BÀI BÁO CÁO MÔN THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Bài 1: MẠCH LƯU CHẤT A. LÝ THUYẾT I. Mục đích thí nghiệm: 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 cút, van, chữ T. II. Cơ sở lý thuyết. 1. Lưu lượng kế màng chắn và venturi. Nguyên tắc của hai dụng cụ này là dùng sự giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua chúng để đo lưu lượng. Lưu lượng kế Venturi và màng chắn Vận tốc trung bình ở vò trí (2) được tính từ công thức tổng kê năng lượng: )1( 4 2 βγ − ∆ = P CV Trong đó: C: hệ số của màng chắn và venturi, nó tùy thuộc vào chế độ chảy của Re. :P ∆ độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi, N/m 2 . : γ trọng lượng riêng của lưu chất, N/m 3 . : 1 2 d d = β tỷ số giữa đường kính cổ venturi (hay đường kính lổ màng chắn) trên đường kính ống. Do đó lưu lượng qua màng chắn hay venturi được tính bằng: Q = V 2 A 2 = V 1 A 1 . 2. Tổn thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn. Khi lưu chất chỷa trong ống, ta có sự mất năng lượng do ma sát ở thành ống. Xét trường hợp một ống tròn đều nằm ngang. Từ phương trình Becnoulli ta có: 0 2 )()( 2 =+∆+ ∆ + ∆− f HZ g V g P α ρ 1 1 2 2 v v v v 2 2 1 1 Vì: 0 2 )( 2 = ∆ g V α và 0 =∆ Z g P H f ρ ∆ =⇒ : f H thủy đầu tổn thất ma sát trong ống, m. Tổn thất năng lượng này liên hệ với thừa số ma sát bằng phương trình Darceyweisbach: gD LV fH f 2 2 = Trong đó: :f hệ số ma sát, vô thứ nguyên. L: chiều dài ống, m. D: đường kính ống, m. a) Trong chế độ chảy từng: Tổn thất ma sát được tính theo công thức sau: 2 32 gD LV H f ρ µ = Hệ số ma sát f có thể tính theo công thức của Hagen – Poiseuille: Re 6464 == ρ µ DV f Trong đó: : µ hệ số độ nhớt động lực học, Kg.s/m. V: vận tốc dòng chảy, m/s. : ρ khối lượng riêng của chất lỏng, Kg/m 3 . Đối với chất lỏng là nước ở điều kiện thường (20 o C) thì: µ = 10 -2 poise = 10 -3 Kg/s.m = 10 -3 N.s/m 2 = 10 -3 Pa.s và ρ = 1000 Kg/m 3 . b) Trong chế độ chảy rối: Hệ số ma sát f tùy thuộc vào Re và độ nhám tương đối của ống       D ε . Độ nhám tương đối của ống là tỷ số giữa độ nhám thành ε (độ nhám tuyệt đối) trên đường kính ống D. Người ta có thể tính f từ một số phương trình thực nghiệm như phương trình Nikuradse, hay để thuận tiễn người ta sử dụng giản đồ f theo Re và       D ε (giản đồ Moody). Ngoài sự mất mát năng lượng do ma sát trong ống dẫn nói trên, ta còn có sự mất mát năng lượng do trở lực cục bộ, như do sự thay đổi tiết dện chảy, thay đổi hướng chảy, hay do sự thay đổi