Báo cáo bài 1 mạch lưu chất

Bài 1 MẠCH LƯU CHẤT 1 MỤC ĐÍCH Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống dẫn có đường kính khác nhau và có chứa lưu lượng kế màng chắn, venturi cùng các bộ phận nối ống như c[.]

Bài 1: MẠCH LƯU CHẤT MỤC ĐÍCH Khảo sát chảy nước phịng thí nghiệm hệ thống ống dẫn có đường kính khác có chứa lưu lượng kế màng chắn, venturi phận nối ống cút, van, chữ T CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lưu lượng kế màng chắn venturi Nguyên tắc hai dụng cụ giảm áp suất lưu chất chảy qua chúng để đo lưu lượng d1 d2 d1 d2 Hình 1.1: Lưu lượng kế venturi chắn Vận tốc trung bình vị trí (2) tính theo cơng thức tổng kê lượng: V2 = C (1) Trong đó: C: hệ số màng chắn Venturi, tùy thuộc vào chế độ chảy Re ∆P: Độ giảm áp suất qua màng chắn hay Venturi, N/m2 : Trọng lượng riêng lưu chất, N/m3 : Tỉ số đường kính cổ Venturi hay đường kính lỗ màng chắn đường kính ống Do lưu lượng qua màng chắn hay Venturi: Q=V2A2=V1A1 (2) Trang 2.2 Tổn thất lượng chảy ống dẫn Khi lưu chất chảy ống, ta có lượng ma sát thành ống Xét trường hợp ống tròn nằm ngang Từ phương trình Bernoulli ta có: (3) Vì =0 => (4) : thủy dầu tổn thất ma sát ống, m Tổn thất lượng liên hệ với thừa số ma sát phương trình Darceyweisbach: (5) f: hệ số ma sát, vô thứ nguyên L: chiều dài ống, m D: đường kính ống, m a) Trong chế độ chảy tầng Tổn thất ma sát tính theo cơng thức sau: (6) Hệ số ma sát f tính theo cơng thức Hagen – Poiseuille: = (7) b) Đối với chảy rối Trang Hệ số ma sát f tùy thuộc vào Re độ nhám tương đối ống ( đối ống tỷ số độ nhám thành ) Độ nhám tương đường kính ống D Người ta tính f từ số phương trình thực nghiệm phương trình Nikuradse, hay để thuận tiện người ta sử dụng giản đồ f theo Re ( Moody) ) (giản đồ Ngoài mát lượng ma sát ống dẫn nối trên, ta cịn có mát lượng trở lực cục bộ, ví dụ: thay đổi tiết diện chảy, hay thay đổi tiết diện van Trong trường hợp ta có cơng thức tính trở lực cục bơ sau: (8) Với : chiều dài tương đương cút, van,… Chiều dài tương đương định nghĩa chiều dài đoạn ống thẳng có tổn thất lượng van, cút điều kiện Trở lực riêng tiêu tốn để thắng trở lực phận ta xét gây ra: (9) So sánh vế công thức (8) (9) ta có: (10) Từ ta có: (11) Trang 3 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 3.1 Sơ đồ thí nghiệm: Hình 3.1: Sơ đồ thí nghiệm 3.2 Dụng cụ thí nghiệm: Số liệu kích thước ống dẫn inox: Loại ống Đường kính ngồi (mm) A 34 B 26.5 C 21.5 D 16.5 Độ nhám e = 0,000005 Màng chắn: Venturi: Đường kính (mm) 29 22 17 13.5 lối vào: 40 mm đường kính lỗ: 17 mm lối vào: 40 mm đường kính lỗ: 17 mm PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: Trang Trước