Bài thí nghiệm quá trình thiết bị

I. TRÍCH YẾU: 1. 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 nhằm xác đònh:  Thí nghiệm 1 : Hệ số lưu lượng kế C m và C v theo chế độ chảy (Re).  Thí nghiệm 2 : Hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống 1” và ½”.  Thí nghiệm 3 : Đặc tuyến van, xác đònh chiều dài tương đương ( L tđ ) và phạm vi ứng dụng của van. 2) Phương pháp thí nghiệm:  TN1 : Cho dòng chảy lưu chất qua thiết bò có gắn lưu lượng kế màng chắn và Venturi. Đọc tổn thất cột áp ứng với từng lưu lượng dòng chảy và từng lưu lượng kế.  TN2 : Cho dòng chảy lưu chất qua màng chắn và lần lượt qua ống 1” và ống ½”. Chỉnh van để thay đổi lưu lượng dòng chảy, đọc tổn thất cột áp của màng chắn và ống. Lặp lại thí nghiệm với từng chiều dài ống l=0.9m và l=1.5m  TN3 : Cho dòng chảy lưu chất qua màng chắn và van Ứng với từng độ mở của van, đọc tổn thất cột áp qua màng và van. II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 1) Lưu lượng kế màng chắn và Venturi: - Nguyên tắc của hai dụng cụ này là đo lưu lượng dựa trên cơ sở của sự chênh lệch áp suất do có sự giảm tiết diện đột ngột của dòng lưu chất. - Hai dụng cụ này có cấu tạo như sau: v v 2 2 1 1 Ống Venturi 1 1 2 2 v v Màng chắn 1 Vận tốc trung bình được tính từ công thức: )1( 2. 4 β − ∆ = gP CV C : hệ số của màng chắn và Venturi, phụ thuộc vào chế độ chảy (Re). P∆ : Độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi, mH 2 O. 1 2 d d = β , tỉ số giữa đường kính cổ Venturi hay đường kính lỗ màng chắn trên đường kính ống. Do đó lưu lượng qua màng chắn hay Venturi: Q= V 2 A 2 =V 1 A 1 2) Tổn thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn: Có hai loại tổn thất năng lượng : a) Tổn thất dọc đường ống : Khi lưu chất chảy trong ống, có sự mất mát năng lượng do ma sát ở thành ống . Xét trường hợp ống tròn đều nằm ngang. Phương trình Bernoulli tại hai mặt cắt ướt 1-1, 2-2 giới hạn đoạn ống cho ta f H g v g P Z g v g P Z +++=++ 2 2 222 2 2 2 111 1 α ρ α ρ Với : Z 1 = Z 2 = 0 v 1 = v 2 α ù 1 = α 2 = 1 (chảy rối) 0 21 H g P g PP f H ∆= ∆ = − =⇒ ρρ Công thức Darcy cho tổn thất năng lượng : H f f Lv gD = 2 2 Trong đó : L: chiều dài ống (m) D: đường kính ống (m) f: hệ số ma sát vô thứ nguyên Hệ số ma sát phụ thuộc vào chế độ dòng chảy: ♦ Nếu chế độ là chảy tầng (Re < 2320) thì f = 64 Re 2 ♦ Nếu chế độ là chảy rối (Re > 2320) thì f F D = (Re, ) ε , f có thể được tra từ đồ thò Moody hay từ một số công thức thực