tiết diện van. Trong trường hợp này ta có công thức tính trở lực cục bộ như sau: td td cb gD Vl fP 2 2 =∆ : td l chiều dài tương đương của cút, van, … Chiều dài tương đương được đònh nghóa như chiều dài của một đọan ống thẳng có cùng tổn thất năng lượng tại van, cút trong điều kiện như nhau. Trở lực này bằng thế năng riêng tiêu tốn dể thắng trở lực do bộ phận ta đang xét gây ra: g V P cb 2 2 ξ =∆ td td D l f= ξ f D l td td ξ = B. THÍ NGHIỆM I. Kết quả đo . Thí nghiệm 1: Trắc đònh lưu lượng kế màng chắn và venturi. ST T Mở van 7 W(l) Pm1/ρg (cmH 2 O) Pm2/ρg (cmH 2 O) Pv2/ρg (cmH 2 O) Pv3/ρg (cmH 2 O) 1 1/4 1 115 115.5 85 85 2/4 3 110 111 96 97 3/4 5 106 112 95 97.5 HT 7 102 110 90 96.5 2 1/4 1 114 114.5 84 84 2/4 3 109 110 91 92 3/4 5 105 111 87 89.5 HT 7 104 112 85 91.5 3 1/4 1 110 110.5 82 82 2/4 3 108 109 94 95 3/4 5 104 110 93 95.5 HT 7 101 111 83 89.5 Thí nghiệm 2: Thiết lập giản đồ f theo Re cho ống A, B, C, D. 1. Cho ống A: 2. Cho ống B: 1 1/4 18 5.5 1/2 33 19 3/4 40 22 HT 43 24 2 1/4 9 4 1/2 25 14 3/4 38 21 HT 43 24 3 1/4 7 3 1/2 25 14 3/4 36 21 HT 44 24 3. Cho oáng C: 1 1/4 1.5 1 1/2 7 4 3/4 17 10 HT 33 19 2 1/4 1 1 1/2 6 3.5 3/4 18 10 HT 34 18.5 3 1/4 1 1 1/2 7.5 4 3/4 17 10.5 HT 34 18.5 1 1/4 0.5 0 1/2 3 0.5 3/4 13 6.5 HT 25 13.5 2 1/4 0.5 0 1/2 7 3.5 3/4 15.5 8.5 HT 24 13 3 1/4 0.3 0 1/2 4 2.5 3/4 15.5 7 HT 25 14 4. Cho oáng D: 1 1/4 0 0 1/2 0 0 3/4 0.5 0.5 HT 4.5 2.5 2 1/4 0 0 1/2 0.2 0.1 3/4 2 1 HT 4.5 2.5 3 1/4 0 0 1/2 0 0 3/4 1.2 1 HT 5 2.5 II. Kết quả tính. 1. Trình tự tính toán như sau: Thí nghiệm 1: )/( sl t W Q = )( 2 OmH g P g P g P mbemlơnm ρρρ −= ∆ )( 2 OmH g P g P g P vbevlơnv ρρρ −= ∆ µ ρ VD f == 64 Re Tìm V, ta có Q = V 2 A 2 = V 1 A 1 . V 1 = V 2 vì van và cút có tiết diện giống nhau, A 1 = A 2 do đường kính lỗ của màng chắn và đường kính cổ venturi bằng nhau (17mm), lối vào màng chắn và venturi bằng nhau (40mm). Vậy: )/( 4 2 sm D Q A Q V π == Q: m 3 /s. Sau khi tính V ta tính được Re. Với các thông số sau: ρ = 1000 Kg/m 3 khối lượng riêng của chất lỏng ở 20 0 C, 14.3 = π , µ = 10 -3 Kg/sm độ nhớt của nước ở 20 0 C, D = 17mm = 17.10 -3 m đường kính lổ của màng và đường kính cổ của venturi. Tính Cm và Cv. Từ công thức: )1( 4 2 βγ − ∆ = P CV Ta có : ( ) 4 1 βγ − ∆ = P V C Với Cm thì tính theo m P∆ , Cv tính theo v P∆ g ργ = : 1 2 d d = β tỷ số giữa đường kính cổ venturi (hay đường kính lổ màng chắn) trên đường kính ống. 29 17 = β g g P P ρ ρ . ∆ =∆ Thí nghiệm 2: Q (l/s) được tra từ đồ thò biểu hiện sự phụ thuộc của Q đối với thủy dầu áp suất g P m ρ ∆ và g P v ρ ∆ g P m ρ ∆ và g P v ρ ∆ được tính tương tự như thí nghiệm 1. 