làm thí nghiệm cần tuân thủ theo dẫn: Độ mở van để cố định 4.1 Trắc định lưu lượng kế chắn venturi 1) Mở van cho nước vào bình đến vạch tối đa (1cm vạch tương đương lít) 2) Mở hồn tồn van 4, 5; đóng van 6, 7; mở van nhánh áp kế màng chắn venturi 3) Cho bơm chạy từ từ mở van sau khóa lại kiểm tra mức nước cột áp kế màng venturi có chưa Nếu cột chất lỏng nhánh (của màng venturi) tiến hành thí nghiệm Cịn chưa tiếp tục mở, đóng van 4) Khi mức chất lỏng cột áp màng chắn hay venturi nhau, ta tiến hành làm thí nghiệm 5) Ta chọn lưu lượng tùy ý (ghi vào bảng 1) Từ từ mở van 7, ứng với độ mở van với lưu lượng cho ta đọc cột áp venturi, màng chắn thời gian Khi bình chứa phải đóng lại van 7, mở van van cho nước vào bình chứa Lặp lại thí nghiệm từ đến lần 4.2 Thiết lập giản đồ f theo Re cho ống A, B, C, D van số a) Cho ống A Khóa van 6,7; mở van cho nước chảy vào bình chứa, mở van hai nhánh áp kế ống A Kiểm tra mức nước cột áp kế ống A, mức nước ta tiến hành thí nghiệm Dùng van để chỉnh lưu lượng (giống chỉnh van thí nghiệm 1) Ứng với mỡi độ mở van ta đọc độ giảm áp màng chắn ống A độ dài k = 1,5m Van chỉnh đến độ mở tối đa b) Cho ống B, C, D Thao tác tương tự thí nghiệm cho ống A, thay mở van lúc ta mở van hay hay tùy loại ống c) Cho van số 5: Van số để mở hoàn toàn Dùng van để chỉnh lưu lượng giống thí nghiệm trên, ứng với độ mở van van ta đọc độ giảm áp màng van Xong thí nghiệm với độ mở hồn tồn ta đóng lại van số vịng ½ có độ mở ¾, tiếp tục đo trên; mở hết cỡ van 6, lúc độ giảm áp màng van khơng thay đổi nghĩa đo độ mở ¾ xong Tiếp tục khóa van số vịng ½ ta độ mở ¼ Trang tiếp tục đo Như ta thí nghiệm xong với độ mở khác van số 5: mở hon ton, m ắ, m ẵ v m ẳ Trở lực theo độ mở van sau: Bảng 4.1: Trở lực theo độ mở van Độ mở Hồn tồn 0,26 ống 2,06 17 TÍNH TỐN 5.1 Kết thí nghiệm: a) Thí nghiệm 1: Bảng 5.1: Số liệu thu thí nghiệm STT Chế độ mở HT W(L) 6.0 t(s) 16 ΔPm (cm H2O) 10.5 ΔPv (cm H2O) 8.0 ¾ 5.5 16 11.3 7.3 ½ 4.5 14 11.5 7.0 ¼ 5.5 17 9.5 5.0 b) Thí nghiệm 2: Ống A: Bảng 5.2: Số liệu thu thí nghiệm - ống A Chế độ mở ΔPm (cm H2O) ống A ΔP ống A (cm H2O) HT ¾ 10.5 11.3 1.0 1.4 ẵ 11.5 1.0 ẳ 9.5 1.0 Trang Ống B: Bảng 5.3: Số liệu thu thí nghiệm - ống B Chế độ mở ΔPm (cm H2O) ống B ΔP ống B (cm H2O) HT 9.2 4.0 ắ 8.0 4.0 ẵ 8.8 5.0 ẳ 8.0 3.5 Ống C: Bảng 5.4: Số liệu thu thí nghiệm - ống C Chế độ mở ΔPm (cm H2O) ống C ΔP ống C (cm H2O) HT 6.5 12.0 ắ 4.5 12.0 ẵ 5.0 10.0 ẳ 4.0 7.0 Ống D: Bảng 5.5: Số liệu thu thí nghiệm - ống D Chế độ mở ΔPm (cm H2O) ống D ΔP ống D (cm H2O) HT 3.0 10.0 ắ 1.8 9.0 ẵ 3.0 11.0 Trang ¼ 2.0 10.0 c) Thí nghiệm 3: Bảng 5.6: Số liệu thu thí nghiệm – van Chế độ mở