Báo Cáo Thí Nghiệm Quá Trình & Thiết Bị Bài 1 Mạch Lưu Chất A Phần I TRÍCH YẾU I Mục đích thí nghiệm Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong 1 hệ thống ống dẫn có đường kính khác nhau và có[.]
Báo Cáo Thí Nghiệm Q Trình & Thiết Bị Bài 1: Mạch Lưu Chất A Phần I: TRÍCH YẾU I Mục đích thí nghiệm: 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 II Nội dung thí nghiệm: - Trắc định lưu lượng kế màng chắn venturi - Thiết lập giản đồ f theo Re cho ống A, B, C, D van số theo độ mở van III Nhiệm vụ thí nghiệm: - Xác định thông số độ giảm áp ống A, B, C, D k =1.5m độ giảm áp màng - Xác định thông số van số 5: độ giảm áp màng van - Vẽ giản đồ: + Lưu lượng Q hiều suất thủy dầu áp suất ΔPPm ΔPP v ρgg ρgg qua màng chắn ống venturi + Hệ số lưu lượng kế C m Cv theo Re + Thừa số ma sát theo Re + Lưu lượng Q theo độ mở van vài áp suất + Đặc tuyến riêng đặc tuyến van gắn vào mạng ống IV Cơ sở lý thuyết thí nghiệm: Lưu lượng kế màng chắn venture: Nguyên tắc dụng cụ dùng giảm áp suất lưu chất chảy qua chúng để đo lưu lượng Vận tốc trung bình vị trí (2) tính từ cơng thức tổng kê lượng: V =C √ ΔPP γ(1− β ) Trong đó: C: hệ số màng chắn vnturi, tùy thuộc vào chế độ chảy Re ΔP P: Độ giảm áp suất qua màng chắn hay Venturi, N/m2 γ Trọng lượng riêng lưu chất, N/m3 d2 d Tỉ số đường kính cổ Venturi hay đường kính lỗ màng chắn đường kính ống Do lưu lượng qua màng chắn hay Venturi: β= Q=V A2 =V A 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: (− ΔPP ) ΔP(αVV ) + +ΔPZ +H =0 ρgg 2g ΔP(αVV ) =0 2g Vì ΔP Z = (−ΔPP ) Hf = ρgg => Hf : thủy đầu tổn thất ma sát ống, m Tổn thất lượng liên hệ với thừa số ma sát phương trình Darceyweisbach: LV H f =f gD 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 tính theo cơng thức sau: Hf = 32 μ lV gD ρg Hệ số ma sát f tính theo cơng thức Hagen – Poiseuille: f= 64 μ 64 = DV ρg Re B Chế độ chảy rối: ε D ( ) Hệ số ma sát f tùy thuộc vào Re độ nhám tương đối Độ nhám tương đối ống tỷ số độ nhám thành ε đường kính ống D Người ta tính f từ số phương trình thực nghiệm phương trình Nikuradse, hay để ( Dε ) thuận tiện người ta sử dụng giản đồ f theo Re (giản đồ Moody) Ngoài mát lượng mát ống dẫn nói trên, ta cịn có mát lượng trở lực cục Ví dụ: thay đổi tiết diện chảy, hay thay đổi tiết diện van Trong trường hợp ta có cơng thức tính trở lực cục sau: l tđ v ΔPP cb=f gD l Với tđ : chiếu 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: ΔPP cb=ξ v2 2g So sánh vế công thức ta có: l ξ=f tđ D ξ D f Từ ta có: B Phần II: THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHHIỆM l tđ = I Sơ đồ hệ thống thí nghiệm: Dụng cụ thí nghiệm: Thì kế để tính thời gian Số liệu kích thước ống dẫn inox: Loại ống A B C D Độ nhám e = 0,000005 Màng chắn: lối vào: 40 mm Venturi: lối vào: 40 mm Đường kính ngồi (mm) 34 26,5 21,5 16,5 Đường kính (mm) 29 22 17 13.5 đường kính lỗ: 17 mm đường kính cỗ: 17 mm II Phương pháp thực hành thí nghiệm thực tế: Độ mở van để cố định