Báo cáo thí nghiệm QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ SỰ LAN TRUYỀN NGỌN LỬA Thí nghiệm Kỹ thuật Hàng Không 1

21 Hình 18: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt thuận khác nhau.. 21 Hình 19: Đồ thị biểu diễn sự th

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

- -

Báo cáo thí nghiệm

QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ SỰ LAN TRUYỀN NGỌN LỬA

Thí nghiệm Kỹ thuật Hàng Không 1

GVHD: Đặng Trung Duẩn

Lớp: VL01

Sinh viên thực hiện Mã số sinh viên

TP HCM, ngày 20 tháng 3 năm 2022

Mục lục

1 Lý thuyết liên quan: Máy thủy khí 5

2 Thiết bị thí nghiệm và vận hành: 7

2.1 Lắp đặt hệ thống thí nghiệm: 8

2.2 Phần mềm tương tác: 9

2.2.1 Cài đặt: 9

2.2.2 Hướng dẫn cài đặt Driver: 10

2.2.3 Hướng dẫn sử dụng: 10

2.3 Các đại lượng cần lưu ý: 12

3 Bài 1: Khảo sát đường đặc tính quạt ly tâm: 13

3.1 Mục đích và yêu cầu thí nghiệm: 13

3.2 Nguyên lý: 13

3.3 Tiến hành thí nghiệm: 13

3.4 Quy trình xử lý số liệu: 13

3.5 Kết quả và nhận xét: 15

4 Bài 2: Khảo sát đồng dạng động lực học của quạt ly tâm: 18

4.1 Mục đích và yêu cầu thí nghiệm: 18

4.2 Nguyên lý: 18

4.3 Tiến hành thí nghiệm: 18

4.4 Quy trình xử lý số liệu: 19

4.5 Kết quả và nhận xét: 21

Danh mục hình ảnh

Hình 1 Máy nhận năng lượng (Turbine gió) và máy cung cấp năng lượng (bơm) 5

Hình 2: Phân bố cột áp theo lưu lượng một số loại máy cánh dẫn 6

Hình 3: Mô hình máy cánh dẫn ly tâm 6

Hình 4: Mô hình quạt ly tâm FM40 7

Hình 5: Vị trí đo của các cảm biến trên ống hút và ống đẩy 8

Hình 6: Hai bánh công tác của FM40 8

Hình 7: Nối dây thiết bị thí nghiệm 9

Hình 8: Thư mục cài đặt chương trình tương tác của FM40 10

Hình 9: Giao diện FM40-308 10

Hình 10: Giao diện FM40-306 11

Hình 11: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích 15

Hình 12: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích 15

Hình 13: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích 16

Hình 14: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích 16

Hình 15: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích 17

Hình 16: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích 17

Hình 17: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau 21

Hình 18: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau 21

Hình 19: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau 22

Hình 20: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau 22

Hình 21: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau 23

Hình 22: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau 23

Hình 23: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cpu và Cq (cánh thuận) 24

Hình 24:Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cq và CH (cánh thuận) 24

Hình 25: Đồ thị so sánh giá trị Pu tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm (cánh thuận) 26

Hình 26: Đồ thị so sánh giá trị Qv tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm (cánh thuận) 26

Hình 27: Đồ thị so sánh giá trị PtF tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm (cánh thuận) 26

Hình 28: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau 27 Hình 29: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra

Hình 30: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo

lưu lượng thể tích tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau 28

Hình 31: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau 28

Hình 32: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau 29

Hình 33: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau 29

Hình 34: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cp (Pu) và Cq (cánh ngược) 30

Hình 35:Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cq và CH (cánh ngược) 30

Hình 36: Đồ thị so sánh giá trị Pu tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm 31

Hình 37:Đồ thị so sánh giá trị Q tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm 31

Hình 38:Đồ thị so sánh giá trị PtF tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm 32