van HT ΔPm (cm H2O) 15.1 P van (cm H2O) 4.5 ắ 15.3 5.1 ẵ 14.5 9.5 * Kết tính tốn: Ta có: Q= W ( lít/s) = = 0,375 lít/s t 16 Q= V1A1=V2A2 V1= V2 van cút có tiết diện giống nhau, A1=A2 đường kính lỗ màng chắn đường kính cổ venturi (17mm), lối vào màng chắn lối vào venturi (40mm) Nên V= = Q 1000  V= d π 1000 m/s ( ) = với Q: m3/s 0,375 1000 17 π 1000 ( ) = 1,652 m/s 17 V D 1,652 1000 996 Sau tính V ta tìm Re theo cơng thức: Re= = 34791 =¿ ❑ 0,000804 Với ρ = 996 kg/m3 g = 9,81 m/s2 Trang μ = 0,000804 Ns/m2 D= 17 mm = 0,017 m : đường kính lỗ màng đường kính cổ venturi Tính Cm Cv từ cơng thức: √ gP V= C (1−❑ ) Cm = Cv= √ √  C= √ V 2g P (1−❑ ) 1,652 9,81 10,5 98,1 [ ( )] 17 9770,76 1− 40 = 1,130 1,652 9,81 8,0 98,1 [ ( )] 17 9770,76 1− 40 = 1,294 C: hệ số màng chắn hay Venturi, tùy thuộc vào chế độ chảy Re ∆P: Độ giảm áp suất qua màng chắn hay Venturi, N/m2 Ta đổi từ cm H2O N/m2 10 mH2O = 9.81*10^4 N/m2 cmH2O= 98.1 N/m2 = 9770,76 N/m3: Trọng lượng riêng lưu chất = Tỉ số đường kính cổ Venturi hay đường kính lỗ màng chắn đường kính ống Tương tự ta tính kết qua bảng sau: Bảng 5.7: Kết tính thí nghiệm W (L) t (s) 6.0 5.5 16 16 Q (L/s) 0.375 0.344 Δ Pm ρ g (cm H2O) Δ Pv ρ g (cm H2O) Re Cm Cv 10.542 11.345 8.032 7.329 34793 31917 1.130 0.999 1.294 1.243 Trang 4.5 5.5 14 17 0.321 0.324 11.546 9.538 7.028 5.020 29783 30061 ΔP 0.924 1.026 1.185 1.415 ΔP m v Dựa vào bảng số liệu ta vẽ đồ thị thể mối quan hệ , , ΔP với Q, từ ρg ρg ta lập phương trình : y= 0.01x + 0.1832 (hình 5.1)  Thừa số ma sát ống dẫn: Xét ống A mở hoàn toàn: Ở chế độ mở hoàn toàn: - Từ Cm tìm thí nghiệm ΔPm thí nghiệm 2, dùng cơng thức sau ta tìm Q : y= -0.0002x + 0.3436 (L/s) - 4Q Vận tốc dòng: V= πd (m/s) (với d=29mm: đường kính ống A) - ΔP g d Thừa số ma sát ống A: f = LV ( với L=1.5m: chiều dài ống A) - ρVd Chuẩn số Reynolds: Re = μ Thực phép tính tương tự tính cho ống A với việc sử dụng số liệu đo cho ống B, C, D thí nghiệm đường kính ống B,C, D là: 22mm, 17mm, 13.5mm, chiều dài ống B, C, D 1.5m Sô liệu kích thước cho loại ống thí nghiệm: Bảng 5.8: Kích thước cho loại ống Loại ống A B C D Đường kính ngồi (mm) 34 26.5 21.5 16.5 Đường kính (mm) 29 22 17 13.5 Trang 10 Ống A: Bảng 5.9: Kết tính ống A Ch m HT ắ ẵ ẳ (cm H2O) 10.542 11.345 11.546 9.538 (cm H2O) 1.004 1.406 1.004 1.004 Q (lít/s) V(cm/s) f Re 0.289 0.297 0.299 0.279 43.753 44.965 45.267 42.239 0.0199 0.0264 0.0186 0.0213 15718 16154 16262 15175 Ống B: Bảng 5.10: Kết tính ống B Ch m HT ắ ẵ ẳ (cm H2O) (cm H2O) 9.237 8.032 8.835 8.032 4.016 4.016 5.02 3.514 Q (lít/s) V(cm/s) f Re 0.276 0.264 0.272 0.264 72.606 69.449 71.554 69.449 0.0219 0.024 0.0282 0.021 19788 