Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị công nghệ bài 1 mạch lưu chất

Báo cáo thí nghiệm Quá trình và Thiết bị công nghệ BÀI 1 MẠCH LƯU CHẤT SVTH Trần Ngọc Bảo Trân MSSV 61502031 1 MỤC ĐÍCH Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống dẫn có ống d[.]

Báo cáo thí nghiệm Q trình Thiết bị cơng nghệ BÀI MẠCH LƯU CHẤT SVTH: Trần Ngọc Bảo Trân MSSV: 61502031 MỤC ĐÍCH Khảo sát chảy nước phịng thí nghiệm hệ thống ống dẫn có ống dẫn khác có chứa lưu lượng kế màng chắn, venturi phận nối ống cút, van, chữ T CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Lưu lượng kế màng chắn venturi Nguyên tắc : dùng giảm áp suất lưu chất chảy qua chúng để đo lưu lượng Vận tốc trung bình tính từ cơng thức tổng kê lượng: √ V2 = C ∆P γ (1−β ) (1) Trong : C: màng chắn venturi , tùy thuộc vào chế độ chảy Re ∆ P : độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi, N/m γ : trọng lượng riêng lưu chất , N/m3 β= d2 : tỉ số đường kính cổ venturi hay đường kính lỗ màng d1 chắn đường kính ống 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 trịn nằm ngang Từ phương trình Bernoulli ta có: (3) (4) Hf : thủy đầu tổn thất ma sát ống, m  Tổn thất lượng: 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) Chế độ chảy tầng  Tổn thất ma sát : Hf = 32 μlVlV g D2 ρ (6)  Hệ số ma sát f tính theo cơng thức Hagen – Poiseuille: f= 64 μlV 64 = DVρ ℜ (7) b) Sự chảy rối ϵ ¿ Độ D nhám tương đối ống tỷ số độ nhám thành ϵ  Hệ số ma sát f tùy thuộc vài Re độ nhám ống ( đường kính ống D  Cơng thức tính trở lực cục bộ: l td v , ∆ Pcb =f gD (8) l 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: (9) So sánh vế (8) (9) => từ => THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 3.1 Sơ đồ thí nghiệm 3.2 Dụng cụ thí nghiệm Thì kế để tính thời gian Số liệu kích thước ống dẫn inox: Loại ống Đường kính ngồi (mm) Đường kính (mm) A 34 29 B 26,5 22 C 21,5 17 D 16,5 13,5 Độ nhám e = 0,000005 Màng chắn : lối vào : 40 mm Venturi : lối vào : 40mm đường kính lỗ : 17 mm đường kính cổ : 17 mm PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Độ mở van ln để cố định 4.1 Trắc định lưu lượng kế màng chắn venturi - Mở van cho nước vào bình đến vạch tối đa ( 1cm tương đương lít) - Mở hồn tồn van 4,5 ;đóng van 6,7 ;mở van nhánh áp kế màng chắn venturi - Cho bơm chạy từ từ mở van sau khóa lại kiểm tra mức nước cột áp kế màng chắn venturi có nahu chưa Nếu cột chất lỏng nhánh ( màng venturi ) tiến hành làm thí nghiệm Cịn chưa tiếp tục mở ,đóng van - Khi mức chất lỏng cột màng chắn venturi , ta tiến hành làm thí nghiệm - Ta chọn lưu lượng trước tùy ý ( ghi vào bảng 1) Từ từ mở van 7, ứng độ mở van với lưu lượng chọn ta đọc cột áp venturi, màng chắn thời gian Khi bình chứa phải đóng lại van , mở van mở van cho nước vào bình chứa Lặp lại thí nghiệm 1từ đến lần 4.2 Thiết lập giản đồ f theo Re cho ống A, B, C, D van số a) Ống A Khóa van 6,7 mở van cho nước chảy vào đầy bình chứa , mở van nhành 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 