Bài 1 mạch lưu chất

Tên Lý Tất Vĩ Tài MSSV 61502056 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, ventur[.]

Tên: Lý Tất Vĩ Tài MSSV: 61502056 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 Hình 1: Lưu lượng kế venturi chắn Vận tốc trung bình vị trí (2) tính theo công thức tổng kê lượng: g P (1   ) 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  d2 d1 : 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) 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:   P   (V )  Z  H f 0   2g  g  (3)  (aV ) 0 g Vì Z = ( P ) Hf  g  (4) Hf : thủy dầu tổn thất ma sát ống, m Tổn thất lượng liên hệ với thừa số ma sát phương trình Darceyweisbach: Hf f LV 2 gD (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 công thức sau: Hf  32  V gD  (6) Hệ số ma sát f tính theo công thức Hagen – Poiseuille: f  64  64 DV  = Re (7) b) Đối với chảy rối  Hệ số ma sát f tùy thuộc vào Re độ nhám tương đối ống ( D ) Độ nhám tương đối ống tỷ số độ nhám thành  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 ( D ) (giản đồ Moody) 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: Pcb  f td v 2 gD (8) Với td : 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: Pcb  v2 2g (9) So sánh vế công thức (8) (9) ta có:  f td D (10) td  Từ ta có: D f (11) THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 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 Đường kính (mm) 29 22 17 13,5 Màng chắn: lối vào: 40mm đường kính lỗ: 17mm Venturi: đường kính cổ: 17mm lối vào: 40mm 4 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: 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 không thay đổi nghĩa đo độ mở ¾ xong Tiếp tục khóa van số vịng ½ ta độ mở ¼ tiếp tục đo Như ta thí nghiệm xong với độ mở khác van số 5: mở hồn tồn, mở ¾, m ẵ v m ẳ Tr lc theo mở van sau: Độ mở Hoàn toàn 4    t ống 0,26 2,06 17 TÍNH TỐN 5.1 Kết thí nghiệm: a) Thí nghiệm STT Chế độ mở HT ¾ W(L) 6.0 5,5 t(s) 16 16 ΔPPm (cm H2O) 10,5 11,3 ΔPPv (cm H2O) 8,0 7,3 ẵ 4,5 14 11,5 7,0 ẳ 5,5 17 9,5 5,0 b) Thí nghiệm ỐNG A Chế độ mở ΔPPm (cm H2O) ống A ΔPP ống A (cm H2O) HT ắ 10,5 11,3 1,0 1,4 ẵ 11,5 1,0 ¼ 9,5 1,0 ỐNG B Chế độ mở ΔPPm (cm H2O) ống B ΔPP ống B (cm H2O) HT ắ 9,2 8,0 4,0 4,0 ẵ 8,8 5,0 ẳ 8,0 3,5 Chế độ mở ΔPPm (cm H2O) ống C ΔPP ống C (cm H2O) HT 6,5 12,0 ¾ 4,5 12,0 ½ 5,0 10,0 ¼ 4,0 7,0 Chế độ mở ΔPPm (cm H2O) ống D ΔPP ống D (cm H2O) HT ắ 3,0 1,8 10,0 9,0 ẵ 3,0 11,2 ẳ 2,0 10,0 ỐNG C ỐNG D c) Thí nghiệm Chế độ mở van HT ΔPPm (cm H2O) ΔPP van (cm H2O) 15,1 4,5 ắ 15,3 5,1 ẵ 14,5 9,5 * Kết tính tốn: Ta có: Lưu lượng: Q = W = = 0,375 lít/s t 16 Q= V1A1=V2A2 Q 4Q  V= A =  D m/s 0,375 1000 4Q  V= = 17 π.D π 1000 ( với Q: m3/s ) = 1,652 m/s 17 V D 1,652 1000 996 Sau tính V ta tìm Re theo cơng thức: Re = = =¿ 34791 ❑ 0,000804 ρ = 996 kg/m3 g = 9,81 m/s2 μ = 0,000804 Ns/m2 D = 17 mm = 0,017 m : đường kính lỗ màng đường kính cổ venturi Với Δ Pm ρg Tính Δ Pv ρg = = 10,5.98,1.100 = 10,542 cmH2O 996.9,81 8.98,1.100 = 8,032cmH2O 996.9,81 Tính Cm Cv từ công thức: gP V= C (1−❑4) √ V C= √ 2g P (1−❑4 ) 1,652 Cm = Cv= √ √ 9,81 10,5 98,1 = 1,130 17 9770,76 1− 40 [ ( )] 1,652 9,81 8,0 98,1 = 1,294 17 9770,76 1− 40 [ ( )] 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 cmH2O N/m2 10 mH2O = 9,81x104 N/m2 cmH2O= 98,1 N/m2 P mg Vg     g V V V = 996 x 9,81 = 9770,76 N/m3: Trọng lượng riêng nước  d 17 d1 = 40 Tỉ số đường kính cổ Venturi hay đường kính lỗ màng chắn đường kính ống Tương tự ta tính kết qua bảng sau: Bảng W (L) t (s) 6.0 16 5.5 16 4.5 14 5.5 17 Q (L/ s) 0,37 0,34 0,32 0,32 Δ Pm ρ g (cmH2O) Δ Pv ρ g (cmH2O) 10,542 8,032 11,345 7,329 11,546 7,028 9,538 5,020 Re 3479 3191 2978 3006 Cm Cv 1,130 1,294 0,999 1,243 0,924 1,185 1,026 1,415  Thừa số ma sát ống dẫn: Xét ống A mở hồn tồn: Từ Cm tìm thí nghiệm ΔPPm 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) (với d= 29mm: đường kính ống A) - ΔP.2.g.d LV Thừa số ma sát ống A: f = ( 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 Số liệu kích thước cho loại ống thí nghiệm: Bảng 5.1: Kết 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 X Bảng 5.2: Kết ống B Chế độ m HT ắ ẵ ẳ (cm H2O) 9,237 8,032 8,835 8,032 (cm H2O) 4,016 4,016 5,020 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 10 Bảng 5.3: Kết ống C (cm H2O) Chế độ m HT ắ ẵ ẳ (cm H2O) 6,526 4,518 5,02 4,016 Q (lít/s) 0,248 0,228 0,233 0,223 12,048 12,048 10,04 7,028 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) 148,807 140,423 148,807 141,82 f 0,008 0,0081 0,0088 0,0088 Re 24886 23484 24886 23718 Bảng 5.4: Kết ống D (cm H2O) Ch m HT ắ ẵ ẳ 3,012 1,807 3,012 2,008 (cm H2O) Q (lít/s) 0,213 0,201 0,213 0,203 10,04 9,036 11,044 10,04  Thí nghiệm 3: Ở chế độ van mở hoàn toàn van mở hoàn tồn: - Từ Cm tìm thí nghiệm ΔPPm 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) ρVd - Chuẩn số Reynolds : Re= μ ξdd Chiều dài tương đương: le = f (m) X Bảng Độ mở HT Δ Pm ρg (cm H2O) 15,161 ΔP ρg (cm H2O) 4,518 Q (L/s) V (cm/s) 0,335 26,658 V2/2g (m) f 0,0036 0,0177 Re le 13210 0,09 11 15,361 5,12 0,337 26,818 0,0037 0,0177 13289 0,588 14,558 9,538 0,329 26,181 0,0035 0,0175 12973 4,709 15,161 4,518 0,335 26,658 0,0036 0,0177 13210 0,09 5.2 Đồ thị 0.38 0.37 0.36 0.35 Q ( L/gs) ắ ẵ ẳ 0.34 Pm/ggg Δ Pv/ρgρgg 0.33 0.32 0.31 0.3 10 12 Δ P (cm H2O) Giản đồ lưu lượng Q (L/s) hiệu số thủy đầu áp suất ∆ Pm ∆ PV qua ρg ρg màng chắn ống venturi 12 1.5 1.4 1.3 1.2 Cm Cv 1.1 0.9 0.8 29000 30000 31000 32000 33000 34000 35000 Giản đồ hệ số lưu lượng kế Cm Cv ỐNG A ỐNG A 0.03 f 0.03 0.02 f(x) = x + 0.01 R² = 0.02 0.02 0.02 15000 15200 15400 15600 15800 16000 16200 16400 Re Giản đồ thừa số ma sát f theo Re ống A ỐNG B 13 ỐNG B 0.03 0.03 0.03 0.03 f 0.03 f(x) = x − 0.01 R² = 0.05 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 18000 18200 18400 18600 18800 19000 19200 19400 19600 19800 20000 Re Giản đồ thừa số ma sát f theo Re ống B ỐNG C ỐNG C 0.03 0.03 f 0.03 f(x) = x + 0.01 R² = 0.07 