18927 19501 18927 V(cm/s) 109.261 100.449 102.652 98.247 f 0.0224 0.0266 0.0212 0.0162 Re 23010 21154 21618 20691 V(cm/s) 148.807 140.423 148.807 f Re 0.008 24886 0.0081 23484 0.0088 24886 Trang 11 Ống C: Bảng 5.11: Kết tính ống C Chế m HT ắ ẵ ẳ (cm H2O) (cm H2O) 12.048 12.048 10.04 7.028 6.526 4.518 5.02 4.016 Q (lít/s) 0.248 0.228 0.233 0.223 Ống D: Bảng 5.12: Kết tớnh ng D Ch m HT ắ ẵ (cm H2O)  3.012 1.807 3.012 (cm H2O) 10.04 9.036 11.044 Q (lít/s) 0.213 0.201 0.213 2.008  Thí nghiệm số 3: van 5: ¼ 10.04 0.203 141.82 0.0088 23718 Ở chế độ van mở hoàn toàn van mở hồn tồn: - Từ Cm tìm thí nghiệm ΔPm thí nghiệm 2, dùng cơng thức sau ta tìm Q : Y = -0.0002x + 0.3436 (L/s) - Vận tốc dòng: V= 4Q πd (m/s) Chuẩn số Reynolds : Re= ρVd μ ξd Chiều dài tương đương: le = f (m) Bảng 5.13: Kết qu tớnh van m HT ắ ẵ ¼ Δ Pm (cm H2O) ρg ΔP ρg (cm H2O)  Q (L/s) V (cm/s) 15.161 15.361 4.518 5.12 0.335 0.337 26.658 26.818 14.558 9.538 0.329 15.161 4.518 0.335 V2/2g (m) f Re le 0.0036 0.0177 0.0037 0.0177 13210 13289 0.09 0.588 26.181 0.0035 0.0175 12973 4.709 26.658 0.0036 0.0177 13210 0.09 5.2 Đồ thị: Trang 12 0.38 0.37 0.36 Q ( L/s) 0.35 Δ Pm/ρg f(x) = − 0.000241234858437051 x + 0.343591525775475 Linear (Δ Pm/ρg) Δ Pv/ρg ΔP 0.34 0.33 0.32 0.31 0.3 10 12 Δ P (cm H2O) Hình 5.1 Giản đồ lưu lượng Q với hiệu số thủy dầu áp suất Giản đồ hệ số lưu lượng kế Cm Cv theo Re: 1.5 1.4 1.3 1.2 Cm Cv 1.1 0.9 0.8 29000 30000 31000 32000 33000 34000 35000 Hình 5.2 Giản đồ hệ số lưu lượng kế Cm Cv Với ống A: Trang 13 A 0.0275 f 0.025 0.0225 f(x) = 8.80529094935985E-07 x + 0.00761364588217443 R² = 0.0162360913235052 0.02 0.0175 15000 15200 15400 15600 15800 16000 16200 16400 Re Hình 5.3 Giản đồ f-Re ống A Với ống B: B 0.029 0.028 0.027 0.026 f 0.025 0.024 0.023 f(x) = 1.66473093302361E-06 x − 0.00833058459156016 R² = 0.0499500229624226 0.022 0.021 0.02 18000 18200 18400 18600 18800 19000 19200 19400 19600 19800 20000 Re Hình 5.4 Giản đồ f-Re ống B Trang 14 Với ống C: C 0.032 0.03 f 0.028 f(x) = 4.03404171238602E-07 x + 0.0144180379832621 R² = 0.0677916921570916 0.026 0.024 0.022 0.02 27000 28000 29000 30000 31000 32000 33000 34000 35000 Re Hình 5.5 Giản đồ f-Re ống C Với ống D: D 0.009 0.0088 0.0086 f 0.0084 0.0082 f(x) = 1.05146958512528E-08 x + 0.00817008697113015 R² = 0.000327020937047173 0.008 0.0078 0.0076 23400 23600 23800 24000 24200 24400 24600 24800 25000 Re Hình 5.6 Giản đồ f-Re ống D Trang 15 Độ mở van: 0.338 0.337 0.336 f(x) = 0.012 x + 0.324666666666667 R² = 0.519230769230769 0.335 Q ( L/s) 0.334 0.332 0.33 0.329 0.328 0.326 0.324 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.1 Độ mở