nghiệm (hệ số ma sát phụ thuộc vào Re và độ nhám tương đối ε D ). b) Tổn thất cục bộ: Là tổn thất năng lượng do trở lực cục bộ như sự thay đổi tiết diện chảy, hướng chảy bò cản trở bởi van, ống nối, chỗ đột mở hay đột thu Đối với van hay khúc nối, tổn thất được biểu diễn bởi phương trình : H f f L v gD e = 2 2 L e : chiều dài tương đương của van hay khớp nối được đònh nghóa là chiều dài của một ống thẳng có cùng sự mất mát năng lượng H f với van hay khúc nối trong những điều kiện giống nhau. III. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: - Một hệ thống gồm các ống dẫn và van có kích thước khác nhau, lắp đặt như trong tài liệu hướng dẫn. - Bơm - Đồng hồ đo IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 1. Số liệu thí nghiệm: a) Thí nghiệm 1: STT W(l) t 1 t 2 t 3 1 1 9.98 9.72 8.38 2 1 7.11 7.39 7.73 3 2 8.72 8.3 8.03 4 3 11.59 11.79 9.52 5 4 11.4 10.13 9.02 6 5 10.29 11.32 10.29 7 6 11.57 12.73 11.61 8 7 11.3 9.98 11.96 9 8 14.28 12 13.81 3 ST T ΔPv1/ρg (cmH2O) ΔPv2/ρg (cmH2O) ΔPv3/ρg (cmH2O) ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPm3/ρg (cmH2O) 1 1.5 2 1 2.5 3.5 4 2 2 3 2.5 6 8.5 7.5 3 5 7 4.5 11 15 9.5 4 6.5 8 6 15 21 14.5 5 11 10 11.5 25 22.5 29 6 13.5 13 13 42 36 51.5 7 23.2 16 20.5 44 38.5 63.5 8 37 30 29.5 73.5 70 73 9 33 30.5 32 78.5 75.5 74.5 b) Thí nghieäm 2: STT oáng 1” : l=0.9m ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPong1/ρg (cmH2O) ΔPong2/ρg (cmH2O) 1 4.5 13 1 0.5 2 11 16.5 1.2 1.5 3 18 21 2 2 4 23.5 26.5 2.5 2.5 5 27.5 37 2.5 2.5 6 32.5 43 4.5 3 7 38 49 4 4 8 45.5 56 5.5 4.5 9 51.5 60.5 5 5 10 59 63 6 6 11 63.5 65.5 7 6 12 67 68 7 7 13 67 69 7 6.5 4 STT oáng 1" : l=1.5m ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPong1/ρg (cmH2O) ΔPong2/ρg (cmH2O) 1 7 6 1.5 1.5 2 15 12 2.5 2 3 20 19.5 4 3 4 29 27 5 5.5 5 37.5 36 6.5 6 6 45 43.5 8 7 7 50.5 49 8.5 8.5 8 56.5 55 9 9.5 9 58.5 57.5 10 9.5 10 60 60 10 10 11 61.5 61.5 10.5 10.5 12 62.5 62.5 10.5 10.5 13 63 63 11 11.5 STT oáng 1/2" : l=0.9m ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPong1/ρg (cmH2O) ΔPong2/ρg (cmH2O) 1 1.5 1.5 4 4 2 3 4.5 7 10 3 6 8.5 14 18.5 4 10.5 13.5 22 28 5 16 18 32 36 6 21 22 42.5 43.5 7 24.5 26 49 49.5 8 27 30.5 53 52.5 9 29.5 32 58.5 64 10 31.5 34 63 67 11 33 35 65.5 68 12 34 35 67 70.5 13 34 35.5 68 70.5 5 STT oỏng 1/2" : l=1.5m Pm1/g (cmH2O) Pm2/g (cmH2O) Pong1/g (cmH2O) Pong2/g (cmH2O) 1 2.5 6 10 22 2 5.5 8.5 18.5 28 3 11 11.5 