độ mở van ta đọc độ giảm áp màng chắn ống A độ dài k = 1,5m Van điều chỉnh đến độ mở tối đa b) Ống B, C, D Thao tác tương tự thí nghiệm cho ống A, thay mở van lúc ta mở van hoặc tùy loại ống c) Van số Van số để mở hoàn toàn Dùng van để chỉnh lưu lượng giống thí nghiệm trên, ứng với độ mở cuả van ta đọc độ giảm áp màng van Xong thí nghiệm với độ mở hồn tồn ta đóng lại van số vịng ½ độ mở ¾ , tiếp tục đo trên; mở hết cỡ van , lúc độ giảm áp màng van khơng thay đổi, nghĩa đo độ ¾ xong Tiếp tục khóa van số vịng ½ ta thu độ mở ¼ tiếp tục đo Như thí nghiệm xong với độ mở van khác nahu van số : mở hoàn ton , m ắ, m ẵ v m ẳ Trở lực theo độ mở van : Độ mở Hon ton ắ ẵ ẳ t ca ống 0.26 2.06 17 KẾT QUẢ  Thí nghiệm 1: STT Chế độ mở W(lít) t (s) HT ắ ẵ ẳ 5,5 4,5 5,5 16 16 14 17 ∆Pm (cm H2O) 10,5 11,3 11,5 9,5 ∆Pv(cm H2O) 7,3 Tính hệ số màng chắn venturi: - Khối lượng riêng nước:  = 995 kg/m3 - Độ nhớt nước: μ = 0.0008 Ns/m2 - Trọng lượng riêng nước: γ = ρ.g = 995.9,81 = 9760.1 N/m - Gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s2  Lưu lượng dịng chảy là:  Ta có:  Ta có: Q= W = =0,375 L/s t 16 ∆ Pm ∆ Pm∗98 10,5∗98 = ∗100= ∗100=10,54 cm H O ρg ρg 995∗9.81 ∆ Pv ∆ Pv∗98 8∗98 = ∗100= ∗100=8 , 032 cm H O ρg ρg 995∗9.81  Vận tốc qua màng chắn venturi 4∗0.375 4Q 1000 V = 2= =1,653 m/s=165,3 cm/ s π d 3,14∗0.017 (với d = 17 mm: đường kính lỗ venturi màng chắn)  Chuẩn số Reynolds: ℜ= ρVd 995∗1,653∗0,017 = =34950,62 μlV 0,0008  Hệ số màng chắn: C m=V √ γ(1−β 4) =1,653∗√ 9760.95∗¿ ¿ ¿ g ∆ Pm  Hệ số venturi: C v =V √ γ(1−β 4) =1,653∗√ 9760.95∗¿ ¿ ¿ g ∆ Pv 14 12 f(x) = − 0.39 x + 10.88 R² = 10 f(x) = 37.26 x − 5.85 R² = 0.51 Linear () Linear () 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38 Tính tốn tương tự cho chế độ mở khác ta thu kết sau: Độ W m (lit) t (s) HT 16 ½ 4,5 Δ Pv ρg STT STT Cv 0,375 10,54 8,032 34950,6 11,1 12,8 0,343 75 11,35 7,33 32032,7 10,7 13,4 0,321 11,54 7,03 29918,4 10,6 13,7 0,324 9,54 5,02 30193,2 75 11,7 16,2 17  Thí nghiệm 2: Cm (cmH2O) Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Q với hiệu STT Re H2O) 14 ¼ 5,5 Δ Pm ρg (cm 16 ¾ 5,5 Q (lit/ s) ∆Pm (theo ống A) 10,5 11,3 11,5 9,5 ∆Pm (theo ống B) 9,2 8,8 ∆Pm (theo ống C) 6,5 4,5 ∆P ống A 1,4 1 ∆P ống B 4 3,5 ∆P ống C 12 12 10 Δ Pm Δ Pv ρg ρg STT 4 ∆Pm (theo ống D) 1,8 ∆P ống D 10 11,2 10 Tính thừa số ma sát ống dẫn  Ống A: Ở chế độ mở hồn tồn: Ta có: ∆ Pm ∆ Pm∗98 10,5∗98 = ∗100= ∗100=10,54 cm H O ρg ρg 995∗9.81 Ta có: ∆ Pv ∆ Pv∗98 8∗98 = ∗100= ∗100=8,032 cm H O ρg ρg 995∗9.81 Từ kết tính tốn thí nghiệm ta vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ Q chúng là: Δ Pm ρg , phương trình biểu diễn mối quan hệ Δ Pm Q = -0,3897 ρg + 10,875 - Lưu lượng: Q = -0,3897*10,54 + 10,875= 6,767 (lít/s) - 4∗6,767 1000 m Vận tốc dòng: V = Q = =10,25 =1025 cm/ s 2 s π d 3,14∗0.029 (với d=29mm: đường kính ống A) Thừa số ma sát ống A: f = ∆ P g d 2∗1∗9.81∗0.029∗100 = =0,000036 LV2 1.5∗10252 (với L=1.5m: chiều dài ống A)  