0.03 0.02 0.02 0.02 27000 28000 29000 30000 31000 32000 33000 34000 35000 Re Giản đồ thừa số ma sát f theo Re ống C ỐNG D 14 ỐNG D 0.01 0.01 0.01 0.01 f f(x) = x + 0.01 R² = 0.01 0.01 0.01 0.01 23400 23600 23800 24000 24200 24400 24600 24800 25000 Re Giản đồ thừa số ma sát f theo Re ống D 0.34 0.34 0.34 f(x) = 0.01 x + 0.32 R² = 0.52 0.34 Q ( L/ρgs) 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.32 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.1 Độ mở van Giản đồ Q - độ mở van 15 Đặc tuyến van 10 f(x) = − 615.38 x + 211.7 R² = 0.88 ΔP van 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.34 0.34 0.34 0.34 Q Giản đồ ΔPvan - QPvan - Q 5.3 Bàn luận Nhận xét giản đồ a Thí nghiệm 1: Hệ số lưu lượng kế Cm Cv theo chế độ chảy Re Ta có: V =C √ gΔP γ (1− β 4) Dựa vào số liệu đề bài, ta có đường kính lỗ đường kính cổ  V2 β  C tỉ lệ với ∆P Cấu tạo màng chắn venturi có cấu tạo khác (màng chắn thay đổi kích thước đột ngột  áp suất lớn venturi)  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 tỉ lệ nghịch với ∆P 16 So sánh lưu lượng kế màng venturi Từ kết thí nghiệm ta nhận thấy ∆Pm > ∆Pv  sử dụng lưu lượng kế Venturi cho kết xác b Thí nghiệm 2: Hệ số ma sát f theo chế độ chảy Re cho ống A, B, C, D Giản đồ ma sát theo Re: Từ 5000 < Re < 32000: hệ số ma sát tăng Re tăng Ta có đường biểu diễn f theo Re khơng phụ thuộc chiều dài ống kết thí nghiệm cho thấy f bị ảnh hưởng  độ ma sát thành ống khác Re > 32000: hệ số ma sát tăng Re giảm  Ống phịng thí nghiệm bị rỉ sét, đóng cặn điều kiện tiến hành thí nghiệm khác c Thí nghiệm 3: Xác định chiều dài tương đương van Giản đồ Q theo độ mở van Lưu lượng thay đổi theo độ mở van Chiều dài tương đương van Chiều dài tương đương bé độ mở van lớn khả cản trở dòng chảy nhỏ  Chiều dài tương đương nhỏ độ mở van hoàn toàn Nguyên nhân sai số: - Sai số lần canh độ mở không đồng - Sai số người đọc người thao tác không phối hợp lúc - Thời gian xác định đồng hồ người thí nghiệm bấm nên sai số nhiều - Nước khơng có độ tinh khiết 100% ảnh hưởng đến khối lượng riêng nên gây sai số - Do dụng cụ khơng cịn độ xác cao dẫn đến sai số Đề nghị mục đích sử dụng van: 17 Do có tượng giảm áp lưu chất chảy qua van nên ngồi chức thay đổi lưu lượng dịng chảy, van sử dụng làm van tiết lưu hệ thống khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình “Hướng dẫn thí nghiệm Q trình Thiết bị công nghệ” [2] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam,”Các q trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm”, tập 1, NXB đại học quốc gia TPHCM 18 ... 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... 4, 518 5,02 4, 016 Q (lít/s) 0,248 0,228 0,233 0,223 12 ,048 12 ,048 10 ,04 7,028 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... = 10 ,5.98 ,1. 100 = 10 ,542 cmH2O 996.9, 81 8.98 ,1. 100 = 8,032cmH2O 996.9, 81 Tính Cm Cv từ cơng thức: gP V= C (1? ??❑4) √ V C= √ 2g P (1? ??❑4 ) 1, 652 Cm = Cv= √ √ 9, 81 10 ,5 98 ,1 = 1, 130 17 9770,76 1? ??