Trắc định lưu lượng kế màng chắn Venturi Mở van cho nước vào bình đến vạch tối đa Mở hồn tồn van 4, đóng van 6, 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 chưa Khi mức chất lỏng cột áp màng chắn hay Venturi nhau, ta tiến hành làm thí nghiệm Chọn lưu lượng nước tùy ý, từ từ mở van 7, ứng với độ mở van với lưu lượng chọn đọc cột áp Venturi màng chắn, thời gian Khi bình chứa phải đóng van 7, mở van 6, cho nước vào bình chứa 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 đầy bình chứa, mở van nhánh áp kế ống A Kiểm tra mức nước cột áp kế ống A, mức nước tiến hành thí nghiệm Dùng van chỉnh lưu lượng Ứng với độ mở van đọc độ giảm áp màng chắn ống A độ dài k = 1,5 m Van chỉnh đến độ mở tối đa b) Cho ống B, C, D Tương tự thí nghiệm cho ống A, thay mở van mở van tùy loại ống c) Cho van số Van để mở hoàn toàn, dùng van chỉnh lưu lượng, ứng với độ mở van ta đọc độ giảm áp mảng van Xong thí nghiệm với độ mở hồn tồn Đóng lại van vịng ½ độ mở 3/4 Rồi 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 vũng ẵ s c m ẳ ri tip tc đo Như ta thí nghiệm xong với độ mở khác van số 5: mở hoàn ton, m ắ, m ẵ, v m ẳ Tr lc theo độ mở van: Độ mở Hồn tồn ¾ ½ ¼ t ống 0,26 2,06 17 C Phần III SỐ LIỆU VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM I Số liệu thơ thí nghiệm: Thí nghiệm 1: Ta có: W = =0.375 lít /s t 16 Từ ta tính bảng số liệu sau: Lưu lượng: Q= STT Chế độ mở HT 3/4 1/2 1/4 W (lít) t(s) 5.5 4.5 5.5 16 16 14 17 ∆Pm (cm H20) 10.5 11.3 11.5 9.5 Thí nghiêm 2: Ống A: STT Ống B: STT Ống C: STT Ống D: STT ∆Pm (theo ống A) 10.5 11.3 11.5 9.5 ∆P theo ống A 1.4 1 ∆Pm (theo ống B) 9.2 8.8 ∆P theo ống B 4 3.5 ∆Pm (theo ống C) 6.5 4.5 ∆P theo ống C 12 12 10 ∆Pm (theo ống D) ∆P theo ống D 10 ∆Pv (cm H20) 7.3 Lưu lượng Q (lít/ s) 0.375 0.34375 0.32 0.32 1.8 11.2 10 Thí nghiệm 3: STT Chế độ mở ∆Pm (cm H2O) ∆Pvan (cm H2O) HT 15.1 4.5 3/4 15.3 5.1 1/2 14.5 9.5 II Xử lý số liệu: Thí nghiệm 1: Ta có: ρg=998.2kg/m3 g=9.81m/s μ=0.001004 N /m2 γ=9792.342N /m3 1cmH 0=98.1 N /m2 d 17 = =0 425 d 40 ∆ Pm ∆ Pm∗98 10.5∗98 = ∗100= ∗100=10.5 cm H O ρgg ρgg 998.2∗9.81 β= ∆ Pv ∆ Pv∗98 8∗98 = ∗100= ∗100=0.08 cm H O ρgg ρgg 998.2∗9.81 Q 0.375 1000 1000 V= = =1.65 m/s=16.5 cm/ s d 17 π π 1000 1000 ( ) ( Vρgd ℜ= = μ C m=V √ ) 17 ) 1000 =27887.95817 0.001004 1.65∗998.2∗( γ (1−β 4) 9792.342∗( 1−0.4254 ) =1.65∗ =1.13 g ∆ Pm 2∗9.81∗10.5∗98.1 √ C v =V √ γ (1−β 4) 9792.342∗( 1−0.4254 ) =1.65∗ =1.294 g ∆ Pv 2∗9.81∗8∗98.1 √ Tương tự tính cho chế độ mở hồn tồn, ta có bảng số liệu theo chế độ mở: Bảng 4: Chế độ mở HT 3/4 1/2 1/4 Q (lít/s) ∆Pm (cm H20) ∆Pv (cm H20) V(m/s) Re Cm Cv 0.375 0.3437 0.321 0.324 10.5 11.3 7.3 1.65 1.51 27887.95817 1.13 1.294 25521.70717 0.99 1.23 11.5 9.5 1.41 1.42 23831.52789 24000.54582 0.92 1.02 1.18 1.4 * Giản đồ Q hiệu số thủy dầu áp suất ∆ Pm ∆ Pv Q với hiệu số thủy dầu áp suất qua màng chắn venturi 0.4 0.38 0.36 0.34 ∆Pm f(x) = − x + 0.34 Q 0.32 Linear (∆Pm) 0.3 ∆Pv 0.28 