Chuẩn số Reynolds: R e= ρVd 995∗10,25∗0,017 = =2167,23 100 μlV 100∗0,0008 - Đồ thị biểu diễn quan hệ f theo Re ống A - 2350 2300 - 2250 2200 - 2150 - 2100 2050 - 2000 1950 - 1900 0 0 0 - Tính tương tự cho độ mở khác ống A ta kết thể bng s liu sau: Ch m HT ắ ẵ ¼ ΔP ρg ( cm Δ Pm ρg ( cm Q (lít/s) V(cm/ s) f Re H2O) H2O) 8,032 10,54 6,767 10,25 0,0000 36 2167,23 7,33 11,35 6,452 9,77 0,0000 55 2065,74 7,03 11,54 6,378 9,66 0,0000 41 2042,48 5,02 9,54 7,157 10,84 0,0000 32 2291,98 Q (lít/s) V(cm/ s) f Re 9,2 7,29 11,04 0,000 12 2334,27 7,76 11,75 0,000 11 2484,4  Ống B: Chế độ mở HT ¾ ΔP ρg ( cm H2O) 4,8 Δ Pm g ( cm H2O) ẵ ẳ 8,8 7,45 11,28 0,000 15 2385,02 7,76 11,75 0,000 09 2484,4 Đồ thị biểu diễn quan hệ f theo Re ống B 2500 2450 2400 2350 2300 2250 0 0 0 0  Ống C: ΔP ρg ( cm Chế độ mở Q (lít/s) V(cm/ s) f Re 6,5 8,34 12,63 0,000 29 2670,45 4,5 9,12 13,81 0,000 24 2919,95 2,5 8,93 13,53 0,000 21 2860,75 0,000 13 2985,5 H2O) HT H2O) 4,3 ắ ẵ ẳ Pm g ( cm Đồ thị biểu diễn quan hệ f theo Re ống C 1,5 3100 9,32 14,12 3000 2900 2800 2700 2600 2500 0 0 0 0 0  Ống D: ΔP ρg ( cm Chế độ mở HT Q (lít/s) V(cm/ s) f Re H2O) H2O) 1,5 9,71 14,71 0,000 18 3110,25 1,8 10,1 15,4 0,000 14 3256,14 9,71 14,71 0,000 17 3110,25 10,1 15,3 0,000 16 3234 ắ ẵ Pm g ( cm 1,5 ẳ Đồ thị biểu diễn quan hệ f theo Re ống D  T hí 3300 3250 3200 3150 3100 3050 3000 0 0 0 0 0 nghiệm 3: HT ¾ ∆Pm (cm H2O) 15,1 15,3 ∆Pvan (cm H2O) 4,5 5,1 ½ 14,5 9,5 STT Chế độ mở - Ta có: ∆ Pm ∆ Pm∗98 15,1∗98 = ∗100= ∗100=15,16 cm H O ρg ρg 995∗9.81 ∆ Pv ∆ Pv∗98 4,5∗98 = ∗100= ∗100=4,52 cm H O ρg ρg 995∗9.81 - Ta có: - Lưu lượng: Q = -0,3897*15,16 + 10,875 = 4,97 lít/s - 4∗4,97 Vận tốc dịng:V = Q = 1000 =3,957 m/s=3 95,7 cm/s π d 3,14∗0.04 - V 3,9572 = =0.798 g 2∗9.81 - Chuẩn số Reynolds : ℜ= - Từ thí nghiệm ta vẽ đồ thị quan hệ f Re Phương trình biểu diễn mối quan hệ chúng là: ρVd 995∗3,957∗0,04 = =196860,75 μlV 0,0008 f = -10-6.Re + 0.0385 - Thừa số ma sát: f = -10-6.Re + 0.0385 = -10-6*16073 + 0.0113 = 0.0177 - Chiều dài tương đương: l e = ξd 0.04∗0.04 = =0.09 f 0.0177 (với ξ = 0.04 ứng với trường hợp ống mở hoàn toàn, d= 40mm: đường kính ống) Độ mở HT Δ Pvan ρg Δ Pm ρg (cmH2O) (cmH2O) 4,52 Q (lít) V (cm/ s) V2/2g f Re le 15,16 4,97 3,957 0.798 0.017 196860, 75 0.09 3,893 0.772 0.017 193676, 75 0.09 4,14 0.874 0.017 205765 0.09 ¾ 5,12 15,36 4,89 ½ 9,54 14,55 5,2 Đồ thị đặc tuyến riêng đặc tuyến van gắn vào mạng ống 0.41 0.4 0.39 0.38 0.37 0.36 0.35 10 15 20 25 IV: Bàn luận 1.Nhận xét giản đồ so sánh kết quả: C P (1   )  So sánh Cm Cv : V= Đường kính màng chắn venturi lưu lương chúng Cấu tạo màng chắn venturi khác Màng chắn thay đổi kích thước đột ngột nên tổn thất áp suất lớn venturi  Cm < Cv Kết thí nghiệm cho thấy kết luận  Sự phụ thuộc Cm Cv theo Re : Theo phương trình trên, hệ số lưu lượng tỉ lệ thuận với vận tốc dòng chảy tỉ lệ nghịch với P Re tăng kéo theo P tăng C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay Re P  So sánh lưu lượng kế màng