van Hình 5.7 Giản đồ Q- độ mở van Đặc tuyến van: Trang 16 10 Đặc tuyến van f(x) = − 615.384615384615 x + 211.7 R² = 0.880693546167607 ΔP van 0.328 0.329 0.33 0.331 0.332 0.333 0.334 0.335 0.336 0.337 0.338 Q Hình 5.8 Giản đồ ΔPvan - Q 5.3 Bàn luận: Nhận xét: a) Thí nghiệm 1: Hệ số lưu lượng kế Cm Cv theo chế độ chảy (Re) - So sánh Cm Cv : Ta có: V =C √ gΔP γ (1− β ) Theo lý thuyết, với đường kính lỗ đường kính màng nên V β thiết bị Do C tỉ lệ nghịch với ∆P Màng chắn Venturi có cấu tạo khác Màng chắn thay đổi kích thước đột ngột nên áp suất lớn venture => Cm < Cv Dựa vào kết ta thấy kết luận Cm < Cv - Sự phụ thuộc Cm Cv theo Re Re tăng kéo theo ∆P tăng nên C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay Re ∆P theo phương trình hệ số lưu lượng tỉ lệ thuận với vận tốc dòng chảy Trang 17 tỉ lệ nghịch với ∆P - So sánh lưu lượng kế màng venturi Từ kết thí nghiệm ta nhận thấy ∆P m > ∆Pv nên sử dụng lưu lượng kế Venturi cho kết xác b) Thí nghiệm 3: - Giản đồ Q theo độ mở van: Ta nhận thấy lưu lượng thay đổi theo độ mở van - Chiều dài tương đương: Chiều dài tương đương bé khi độ mở van lớn khả cản trở dòng chảy nhỏ Từ kết thí nghiệm ta nhận thấy chiều dài tương đương nhỏ van mở hoàn toàn kết luận * Các nguyên nhân gây sai số - Các giá trị dao động liên động nên kết thu có sai số - Các ống dẫn có độ ma sát khơng đồng nhất, bị rỉ sét, đóng cặn Ngồi cịn bị rõ rĩ chất lỏng dọc đường ống nên gây tổn thất lượng - Do dùng mắt để đọc giá trị tổn thất cột áp, độ chênh lệch áp suất nên dẫn đến sai sót - Độ mở van bị sai lệch lần làm thí nghiệm - Điều kiện phịng thí nghiệm khơng đồng lần làm thí nghiệm - Hoạt động bơm không ổn định TÀI LIỆU THAM KHẢO - [1] Giáo trình “Hướng dẫn thí nghiệm Q trình Thiết bị cơng nghệ” - [2] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Vũ Bá Minh – Hồng Minh Nam,”Các q trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm”, tập 1, “Các trình học”, 2, Nhà xuất đại học quốc gia TPHCM PHỤ LỤC Bảng số liệu thô Trang 18 Trang 19 ... 0.0282 0.0 21 19788 18 927 19 5 01 18927 V(cm/s) 10 9.2 61 100.449 10 2.652 98.247 f 0.0224 0.0266 0.0 212 0. 016 2 Re 23 010 211 54 216 18 206 91 V(cm/s) 14 8.807 14 0.423 14 8.807 f Re 0.008 24886 0.00 81 23484... H2O) 10 .542 11 .345 11 .546 9.538 (cm H2O) 1. 004 1. 406 1. 004 1. 004 Q (lít/s) V(cm/s) f Re 0.289 0.297 0.299 0.279 43.753 44.965 45.267 42.239 0. 019 9 0.0264 0. 018 6 0.0 213 15 718 16 154 16 262 15 175... (s) 6.0 5.5 16 16 Q (L/s) 0.375 0.344 Δ Pm ρ g (cm H2O) Δ Pv ρ g (cm H2O) Re Cm Cv 10 .542 11 .345 8.032 7.329 34793 319 17 1. 130 0.999 1. 294 1. 243 Trang 4.5 5.5 14 17 0.3 21 0.324 11 .546 9.538 7.028