0.26 0.24 0.22 7.5 8.5 9.5 10 10.5 11 11.5 12 ∆P *Giản đồ Hệ số lưu lương kế Cm Cv theo Re Cm Cv theo Re 1.5 1.4 1.3 C 1.2 Cv Cm 1.1 0.9 0.8 0.7 17000 19000 21000 23000 25000 27000 29000 Re Thí nghiệm 2: *Với ống A: d = 29mm Dựa vào giản đồ Q với hiệu suất thủy dầu qua màng chắn ngoại suy tuyến tính ta xác định Q=−0.0003∗∆ P m +0.3442=−0.0003∗10.5+0.3442=0.34105l /s Q 0.34105 1000 1000 V= = =0.516 m/s d 29 π π 1000 1000 29 0.516∗998.2∗( ) Vρgd 1000 ℜ= = =14877.55458 μ 0.001004 2∗9.81∗29 ∗1 gd ∆ P 1000 f= = =1.424 l tđ V ρgg 1.5∗0.5162 ( ) ( ) Tương tự ta tính bảng số liệu theo ống B với d = 22mm ống C d = 17mm ống D d = 13.5mm *Ống A: Chế độ mở HT 3/4 1/2 1/4 ∆Pm(cmH20) ∆Pv(cmH20) Q (lít/s) V (m/s) f Re 10.5 11.3 11.5 9.5 7.3 0.34105 0.34081 0.34075 0.34135 0.516 0.515 0.515 0.516 1.424 2.002 1.43 1.424 14877.55458 14848.72211 14848.72211 14877.55458 ∆Pm(cmH20) ∆Pv(cmH20) Q (lít/s) V (m/s) f Re 9.2 8.8 4.8 0.34144 0.3418 0.34156 0.3418 0.898 0.899 0,898 0.899 1.427 1.424 1.784 1.246 19641.87171 19663.74462 19641.87171 19663.74462 ∆Pm(cmH20) ∆Pv(cmH20) Q (lít/s) V (m/s) f Re 6.5 4.5 4.3 2.5 1.5 0.34225 0.34285 0.3427 0.343 1.507 1.51 1.509 1.511 1.17 1.17 0.97 0.68 25471.00179 25521.70717 25504.80538 25538.60896 *Ống B: Chế độ mở HT 3/4 1/2 1/4 *Ống C: Chế độ mở HT 3/4 1/2 1/4 *Ống D: Chế độ mở HT 3/4 1/2 1/4 ∆Pm(cmH20) ∆Pv(cmH20) Q (lít/s) V (m/s) f Re 1.8 1.5 1.5 0.3433 0.34366 0.3433 0.3436 2.398 2.4 2.398 2.4 0.307 0.275 0.344 0.306 32185.98466 32212.82869 32185.98466 32212.82869 *Giản đồ thừa số ma sát ống A, B, C, D theo Re 1.6 f 1.2 Ống A Linear (Ống A) Ống B Linear (Ống B) Ống C Linear (Ống C) Ống D Linear (Ống D) 0.8 0.4 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 32000 34000 Re Thí nghiệm 3: Độ mở Hoàn toàn t ca ng ắ 0,26 ẵ 2,06 ẳ 17 Mng chn lối vào d = 40mm đường kính lỗ: 17mm Venturi lối vào d = 40mm đường kính lỗ: 17mm Với chế độ mở hoàn toàn van 5: Dựa vào giản đồ Q với hiệu suất thủy dầu qua màng chắn ngoại suy tuyến tính ta xác định Q=−0.0003∗∆ P m +0.3442=−0.0003∗15.1+0.3442=0.33967l/ s Q 0.33967 1000 1000 V= = =0.514 m/s d 29 π π 1000 1000 ( ) ( ) V 0.5142 = =0.0134 g 2∗9.81 ℜ= Vρgd = μ 0.514∗998.2∗( 0.001004 29 ) 1000 =14826.99581 Dựa vào giản đồ hệ số ma sát f theo Re, ngoại suy tuyến tính ta có f =−0.0002∗ℜ+ 4.2543=−0.0002∗14826.99581+ 4.2543=1.288 Với độ mở hồn tồn van ta có ξ=0.04 mở d 0.04∗29 /1000 le= = =0.0009 m f 1.288 0.26 2.06 Tương tự áp dụng cách tính cho độ mở van 3/4 1/2 ta có bảng số liệu sau: STT Van ∆Pm(cm H20) ∆Pv(cm H20) Q(lít/s) V(m/s) V2/2g f Re le HT 15.1 9.8 0.33967 0.514 0.0134 1.288 14826.99581 0.0009 3/4 15.3 10.2 0.33961 0.5141 0.01347 1.289 14822.77289 0.005 1/2 14.5 9.5 0.33985 0.5145 0.01349 1.287 14834.30588 0.04 Giản đồ Q theo độ mở van vài áp suất: Độ mở van vài áp suất 0.14 0.12 Q (lít/s) 0.1 0.08 Mở HT Mở 3/4 Mở 1/2 0.06 0.04 0.02 0.25 0.3 0.35 0.4 Pv (cmH20) Đồ thị đặc tuyến van: 0.45 0.5 0.55 Đường Đặc Tuyến