THỰC tập QUÁ TRÌNH và THIẾT bị MẠCH lưu CHẤT

Khảo sát hiện tượng tổn thất dọc đường của các 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 mở rộng, co hẹp, đoạn ống cong, các loại van, …

THỰC TẬP QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ MẠCH LƯU CHẤT I Mục đích _ Khảo sát tượng tổn thất dọc đường dòng chảy đoạn đường ống trịn khơng có chi tiết nối ống _ Khảo sát tượng tổn thất cục chi tiết nối ống mở rộng, co hẹp, đoạn ống cong, loại van, … II Tính tốn Đo tổn thất dọc đường 1.1 Ống thép không gỉ D = 26.64mm Bảng 1- Kết đo tổn thất dọc đường ống thép không gỉ D=26.64mm Độ cột áp mmH2O Lần đo o Nhiệt độ C Đĩa chắn 29 5081 30 4585.3 30 3974 30 3488.3 30 4462.3 Ta tính tốn cụ thể cho lần đo thứ Đĩa chắn (N/m2) P1A-P1B 49844.61 44981.793 38984.94 34220.223 43775.163 84.6 79 70 63.3 78 P1A-P1B (N/m2) 829.926 774.99 686.7 620.973 765.18 Ta có: Với giả sử Re = 104 ta tìm hệ số hiệu chỉnh: CD = Tương tự ta có bảng giá trị CD theo chuẩn số Re = 105, 106, 107 Bảng 2- Sự phụ thuộc hệ số hiệu chỉnh lưu lượng vào chuẩn số Reo tỉ lệ Do/D Hệ số hiệu chỉnh CD Chuẩn số Reynolds - Re0 104 0.2 0.25 105 0.6000 0.5950 0.6025 0.5970 0.4 0.6100 0.6030 Vận tốc sơ dịng chảy qua đĩa chắn: Tính giá trị Reo theo Vo sơ bộ: 106 107 0.5940 0.5950 0.5980 0.5940 0.5950 0.5980 Reo = = Tương tự lần đo 2,3,4,5 ta có bảng số liệu Bảng 3- Kết tính giá trị V’o Reo ống thép khơng gỉ D=26.64mm Lần đ o Nhiệt độ (kg/m3) µ.103(m2/s) Vo (m/s) Reo 29 30 30 30 30 995.98 995.68 995.68 995.68 995.68 0.818 0.8007 0.8007 0.8007 0.8007 10.024 9.524 8.867 8.307 9.395 148171 143777 133851 125405 141836 Tại giá trị Reo = 148171.502 tỉ số , ta xác định hệ số hiệu chỉnh CD CD = Tính lại vận tốc Vo theo hệ số hiệu chỉnh CD Tính lưu lượng Q qua đĩa chắn: Tính vận tốc dịng lưu chất qua ống: V = =1.243 (m/s) Tính lại Re theo V D =  chế độ chảy độ Re > 40000 Trong giới hạn độ nhám tương đối nên: Xét tỉ số Suy ra: (nguồn: Sổ tay QTTB tập 1) = Tính tổn thất dọc đường hd: ) Chuyển tổn thất dọc đường sang chênh lệch cột áp (N/m2): h’d = hd g = 0.096 9.81 995.98 = 936.406 (N/m2) Tính tương tự cho lần đo 2,3,4,5 ta có bảng số liệu: Bảng 4- Kết tính tốn tốn cho ống thép không gỉ D = 26.64mm v0' Lầ n v0 ( m / s ) Reo CD ( m / s ) Q (m3/s ) v (m/s ) Re  hd (m) 10 1481 9.5 1437 8.8 1338 8.3 1254 9.3 1418 0.597 5.9 0.000 69 0.597 5.6 0.000 65 0.597 5.2 0.000 61 0.597 4.9 0.000 57 0.597 5.6 0.000 64 1.30 421 0.02 0.107 1.23 409 0.02 0.097 1.15 381 0.02 0.085 1.07 357 0.02 0.075 1.21 403 0.02 6 0.094 Độ chênh cột áp (N/m2) 1100 1000 900 800 700 600 000.001 000.001 000.001 000.001 000.001 000.001 000.001 