Danh mục bảng biểu Bảng 1: Bảng số liệu bài 1.1 14

Bảng 2: Bảng số liệu bài 1.2 14

Bảng 3: Bảng số liệu bài 2.1 (FS=57%) với vận tốc 2018 rpm 19

Bảng 4: Bảng số liệu bài 2.1 (FS=85%) với vận tốc 3009 rpm 19

Bảng 5: Bảng số liệu bài 2.2 (FS=57%) với vận tốc 2018 rpm 20

Bảng 6: Bảng số liệu bài 2.2 (FS=85%) với vận tốc 3009 rpm 20

KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA QUẠT LY TÂM 1

Bài 1: Khảo sát đường đặc tính quạt ly tâm

Bài 2: Khảo sát đồng dạng động lực học của quạt ly tâm

1 Lý thuyết liên quan: Máy thủy khí

Máy thủy khí là thiết bị làm việc bằng cách trao đổi năng lượng với dòng chất lỏng đi qua máy, ví dụ: bơm, turbine, quạt, máy nén…Ở bài thí nghiệm này ta tập trung vào quạt – máy thủy khí có lưu chất tương tác là không khí

Có thể phân loại máy thủy khí theo nhiều cách khác nhau:

• Theo tính chất trao đổi năng lượng với chất lưu:

✓ Nhận năng lượng của lưu chất, biến đổi thành cơ năng (turbine nước, turbine

gió…)

✓ Cung cấp năng lượng cho lưu chất (bơm, quạt, máy nén…)

Hình 1 Máy nhận năng lượng (Turbine gió) và máy cung cấp năng lượng (bơm)

• Theo nguyên lý tác dụng với chất lưu trong quá trình trao đổi năng lượng:

✓ Máy cánh dẫn dùng chuyển động quay của bánh công tác (gồm các lá cánh)

để trao đổi động năng và thế năng với lưu chất Vận tốc lưu chất, áp suất lối

ra và lối vào là các thông số đặc trưng trong việc xác định trạng thái hoạt

động Được chia làm 2 phân loại nhỏ: máy ly tâm và máy hướng trục

✓ Máy thể tích trao đổi năng lượng với chất lưu theo nguyên lý nén chất lỏng

trong một thể tích kín dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh, với dạng trao đổi năng lượng là áp năng Máy thể tích có khả năng làm việc với áo suất cao

nhưng lưu lượng nhỏ Vận tốc máy là thông số quyết định hoạt động máy

Tùy vào mục đích sử dụng (độ cao cột áp, lưu lượng) mà người ta lựa chọn các loại máy thủy khí thích hợp Hình 2 thể hiện vùng phân bố cột áp theo lưu lượng của 3 loại máy thủy khí phổ biến (máy thể tích, máy cánh dẫn ly tâm, máy cánh dẫn hướng trục) dùng trong

Hình 2: Phân bố cột áp theo lưu lượng một số loại máy cánh dẫn

Đối với máy cánh dẫn ly tâm (Hình 3), lưu chất đi vào tâm các rotor có cánh xoay, đẩy ly tâm ra bên ngoài và được một buồng góp gom lại, dẫn ra lối ra Vận tốc quay cao, lưu chất nhận động năng lớn Chênh lệch áp suất giữa lối ra và lối vào được sinh ra do chuyển động động năng này thành áp năng Máy cánh dẫn ly tâm được dùng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên có một số hạn chế về áp suất tĩnh sau máy thấp, tiếng ồn…

Hình 3: Mô hình máy cánh dẫn ly tâm

Các đại lượng đặc trưng của máy cánh dẫn ly tâm bao gồm:

• Lưu lượng thể tích đo bằng vòng chắn:

2 0

2 4

d v

Trong đó: (đơn vị hệ SI)

𝑑: đường tính vòng chắn lưu lượng

𝑃0: chênh lệch áp suất khi qua vòng chắn lưu lượng 𝜌: khối lượng riêng không khí

𝐶d: hệ số lưu lượng 𝐴: diện tích tiết diện cắt ngang

𝑃1, 𝑃2: áp suất phía trước và phía sau bánh công tác

𝑉1, 𝑉2: vận tốc lưu chất ở lối vào và lối ra của quạt

2 Thiết bị thí nghiệm và vận hành:

Bộ thiết bị thí nghiệm gồm mô hình quạt ly tâm như Hình 4, bộ xử lý dữ liệu IDF7, 2 bánh công tác có chiều lá cánh khác nhau Thiết bị được kết nối với máy tính thông qua cổng USB