venturi : Do Pm > Pv nên sử dụng lưu lượng kế venturi cho kết lưu lượng xác Thừa số ma sát ống dẫn: - Chế độ chảy màng (Re < 2320): hệ số ma sát không phụ thuộc vào độ nhám mà phụ thuộc vào chế độ chuyển động hình dạng mặt cắt ngang ống - λ= A Re 025 Chế độ chảy độ ( 2320 < Re < 4000): Re=0 3164 /Re /8 - Chế độ chảy xoáy (Re 4000): Re gh≈6( d td /ε) Giản đồ hệ số ma sát theo Re : gồm có vùng: + 5000 < Re < 30000 : hệ số ma sát giảm Re tăng Theo lý  thuyết, D không đổi nên đường biễu diễn f theo Re không phụ thuộc chiều dài ống thực nghiệm cho thấy chiều dài ống ảnh hưởng đến f Điều giải thích độ nhám ống kh6ng không suốt chiều dài ống, đóng cặn… 0.316 1/ Trong vùng f tính theo cơng thức Re = Re sai số lớn so với thục nghiệm điều kiện tiến hành thí nghiệm khơng khơng hồn tồn giống nhau, ống phịng thí nghiệm bị đóng cặn, rỉ sét, q trình xác định tổn thất cột áp khơng xác… + Re > 30000 : hệ số ma sát không đổi Re tăng c.Thí nghiệm : Chiều dài tương đương van:  Giản đồ Q theo độ mở van vài áp suất : Theo đồ thị ta thấy, ứng với giá trị tổn thất cột áp định, lưu lượng tăng theo độ mở van  Chiều dài tương đương van : Độ mở van ảnh hưởng đến chiều dài tương đương van Độ mở lớn, khả cản trở dòng chảy nhỏ, chiều dài tương đương bé Chiều dài tương đương nhỏ van mở hoàn toàn 2.Nhận xét mức độ tin cậy kết quả: - Các giá trị tổn thất cột áp xác định mắt dao động liên tục nên kết thu có sai số - Một vài số liệu xác định kết thí nghiệm trước nên dẫn đến tượng sai số lặp lại nhiều lần Nguyên nhân sai số: - Các ống dẫn thí nghiệm bị đóng cặn - Sự hoạt động không ổn định bơm - Sự gỉ sét không đồng bên ống dẫn đến độ nhám thành ống không - Độ mở van khơng đồng lần thí nghiệm - Trong lúc thí nghiệm, ống bị rị rỉ - Do người đo chưa có kĩ thuật, sai số tính tốn Khắc phục ngun nhân sai số cách sau: - Đo nhiều lần để lấy kết có sai số - Tính tốn cẩn thận - Thường xun bảo trì, kiểm tra máy móc 3.Dựa giản đồ đo đề nghị mục đích sử dụng van: Thực nghiệm cho thấy đặc tuyến van có dạng lõm giản đồ nên van cầu, sử dụng cần lưu lượng nhỏ muốn điều chỉnh lưu lượng tăng giảm với lượng nhỏ Điều chỉnh lưu lượng chất lỏng nhờ vào độ mở van nhờ giảm trở lực ma sát trở lực cục bộ, giảm tổn thất lượng Do có tượng giảm áp suất lưu chất chảy qua van nên chức thay đổi lưu lượng dòng chảy, van sử dụng làm van tiết lưu hệ thống khác  ... Pv ρg STT STT Cv 0,375 10 ,54 8,032 34950,6 11 ,1 12,8 0,343 75 11 ,35 7,33 32032,7 10 ,7 13 ,4 0,3 21 11, 54 7,03 29 918 ,4 10 ,6 13 ,7 0,324 9,54 5,02 3 019 3,2 75 11 ,7 16 ,2 17  Thí nghiệm 2: Cm (cmH2O)... 9,32 14 ,12 3000 2900 2800 2700 2600 2500 0 0 0 0 0  Ống D: ΔP ρg ( cm Chế độ mở HT Q (lít/s) V(cm/ s) f Re H2O) H2O) 1, 5 9, 71 14, 71 0,000 18 311 0,25 1, 8 10 ,1 15,4 0,000 14 3256 ,14 9, 71 14, 71 0,000... 0,000 17 311 0,25 10 ,1 15,3 0,000 16 3234 ắ ẵ Pm g ( cm 1, 5 ¼ Đồ thị biểu diễn quan hệ f theo Re ống D  T hí 3300 3250 3200 315 0 310 0 3050 3000 0 0 0 0 0 nghiệm 3: HT ¾ ∆Pm (cm H2O) 15 ,1 15,3