000.001 000.001 Lưu lượng (m3/s) Vẽ đồ thị: h’d (N/m ) 104 945 2 826 731 921 Hình 1- Đồ thị biểu diễn phụ phụ thuộc tổn thất dọc đường theo lưu lượng ống thép không gỉ (D=26.64mm) Nhận xét: Độ chênh lệch cột áp tính tốn thấp so với độ chênh lệch cột áp đo Khi lưu lượng dòng chất lỏng tăng tổn thất dọc đường tăng Ở mức lưu lượng 0.00065 m3/s tổn thất lý thuyết 765.18 N/m2 tổn thất đo 922.34 N/m2 Tổn thất thực tế cao tổn thất lý thuyết 157.16 N/m2 Khi lưu lượng dòng chảy qua ống tăng tổn thất dọc đường tăng theo Vì tổn thất dọc đường tỉ lệ thuận với bình phương lưu lượng Ta thấy, tổn thất cột áp đo có chênh lệch so với tổn thất cột áp theo tính tốn Ngun nhân do: + Trong q trình tính tốn ta làm trịn số nhiều lần + Khi xác định độ chênh cột áp đĩa chắn, lưu lượng không ổn định thay đổi khoảng rộng nên ta xác định giá trị tương đối chưa xác + Tại đĩa chắn có bị tổn thất ta bỏ qua +Hệ số ma sát mang tính tương đối, chưa xác +Đường kính ống khơng xác cặn đáy đường ống làm giảm vận tốc dòng chảy 1.2 Ống nhựa đường kính D = 15.8mm Bảng 5- Kết đo tổn thất dọc đường ống nhựa D=15.8mm Độ cột áp mmH2O Lần đo Nhiệt độ oC 31 30 30 Đĩa chắn Đĩa chắn (N/m2) P2A-P2B 191.3 58 30 1876.653 568.98 294.3 119 42 22.3 P2A-P2B (N/m2) 1167.39 412.02 218.763 31 30 114.6 65.6 1124.226 643.536 77 49.3 755.37 483.633 Ta tính tốn cụ thể cho lần đo thứ Ta có: Với giả sử Re = 104 ta tìm giá trị hệ số hiệu chỉnh CD = = 0.6025 Tương tự ta có bảng giá trị CD theo chuẩn số Re = 105, 106, 107 Tương bảng Vận tốc sơ dòng chảy qua đĩa chắn: Tính giá trị Reo theo Vo sơ bộ: Reo = = Tương tự lần đo 2,3,4,5 ta có bảng số liệu Bảng 6- Kết tính giá trị V’o Reo ống nhựa D=15.8mm Lần đo Nhiệt độ 31 30 30 31 30 (kg/m3) 995.37 995.68 995.68 995.37 995.68 µ.103(m2/s) 0.784 0.8007 0.8007 0.784 0.8007 V’o (m/s) 1.946 1.071 0.770 1.506 1.139 Tại giá trị Reo = 29988 tỉ số , ta xác định hệ số hiệu chỉnh CD CD = Tính lại vận tốc Vo theo hệ số hiệu chỉnh CD Tính lưu lượng Q qua đĩa chắn: Tính vận tốc dòng lưu chất qua ống: V = = 0.691 (m/s) Tính lại Re theo V D =  chế độ chảy rối Re 4000 Do ống nhựa nên độ nhám = 0, ta xem gần 1.10-9 Tính số Regh = 6= = 2.71012 Suy ra: 4000 < Re < Regh nên tính  theo cơng thức:  = 0.0296 Tính tổn thất dọc đường hd: Reo 29988 16170 11630 23211 17197 ) Chuyển tổn thất dọc đường sang chênh lệch cột áp (N/m2): h’d = hd g = 0.056 9.81 995.37 = 404.930 (N/m2) Tính tương tự cho lần đo 2,3,4,5 ta có bảng số liệu: Bảng 7- Kết tính tốn tốn cho ống nhựa D = 15.8mm v0' Lầ n v0 ( m / s ) Reo 1.9 2998 1.0 1617 0.7 1163 1.5 2321 1.1 1719 CD ( m / s ) Q (m3/s) v (m/s ) Re  0.02 0.056 hd (m) 