Hình 4: Mô hình quạt ly tâm FM40

FM40 hoạt động với một trong hai bánh công tác có sẵn (dạng backward-curved blades và forward-curved blades) với tốc độ quay được điều khiển bởi chương trình tương tác Bánh công tác được đặt trong buồng góp và nối với hai ống dẫn (một ống hút, một ống đẩy) đặt vuông góc nhau Trên hai ống này được lắp các cảm biến và thiết bị khác như sau (Hình 5):

• Ống hút: cảm biến đo áp suất đầu vào và áp suất trước quạt, cảm biến đo nhiệt độ,

lưới tổ ong ổn định dòng trước khi vào quạt

• Ống đẩy: cảm biến đo áp suất đầu ra của quạt, thiết bị điều khiển lưu lượng bằng

ống cao su

Ngoài ra còn có cảm biến đo moment xoắn trên trục của motor

Hình 5: Vị trí đo của các cảm biến trên ống hút và ống đẩy

• FM40-308 (/FM40 new Software/FM40/Program/Cs308.exe): đây là phiên bản mới,

tự động quét các cổng COM giao tiếp với máy tính, chạy ngay không cần cài đặt Lưu ý:

- Trong một số trường hợp yêu cầu cài đặt 306 trước khi sử dụng

FM40-308 Nếu máy tính không tự động nhận cổng COM cần cài đặt Driver

- Sinh viên có thể được yêu cầu trả lời các câu hỏi trắc nghiệm trong phần mềm

FM40-306

Hình 8: Thư mục cài đặt chương trình tương tác của FM40

2.2.2 Hướng dẫn cài đặt Driver:

Right click My Computer  Manager  Chọn Device manager ở cột bên trái Kiểm tra Mục Port (COM & LPT)  IDF7:

• Nếu xuất hiện dấu chấm thang màu vàng thì Driver chưa được cài đặt  Right click

và chọn Update driver software…  Chỉ đến thư mục FM40-306 để chương trình tự động cài đặt  Khởi động lại máy tính và kiểm tra kết nối;

• Nếu không có dấu chấm thang màu vàng và chỉ thị “Watchdog enable” trên phần mềm tương tác sáng chứng tỏ chương trình đã kết nối thành công

2.2.3 Hướng dẫn sử dụng:

Phần này sẽ trình bày cách sử dụng chương trình FM40-306, cách sử dụng FM40- 308 tương tự (thao tác trên các icon lớn hơn ở cột bên trái)

Hình 9: Giao diện FM40-308

Lưu ý:

“Set zero” giá trị các cảm biến trước khi tiến hành ghi nhận số liệu

2.3 Các đại lượng cần lưu ý:

3 Bài 1: Khảo sát đường đặc tính quạt ly tâm:

3.1 Mục đích và yêu cầu thí nghiệm:

Hiểu phương pháp khảo sát và vẽ đường đặc tính của quạt ly tâm khi hoạt động ở tốc

độ không đổi

Thực hiện thí nghiệm tại tốc độ quay của động cơ không đổi (FS=100%), thu thập số liệu và vẽ được các đồ thị:

- Đường đặc tính của quạt (các loại áp suất theo lưu lượng thể tích)

- Các loại công suất theo lưu lượng thể tích

- Hiệu suất theo lưu lượng thể tích

Sau đó nhận xét xu hướng biến thiên, điểm cực trị của các đại lượng

3.2 Nguyên lý:

Việc lựa chọn quạt phù hợp cho một hệ thống có sẵn đươc dựa vào đường đặc tính của quạt Đường đặc tính thiết lập mối quan hệ giữa áp suất tạo ra bởi quạt và lưu lượng ở một tốc độ động cơ nhất định, giúp cho việc lựa chọn chính xác và dễ dàng hơn

được kết quả ở lưu lượng tối đa

- Lưu lại kết quả thí nghiệm (đồ thị, bảng số liệu): File => Save As

3.4 Quy trình xử lý số liệu:

Thực hiện các bước thí nghiệm như trên, ta tiến hành đo và dùng các công thức để xử

lý số liệu, ta được bảng số liệu:

Bảng 1: Bảng số liệu bài 1.1

Bảng 2: Bảng số liệu bài 1.2.