Riêng Của Van 1.2 Q/Qmax 0.8 0.6 Đường 45 Đường Đặc Tuyến 0.4 0.2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Độ mở van D Phần IV: Bàn luận *Bàn luận: - Nhận xét giản đồ so sánh kết sách: ΔPPm ΔPP v ρgg qua màng chắn ống venturi: + Lưu lượng Q hiệu số thủy dầu áp suất ρgg Ta thấy tổn thất áp suất màng chắn lớn venturi venturi co hẹp dần màng chắn co hẹp đột ngột + Hệ số lưu lượng kế C m Cv theo Re: V =C √ ΔPP g (1− β ) Ta thấy từ kết tính tốn đồ thị Cm < Cv Do với lý thuyết venturi co hẹp dần, màng chắn co hẹp đột ngột nên hệ số lưu lượng venturi lớn màng chắn Hệ số lưu lượng kế Cm Cv giảm trị số Re tăng + Thừa số ma sát theo Re: thừa số ma sát phụ thuộc vào chế độ chảy chất lỏng độ nhám thành ống dẫn Có chế độ chảy: 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 Chế độ chảy độ ( 2320 < Re < 4000): Re=0 3164 /Re /8 Chế độ chảy xoáy (Re 4000): Re gh≈6( d td /ε) [ ] A Re 025 (Re giới hạn trên) 9/8 Re bắt đầu xuất vùng nhám Ren =220( dtđ /ε ) độ Công thức tính hệ số ma sát cho khu vực: ΔP √ λ=−2 lg ( Re )0.9 + λ= Có khu vực nhẵn thủy lực, nhám, Theo thí nghiệm ta thấy đường kính ống dẫn khác Re khác nên Re tăng hệ số ma sát tăng theo + Lưu lượng Q theo độ mở van vài áp suất: Với độ mở van ta thấy lưu lương Q tăng dần độ mở tăng dần + Đặc tuyến riêng biệt đặc tuyến van gắn vào mạng ống này: Độ mở van ảnh hưởng nhiều đến tổn thất lượng trở lực hệ thống ống dẫn Tổn thất lượng van chế độ mở hoàn toàn thấp - Mức tin cậy kết nguyên nhân sai số: + Do số liệu sai số trình đo nên kết mang tính tương đối + Độ giảm áp dao động liên tục lưu lượng không ổn định nên quan sát dẫn tới sai số + Và nước bị rỉ làm hao hụt trình đo + Lúc vặn van khơng chuẩn xác độ mở theo yêu cầu thí nghiệm + Và lúc canh thời gian với mực chất lỏng lúc đọc mực chất lỏng bị sai số + Và ống có đóng cặn nên q trình đo khơng chuẩn xác - Mục đích sử dụng van: 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 Tuy nhiên để giảm trở lực ống dẫn cịn có thể, giảm chiều dài ống Tăng đường kính ống tăng đường kính ΔPP m giảm nhiều Giảm hệ số trở lực λ Và giảm ống, van độ mở van * Tài liệu tham khảo: - Tập 3: Quá Trình Thiết Bị Và Truyền Khối - Võ Văn Bang - Vũ Bá Minh - Giáo trình Thí Nghiệm Q Trình Thiết Bị - Bài tập Truyền khối tập - Trịnh Văn Dũng ξ cách chọn ... HT 3/4 1/ 2 1/ 4 Q (lít/s) ∆Pm (cm H20) ∆Pv (cm H20) V(m/s) Re Cm Cv 0.375 0.3437 0.3 21 0.324 10 .5 11 .3 7.3 1. 65 1. 51 27887.95 817 1. 13 1. 294 255 21. 70 717 0.99 1. 23 11 .5 9.5 1. 41 1.42 238 31. 52789... 0.343 1. 507 1. 51 1.509 1. 511 1. 17 1. 17 0.97 0.68 254 71. 0 017 9 255 21. 70 717 25504.80538 25538.60896 *Ống B: Chế độ mở HT 3/4 1/ 2 1/ 4 *Ống C: Chế độ mở HT 3/4 1/ 2 1/ 4 *Ống D: Chế độ mở HT 3/4 1/ 2 1/ 4... V2/2g f Re le HT 15 .1 9.8 0.33967 0. 514 0. 013 4 1. 288 14 826.995 81 0.0009 3/4 15 .3 10 .2 0.339 61 0. 514 1 0. 013 47 1. 289 14 822.77289 0.005 1/ 2 14 .5 9.5 0.33985 0. 514 5 0. 013 49 1. 287 14 834.30588 0.04