2 4 D Q A Q V π == Với mỗi thí nghiệm tương ứng với mỗi loại ống thì D khác nhau. Số liệu kích thước cho mỗi loại ống cho trong bảng sau: Loại ống Đường kính ngoài (mm) Đường kính trong (mm) A 34 29 B 26.5 22 C 21.5 17 D 16.5 13.5 Tính f. Từ công thức: gD LV fH f 2 2 = Vậy: 2 2 LV gDH f f = Với: g P H ong f ρ ∆ = Lấy g = 10 m/s 2 . L: chiều dài của mỗi ống = 1.5m . f 64 Re = Thí nghiệm 3. Các thông số tính tương tự thí nghiệm 1 và thí nghiệm 2. f tra từ đồ thò Để tính chiều dài tương đương : td l cho van 5 theo các độ mở khác nhau ta có. g V P cb 2 2 ξ =∆ td td D l f= ξ f D l td td ξ = Trong đó: ξ và D td tra theo bảng sau ứng với mỗi độ mở khác nhau của van 5. Độ mở Mở hoàn toàn ¾ ½ ¼ ξ 0.12 0.26 2.06 17 D (mm) 29 26.83 22.63 16.28 2. Bảng kết quả tính cho mỗi thí nghiệm: Thí mghiệm 1: 0.32 0.5 0 23713.43 6.5498 13.0996 1.3949 0.41 1 1 30752.85 3.4677 8.494135 1.809 0.42 6 2.5 31327.1 3.1595 7.739254 1.8428 0.45 8 6.5 33994.88 3.3728 8.398319 1.9997 0.31 1 0 23417.01 2.9677 7.468522 1.3775 0.42 1 1 31441.02 3.171 8.684213 1.8495 0.43 5.5 3 32495.42 3.2241 10.36395 1.9115 0.45 7.5 7 33559.89 7.5685 9.269458 1.9741 0.36 0.5 0 26667.06 3.4722 10.41655 1.5687 0.49 1 0.5 36974.23 4.6858 11.7924 2.175 0.43 6 3 32133.12 3.1881 10.2484 1.8902 0.44 8.5 6 32742.89 3.2486 12.78986 1.9261 Bảng giá trò trung bình: Re Cm Cv Q Pv Pm 24599 4.329892 10.3282 0.33 0.02 0.14 33056 3.774856 9.65692 0.44 0.04 0.24 31985 3.19058 9.45053 0.43 0.04 0.31 33433 4.729985 10.1525 0.45 0.04 0.23 )( 2 OmH g Pm ρ ∆ )( 2 OmH g Pv ρ ∆ Thí nghieäm 2: Cho oáng A: 0.32 18 5.5 0.484712618 0.032915 14057 0.34 33 19 0.515007157 0.058314 14935 0.40 40 22 0.605890773 0.052665 17571 0.42 43 24 0.636185312 0.057322 18449 0.32 9 4 0.484712618 0.016458 14057 0.36 25 14 0.545301696 0.026007 15814 0.4 38 21 0.605890773 0.031599 17571 0.44 43 24 0.66647985 0.03482 19328 0.32 7 3 0.484712618 0.016458 14057 0.34 25 14 0.515007157 0.029157 14935 0.4 36 21 0.605890773 0.031599 17571 0.43 44 24 0.651332581 0.036458 18889 Cho oáng B: 0.10 1.5 1 0.012405 18529 0.10 0.20 7 4 0.014652 19687 0.20 0.30 17 10 0.013069 20845 0.30 0.33 33 19 0.014662 22003 0.33 0.06 1 1 0.00827 18529 0.06 0.13 6 3.5 0.02333 19108 0.13 0.26 18 10 0.024197 20266 0.26 )( 2 OmH g Pm ρ ∆ )( 2 OmH g Pv ρ ∆ )( 2 OmH g Pm ρ ∆ )( 2 OmH g Pv ρ ∆