3.5 Kết quả và nhận xét:

Từ bảng số liệu trên, vẽ các đồ thị:

Hình 11: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích

Đồ thị này ta có thể thấy đường nội suy biểu diễn ở cả hai cánh quạt thuận và ngược chiều không có sự khác biệt Khi áp suất tổng có xu hướng tăng khi lưu lượng thể tích tăng, giá trị cực tiểu của áp suất tổng là khoảng 0.84 - 0.85 (kPa) tại vị trí lưu lượng khoảng 11.4 – 11.5 (l/s), giá trị cực đại của áp suất tổng là khoảng 1.12 (kPa) tại vị trí lưu lượng khoảng

98 (l/s) Khi lưu lượng vượt qua ngưỡng cực đại của áp suất tổng ta có thể dự đoán rằng áp suất tổng sẽ có xu hướng giảm khi tiếp tục tăng lưu lượng thể tích

Hình 12: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích

Chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra của máy có xu hướng tăng dần khi lưu lượng tăng, và khi lưu lượng qua giá trị cực đại thì áp suất chêch lệch có xu hướng giảm dần, ở cả hai trường hợp cánh quạt thuận và ngược chiều Giá trị cực tiểu và cực đại lần

Poly (Quay ngược chiều) Poly (Quay thuận chiều)

Chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra

ngược chiều Quay thuận chiều Poly

(Quay ngược chiều) Poly

(Quay thuận chiều)

Hình 13: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích

Khi vòng chắn lưu lượng càng mở thì lưu lượng càng tăng Khi vòng chắn đóng tại vị trí bằng 0 thì lưu lượng cũng bằng 0 Lưu lượng đạt tại vị trí cực đại cũng là lúc vòng chắn

mở hết biên độ Đường đồ thị của bài 1.1 và 1.2 trong trường hợp so sánh này không có sự khác biệt

Hình 14: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích

Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích của 2 cánh quạt không có sự khác biệt lớn Hiệu suất cơ khí có xu hướng tăng dần khi lưu lượng thể tích tăng

Quay thuận chiều Poly (Quay ngược chiều) Poly (Quay thuận chiều)

Hình 15: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích

Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích có xu hướng giống với Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích

Hình 16: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích

Ở đồ thị hiệu suất theo lưu lượng này ta thấy 1 đường hiệu suất cao hơn đường còn lại

từ đó có thể dự đoán đường cao hơn là đường hiệu suất của cánh quạt quay thuận chiều và ngược lại Hiệu suất cực đại của cánh thuật là khoảng 50% tại lưu lượng là 100 (l/s) và hiệu suất cực đại của cánh ngược là khoảng 47% tại lưu lượng là 107 (l/s)

(Quay ngược chiều) Poly

(Quay thuận chiều)

Quay thuận chiều

Poly (Quay ngược chiều) Poly (Quay thuận chiều)

4 Bài 2: Khảo sát đồng dạng động lực học của quạt ly tâm:

4.1 Mục đích và yêu cầu thí nghiệm:

Dự đoán được hoạt động của quạt tại một vận tốc từ một vận tốc khác cho trước dựa vào đồng dạng động lực học

Thực hiện thí nghiệm tại 2 tốc độ quay của động cơ không đổi (3009 rpm và 2018 rpm), thu thập số liệu và vẽ các đồ thị:

- Các loại áp suất, công suất, hiệu suất theo lưu lượng thể tích tại 2 tốc độ khác nhau Vẽ các đồ thị hệ số đồng dạng để chứng minh sự đúng đắn của đồng dạng

động lực học

- Hoặc tính các hệ số đồng dạng trước, sau đó dự đoán các giá trị tại tốc độ

thứ 2 từ tốc độ thứ 1, sau đó vẽ đồ thị so sánh giá trị tính được với đo được

4.2 Nguyên lý:

Việc kiểm nghiệm tất cả các loại quạt tại các tốc độ khác nhau là rất khó khăn và không thực tế Đồng dạng động lực học được sử dụng để dự đoán các yếu tố về áp suất, công suất, lưu lượng của một loại quạt khi đã biết đặc tính của một loại quạt khác đồng dạng Một số các đại lượng vô thứ nguyên dung trong đồng dạng động lực học như:

- Có cùng số lá cánh

- Các kích thước về góc giống nhau

- Các kích thước tuyến tính tỉ lệ với nhau

4.3 Tiến hành thí nghiệm:

Thực hiện tương tự mục 3.3 nhưng với 2 tốc độ động cơ khác nhau (2018 rpm và 3009 rpm)