0.601 1.1 0.000 13 0.69 138 0.602 0.6 0.000 07 0.38 748 0.03 0.020 0.602 0.4 0.000 05 0.27 538 0.03 8 0.011 0.602 0.9 0.000 10 0.53 107 0.03 0.036 0.602 0.6 0.000 07 0.40 795 0.03 0.022 h’d (N/m ) 542 3 195 111 9 348 6 217 Tổn thất dọc đường (N/m2) 14 00 1200 1000 Thực tế Lý thuyết 800 600 00 200 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 Lưu lượng (m3/s) Vẽ đồ thị: Hình 2- Đồ thị biểu diễn phụ phụ thuộc tổn thất dọc đường theo lưu lượng ống nhựa (D=15.8mm) Nhận xét: Độ chênh lệch cột áp tính tốn thấp so với độ chênh lệch cột áp đo Khi lưu lượng dịng chất lỏng tăng tổn thất dọc đường tăng Ở mức lưu lượng 0.000135 m3/s tổn thất lý thuyết 542.133 N/m2 tổn thất đo 1167.39 N/m2 Tổn thất thực tế cao tổn thất lý thuyết 625.257 N/m2 Khi lưu lượng dịng chảy qua ống tăng tổn thất dọc đường tăng theo Vì tổn thất dọc đường tỉ lệ thuận với bình phương lưu lượng Ta thấy, tổn thất cột áp đo có chênh lệch so với tổn thất cột áp theo tính tốn Ngun nhân do: + Trong q trình tính tốn ta làm trịn số nhiều lần + Khi xác định độ chênh cột áp đĩa chắn, lưu lượng không ổn định thay đổi khoảng rộng nên ta xác định giá trị tương đối chưa xác + Tại đĩa chắn có bị tổn thất ta bỏ qua +Hệ số ma sát mang tính tương đối, chưa xác +Đường kính ống khơng xác cặn đáy đường ống làm giảm vận tốc dòng chảy 1.3 Ống nhựa đường kính D = 12.52mm Bảng 8- Kết đo tổn thất dọc đường ống nhựa D=12.55mm Độ cột áp mmH2O Lần đo Nhiệt độ oC 30 31 31 31 31 Đĩa chắn Đĩa chắn (N/m2) P3A-P3B 37.6 15.3 12.0 25.3 69.0 368.856 150.093 117.72 248.193 676.89 108.6 37.3 29.0 71.1 187.0 P3A-P3B (N/m2) 1065.366 365.913 284.49 697.491 1834.47 Ta tính tốn cụ thể cho lần đo thứ Ta có: Với , ta tìm chuẩn số Reynolds theo bảng Giả sử Re = 104 CD = Tương tự ta có bảng giá trị CD theo chuẩn số Re = 105, 106, 107 Tương tự bảng Vận tốc sơ dịng chảy qua đĩa chắn: Tính giá trị Reo theo Vo sơ bộ: Reo = = 13020 Tương tự lần đo 2,3,4,5 ta có bảng số liệu Bảng 9- Kết tính giá trị V’o Reo ống nhựa D=12.52mm Lần đo Nhiệt độ 30 31 31 31 31 (kg/m3) 995.68 995.37 995.37 995.37 995.37 µ.103(m2/s) V’o (m/s) Reo 0.8007 0.784 0.784 0.784 0.784 0.862 0.550 0.487 0.708 1.169 13020 8481 7511 10906 18010 Tại giá trị Reo = 29988 tỉ số , ta xác định hệ số hiệu chỉnh CD CD = Tính lại vận tốc Vo theo hệ số hiệu chỉnh CD Tính lưu lượng Q qua đĩa chắn: Tính vận tốc dịng lưu chất qua ống: V = = 0.488 (m/s) Tính lại Re theo V D =  chế độ chảy rối Re 4000 Do ống nhựa nên độ nhám = 0, ta xem gần 1.10-9 Tính số Regh = 6= = 2.11012 Suy ra: 4000 < Re < Regh nên tính  theo cơng thức:  = 0.035 Tính tổn thất dọc đường hd: ) Chuyển tổn thất dọc đường