vào chất lỏ̉ng Do quá trình bay hơi –

19

ngưng tụ - hòa tan khí xả̉y ra rất nhanh, thể tích bọt khí tăng lên và giả̉m đột ngột, dẫnđến áp suất trong các bọt khí có thể đạt tới 100-1000at Hiện tượng này gọi là hiện tượngxâm thực.

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 cầ̀n phả̉i hạn chế

Cách khắc phục:

Giới hạn chiều cao hút của bơm

Xét nhiệt hóa hơi nơi đặt bơm phù hợp chưa

Giả̉m thiểu tối đa trở lực trên đường ống hút

Tăng áp lực hút bằng cách giả̉m 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 giả̉m tổn thất này trong bơm pittong thường thiết kế các bầ̀u khí ở ống hút

và ống đẩ̉y của bơm Bầ̀u khí cấu tạo là hộp kín có chứa khí và được đặt ở đầ̀u hút và đầ̀uđẩ̉y của bơm Khi bơm hút hoặc đẩ̉y chất lỏ̉ng, một phầ̀n chất lỏ̉ng sẽ đi vào bầ̀u khí chứatrong đó và nén khí trong bầ̀u khí Khi áp lực trong dòng chả̉y giả̉m dầ̀n (thấp hơn áp lựckhí trong bầ̀u khí) thì phầ̀n chất lỏ̉ng bầ̀u khí sẽ chả̉y ra hòa chung với dòng chả̉y làm tăng

độ điều hòa của dòng chả̉y, giả̉m bớt lực quán tính của dòng chả̉y

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

6 Có mấy loại bơm? Kể tên, phạm vi và giới hạn ứng dụng Có 3 loại bơm

Bơm thể tích: Chất lỏ̉ng được hút và nay khỏ̉i bơm do sự thay đổi thể tích nhờ một bộphận chuyển động tịnh tiến hay quay, do đó thế năng và áp suất chất lỏ̉ng tăng lean Dùng trong công nghệ hoá học, dầ̀u khí ……

20

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 lỏ̉ng tăng lên nhờ lực ly tâm tạo ra trong chấtlỏ̉ng khi guồng quay Dùng bơm nước, vận chuyển chất lỏ̉ng…

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,

thùng nén, Xyphơng…

7 Khi nào can ghép nối tiếp, song song Vẽ đường đặc tính bơm cho 2 trường hợp trên Ghép bơm làm việc nối tiếp: khi cầ̀n giữ nguyên lưu lượng và tăng cột áp Trên đồ thị 1:

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 cầ̀n 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.

Đường đa ëc tính của bơm ghe ùp s ong s ong

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

21

Chiều cao hút của bơm phả̉i bị giới hạn vì nếu chiều cao hút lớn sẽ xả̉y ra hiện tượng xâm thực.

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

Đôi với các bả̉ng 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 mmH2O Tuy nhiên để loạitrừ khả̉ năng dao động trong bơm nên giả̉m chiều cao hút khoả̉ng 1 đến 1,5 m sovới giá trị bả̉ng trên

9 Dựa vào chi tiết nào của bơm để phân biệt bớm cao áp và bơm thường?

Phân biệt dựa vào cánh guồng của bơm

22

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 chả̉y của lưu chất không ổng định vì:

Bơm cung cấp lưu lượng không ổn định

Nhiệt độ của chất lỏ̉ng tăng dầ̀n 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 tắ́c chung của hai dụng cụ này là dùng sự giả̉m áp suất của lưu chất khi chả̉y qua chúng để đo lưu lượng

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

V 2=C√ ( ΔP4)

Trong đó:

C: hệ số của màng chắ́n và venturi, tùy thuộc vào chế độ chả̉y Re

ΔP: Độ giả̉m áp suất qua màng chắ́n hay venturi, N/m2

Phép đo lưu lượng này là phép đo gián tiếp thông qua độ giả̉m 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:

23

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 Ưng dụng trong đời sống, trong các xí nghiệp

chế biến thực phẩ̉m

Van cầ̀u: 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 cắ́t ướt (A) và chu vi ướt (

χ

25

Hệ số lưu lượng kế không thay đổi đối với một loại lưu lượng kế nhất định, không phụ thuộc vào chế độ dòng chả̉y 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 chả̉y không ổn định vì:

C biểu thị mức độ tổn thất năng lượng khi dòng chả̉y qua lưu lượng kế

Cv > Cm: Tổn thất năng lượng của lưu lượng khi dòng chả̉y qua lưu lượng kế

venturi nhỏ̉ hơn tổn thất năng lượng của lưu lượng của lưu lượng kế màng

26

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 cho từng loại Trên trục tung của đồ thị đặt giá trị áp suất toàn phầ̀n Htính bằng

mmH2O, 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 suất của quạt và tốc độ vòng của bánh guồng Đưa ra tốc độ vòng để đánh giá độ bền

cơ học 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 (tính bằng m/s) và áp suất động học tương ứng của nó (tính bằng mmH2O) ở trên

thangsong song với trục nằm ngang

Khi xác định số quạt cầ̀n cố gắ́ng sao cho giá trị áp suất và năng suất đã cho tương ứng với giá trị cực đại củahiệu suất

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

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

nghĩa là khi t=20oC, =1.2 kg/m3, áp suất 760 mmHg, và hàm ẩ̉m tương đối của không 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, vỏ̉ bơm, thân bơm, đường ống hút, đường ống

đẩ̉y 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 chả̉y 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 lên ống đẩ̉y

Phả̉i mồi nước trước khi cho bơm chạy vì: Nếu như không mồi đầ̀y chất lỏ̉ng thìguồng động sẽ quay trong môi trường không khí và không tạo được độ chân không

27

cầ̀n thiết để nâng chất lỏ̉ng từ mức thấp vào bơm Dẫn đến bơm hoạt động ở chế

độ không tả̉i, có thể dẫn đến cháy bơm

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

Ngoài màng chắ́n và ventury còn có lưu lượng kế kiểu tự cả̉m Khi lưu chất chả̉y qua ống có quấn 1 cuộn dây có độ tự cả̉m 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 đầ̀u cho trước (Q=VxA) Ta có thể dùng lưu lượng này để so sánh với lưu lượng đo bằng màng và venturi Nếu giá trị nào gầ̀n với giá trị lưu lượng đầ̀y thì độchính xác của giá trị đó càng cao

So với màng chắ́n thì phép đo với venturi chính xác hơn vì đối với các vòi phun tieu chuẩ̉n (venturi) thì có thể xác định được lưu lượng rất nhỏ̉, nó đáp ứng được đòi hỏ̉i hao hụt áp suất thật nhỏ̉

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 bả̉o toàn và chuyển hóa năng lượng (phương trình Bernoulli).+ Đinh luật cơ học I của Newton (dòng chả̉y đều trong ống thì tổng các lực tác 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

một mối quan hệ vật lý nào đó giữa một số đại lượng phả̉i đồng nhất về thứ

nguyên, tức là thứ nguyên của mỗi vế của phương trình phả̉i như nhau

Định lý (Buckingham): Một quy luật vật lý được biểu thị bằng hàm quan hệ giữa

n các đại lượng có thứ nguyên, trong đó có k đại lượng có thứ nguyên độc lập, thì

28