sang chênh lệch cột áp (N/m2): h’d = hd g = 0.041 9.81 995.68 = 404.930 (N/m2) Tính tương tự cho lần đo 2,3,4,5 ta có bảng số liệu: Bảng 10- Kết tính tốn tốn cho ống nhựa D = 12.52mm v0' Lầ n ( m / s ) 0.8 0.5 v0 Reo 1302 8481 0.4 7511 0.7 1090 CD ( m / s ) v (m/s ) Q (m3/s) Re  hd (m) 0.602 0.5 0.000 06 0.48 760 0.03 0.041 0.603 0.3 0.000 03 0.31 495 0.04 0.019 0.603 0.2 0.000 03 0.27 438 0.04 0.016 0.602 0.4 0.000 04 0.40 637 0.03 0.029 h’d (N/m ) 404 187 152 7 287 1.1 1801 0.602 0.7 0.000 08 0.66 105 000.000 000.000 000.000 0.03 0.069 2000 Tổn thất dọc đường (N/m2) 1600 Thực tế 1200 800 00 000.000 000.000 000.000 000.000 Lưu lượng (m3/h) Vẽ đồ thị: Hình 3- Đồ thị biểu diễn phụ phụ thuộc tổn thất dọc đường theo lưu lượng ống nhựa (D=12.52mm) Nhận xét: Độ chênh lệch cột áp tính tốn thấp so với độ chênh lệch cột áp đo Khi lưu lượng dòng chất lỏng tăng tổn thất dọc đường tăng Ở mức lưu lượng 0.000081 m3/s tổn thất lý thuyết 676.703 N/m2 tổn thất đo 1834.470 N/m2 Tổn thất thực tế cao tổn thất lý thuyết 1157.767 N/m2 Khi lưu lượng dòng chảy qua ống tăng tổn thất dọc đường tăng theo Vì tổn thất dọc đường tỉ lệ thuận với bình phương lưu lượng Ta thấy, tổn thất cột áp đo có chênh lệch so với tổn thất cột áp theo tính tốn Ngun nhân do: + Trong q trình tính tốn ta làm trịn số nhiều lần + Khi xác định độ chênh cột áp đĩa chắn, lưu lượng không ổn định thay đổi khoảng rộng nên ta xác định giá trị tương đối chưa xác 10 676 + Tại đĩa chắn có bị tổn thất ta bỏ qua +Hệ số ma sát mang tính tương đối, chưa xác +Đường kính ống khơng xác cặn đáy đường ống làm giảm vận tốc dòng chảy Tổn thất dọc đường (N/m2) 1900 1600 Ống thép không gỉ (D=24.64mm) Ống nhựa (D=15.8mm) Ống nhựa (D=12.52mm) 1300 1000 700 400 100 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.001 000.001 000.001 Lưu lượng (m3/h) Vẽ đồ thị nhận xét có thay đổi chất liệu đường kính ống Hình 4- Đồ thị biểu diễn phụ phụ thuộc tổn thất dọc đường theo lưu lượng ba ống Nhận xét: Từ đồ thị ta nhận thấy tăng lưu lượng dòng chảy qua ống tổn thất cột áp tăng theo Đường kính nhỏ tổn thất cao Giải thích: Lưu lượng dòng chảy tỉ lệ thuận với tổn thất cột áp, đường kính ống tỷ lệ nghịch với tổn thất cột áp Ta thấy, với ống nhựa D = 15.8mm có mức lưu lượng 0.000079 ống nhựa D = 12.52mm có mức lưu lượng 0.000081, ta xem mức lưu lượng 11 gần tổn thất ống nhựa D = 12.52mm 1834.47 N/m2 lớn gấp gần lần so với D = 15.8mm có tổn thất 483.633 N/m2 Nếu so sánh tổn thất dọc đường dựa vào chất liệu làm ống ống thép khơng gỉ có tổn thất lớn so với ống nhựa khảo lưu lượng đường kính ống Vì ống thép khơng gỉ có độ nhám tuyệt đối 4.6x10-2 mm lớn so với độ nhám ống nhựa có độ nhám gần 12 Đo tổn thất cục Bảng 11- Kết đo tổn thất cục Lần Nhiệt độ (oC) đo Độ chênh lệch cột áp Độ chênh lệch cột (mmH2O) áp hai đĩa chắn (mmH2O) 29 29 29 29 29 3871.6 4732.3 5274.3 5382.6 4871 P4A - P4B 53 58.3 65.3 66 61 P5A - P5B 47.6 56 59.3 56.3 54 Chuyển đổi đơn vị từ mmH2O sang Pa (N/m2) tính tốn hcb thực tế, ta có bảng sau: Bảng 12- Kết đo tổn thất cục (N/m2) Độ chênh lệch Lần đo cột áp hai đĩa chắn (Pa) Độ chênh lệch cột áp 37948.07 46384.35 51696.84 52758.36 47743.84 hcb (m) (N/m2) P4A - P4B 519.49 571.44 640.05 646.91 597.90 P5A - P5B 466.56 548.89 581.24 551.83 529.29 P4A - P4B 0.0530 0.0583 0.0652 0.0659 0.0609 P5A - P5B 0.0476 0.0560 0.0592 0.0563 0.0540 Ta tính tốn cho lần đo thứ nhất:  Tính lưu lượng dịng chảy Q: - Từ độ chênh lệch cột áp đĩa chắn (mmH2O) ta chuyển sang đơn vị N/m2 - Tính VO cơng thức - Từ VO sơ ta tính chuẩn số Reynolds theo công thức 13 - Dựa vào chuẩn số Reynolds hệ số hình dạng ống , ta tra CD theo bảng - Từ CD ta tính lại VO VO = Vo sơ x CD = 8.73 x 0.597 = 5.211 m/s -Từ VO ta tính lưu lượng  Tính hệ số tổn thất cục : - Tính tổn thất cục thục tế: - Tính hệ số tổn thất cục :  Tính tốn tương tự cho lần đo 2,3,4,5 ta có kết thí nghiệm sau: 14 Bảng 13- Kết tính tốn hcb hai loại co 900 co 1800  Giá trị hệ số tổn thất cục trung bình co 90o: 0.0318  Giá trị hệ số tổn thất cục trung bình co 180o: 0.0358 Hệ số tổn thất cục Lầ n đo V(m/s) sơ Re CD V (m/s) lần Co 90o Co 180o Q (m3/s) 8.73 132640 0.597 5.211 0.0344 0.0383 0.000603 9.65 146644.4 0.597 5.761 0.0331 0.0344 0.000667 10.19 154814.5 0.597 6.082 0.0314 0.0346 0.000704 10.29 156395.9 0.597 6.144 0.0292 0.0343 0.000711 9.79 148777.9 0.597 5.845 0.0310 0.0350 0.000676 Từ bảng số liệu vẽ đồ thị: Tổn thất cục hcb (m) 0.07 0.06 0.06 0.05 0.05 0.04 0 0 Lưu lượng (m3/s) 15 0 Hình 5- Biểu đồ so sánh tổn thất cục hai loại co 180o co 90o theo lưu lượng Nhận xét: Tổn thất cục vị trí ống thay đổi hướng dịng chảy tăng góc thay đổi lớn Từ đồ thị bảng số liệu thực nghiệm, cho thấy tổn thất vị trí hướng chảy thay đổi góc 1800 lớn vị trí góc 900 Nguyên nhân chủ yếu tượng hệ số tổn thất cục co 180O lớn hệ số tổn thất cục co 90O Trong q trình chất lưu chuyển động có ma sát phân tử chất lỏng với thành ống phần tử chất lỏng với nhau, đặc biệt ma sát lớn chảy rối (tức Re lớn), chất lưu di chuyển bị đổi hướng ma sát tăng làm cho lượng chất lỏng bị tiêu hao biến thành nhiệt tăng, kết chênh lệch lượng trước sau vị trí đổi hướng tăng hay tổn thất cục tăng Khi góc thay đổi lớn xáo trộn ma sát tăng dẫn đến tổn thất lớn III Câu hỏi bàn luận Câu 1: Tại cần phải ghi lại số liệu nhiệt độ chất lỏng q trình làm thí nghiệm? Trong q trình làm thí nghiệm ta cần phải ghi lại nhiệt độ dịng chất lỏng khối lượng riêng chất lỏng độ nhớt chất lỏng chịu ảnh hưởng nhiệt độ Nếu không ghi lại nhiệt độ dịng chất lỏng mà lấy nhiệt độ mơi trường kết tính tốn khơng xác, sai lệch Câu Các phương pháp hạn chế tổn thất đường ống? Có thể hạn chế tổn thất nhiều cách: 16 _ Sử dụng ống có độ nhám thấp ống nhựa, cao su, … _ Sử dụng ống có đường kính nhỏ _ Điều chỉnh lưu lượng lưu chất ống thấp _ Sử dụng đường ống ngắn _ Hạn chế nối ống, sử dụng van, thay đổi đường kính ống, hay đổi hướng chuyển động, … Tuy nhiên, việc sử dụng biện pháp tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: loại lưu chất cần vận chuyển, lưu lượng cần đáp ứng, độ bền yêu cầu, nhiệt độ môi trường làm việc ống, chức ống, yếu tố kinh tế, … Do đó, thực tế tùy vào yêu cầu mục đích sử dụng cụ thể mà điều chỉnh yếu tố cho hợp lý, tìm điều kiện tối ưu, để đạt hiệu suất làm việc, đảm bảo độ bền ống an toàn sử dụng Ngoài ra, trình sử dụng đường ống nên thường xuyên kiểm tra, vệ sinh sửa chữa đường ống, … để tránh tượng ăn mòn, bám bẩn đường ống gây tổn thất làm giảm hiệu suất sử dụng Câu Tại không sử dụng van cầu điều chỉnh lưu lượng mà sử dụng van kim? Tại khơng đặt van kim sau van cầu? Van kim điều chỉnh mức lưu lượng nhỏ mà van cầu khơng làm van kim có độ xác cao Nếu sử dụng van cầu khó điều chỉnh lưu lượng mức độ nhỏ van cầu có cửa đóng mở 90o Van kim đặt sau phù hợp Nếu đặt van kim trước van cầu điều chỉnh lưu lượng nhỏ gây tượng thiếu nước làm giảm tiết diện mặt cắt ướt ống, ta khó để xác định diện tích mặt cắt ướt trường hợp 17 Tài Liệu Tham Khảo Giáo trính TT.QT&TB Cơng nghệ Hóa học Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, khoa Cơng nghệ, trường Đại học Cần Thơ Sổ tay QT & TB Cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Các trình, thiết bị cơng nghệ hốt chất thực phẩm, Tập trình thủy lực, bơm quạt, máy nén Nhà xuất khoa học Kỹ thuật Hà Nội 18 ... Đại học Cần Thơ Sổ tay QT & TB Công nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Các trình, thiết bị cơng nghệ hốt chất thực phẩm, Tập trình thủy lực, bơm quạt, máy nén Nhà xuất khoa... ma sát phân tử chất lỏng với thành ống phần tử chất lỏng với nhau, đặc biệt ma sát lớn chảy rối (tức Re lớn), chất lưu di chuyển bị đổi hướng ma sát tăng làm cho lượng chất lỏng bị tiêu hao biến... ghi lại số liệu nhiệt độ chất lỏng trình làm thí nghiệm? Trong q trình làm thí nghiệm ta cần phải ghi lại nhiệt độ dòng chất lỏng khối lượng riêng chất lỏng độ nhớt chất lỏng chịu ảnh hưởng nhiệt