35 37.5 4 15 14.5 47.5 46 5 19.5 18.5 59.5 57 6 22.5 23 71 70 7 26 26 80.5 81.5 8 29 29.5 89.5 90 9 31.5 31.5 97.5 96.5 10 33 33 101 101.5 11 33.5 33.5 105 104 12 34.5 34.5 106.5 106.5 13 34.5 35 108.7 109 c) Thớ nghieọm 3: STT Mụỷ hoaứn toaứn Pm1/g (cmH2O) Pm2/g (cmH2O) Pv1/g (cmH2O) Pv2/g (cmH2O) 1 4 4 0.2 0.1 2 8 9.5 0.3 0.2 3 14.5 17 0.2 0.3 4 21 26.5 0.3 0.2 5 28.5 33.5 0.4 0.4 6 37 41 0.5 0.5 7 45 45 0.5 0.6 8 53 50.5 0.6 0.7 9 57.5 55.5 0.9 0.7 10 60.5 58.5 0.9 0.7 11 62 60.5 0.8 0.8 12 63 62 0.8 0.9 6 13 63.5 63 0.9 0.9 STT Ñoä môû van 3/4 ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPv1/ρg (cmH2O) ΔPv2/ρg (cmH2O) 1 4.5 5 0.2 0.1 2 9.5 11 0.2 0.2 3 14.5 17 0.3 0.3 4 25 23.5 0.4 0.4 5 34.5 34 0.8 0.9 6 43 45 0.9 1 7 49 50.5 1.1 1.2 8 55.5 56.5 1.1 1.3 9 58.5 59 1.3 1.3 10 60.5 61.5 1.3 1.5 11 62 62.5 1.5 1.5 12 63 63 1.6 1.5 13 63.5 63.5 1.6 1.6 STT Ñoä môû van 1/2 ΔPm1ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPv1/ρg (cmH2O) ΔPv2/ρg (cmH2O) 1 7.5 6 0.2 0.6 2 14 11.5 2.3 1.8 3 20 18.5 3.7 3.2 4 28 27.5 5.1 4.9 5 36 27 6.5 6.4 6 43.5 45.5 7.9 7.9 7 51.5 51.5 8.8 8.9 8 56 55 9.5 9.6 9 58 57.5 10 10 10 60 60 10.5 10.6 11 60.5 61 10.5 10.7 12 61.5 61.5 10.6 10.8 13 62 62 10.7 10.8 7 STT ẹoọ mụỷ van 1/4 Pm1/g (cmH2O) Pm2/g (cmH2O) Pv1/g (cmH2O) Pv2g (cmH2O) 1 3.5 5 16.9 18 2 9 10 31.2 32.8 3 14 15 42.5 49 4 21 20.5 76.6 69 5 26 26.5 86.6 89 6 32 32 108 106.6 7 36.5 36 118.7 118.9 8 38 37 122.2 123.3 9 38.5 38 126.9 125.5 10 38.5 38.5 129.4 128 11 39.5 39.5 130 129.5 12 39.5 40 130.5 130.1 13 39.5 39.5 131.1 131 2. Tớnh toaựn: a) Thớ nghieọm 1: STT W(l) t (s) Q(lớt/s) Pm/g (cmH2O) Pv/g (cmH2O) Re Cm Cv 1 1 9.36 0.11 3.33 1.50 6513.74 0.2308 0.3440 2 1 7.41 0.13 7.33 2.50 8227.88 0.1965 0.3366 3 2 8.35 0.24 11.83 5.50 14603.25 0.2746 0.4028 4 3 10.97 0.27 16.83 6.83 16678.34 0.2629 0.4127 5 4 10.18 0.39 25.50 10.83 23948.38 0.3068 0.4706 6 5 10.63 0.47 43.17 13.17 28668.61 0.2822 0.5110 7 6 11.97 0.50 48.67 19.90 30560.69 0.2834 0.4431 8 7 11.08 0.63 72.17 32.17 38518.06 0.2933 0.4393 9 8 13.36 0.60 76.17 31.83 36499.03 0.2705 0.4184 ẹo Thũ: 8 Lưu lượng Q đối với hiệu số thủy dầu áp suất: 9 Heä soá C m vaø C V theo Re: b) Thí nghieäm 2: oáng 1" ( l=0.9) STT ΔPong/ρg (cmH2O) ΔPm/ρg (cmH2O) Q(lít/s) V(cm/s) f Re 1 0.75 8.75 0.206 38.80 0.0282 12559.53 2 1.35 13.75 0.285 53.68 0.0266 17376.05 3 2 19.5 0.346 65.17 0.0267 21095.13 4 2.5 25 0.39 73.46 0.0263 23777.75 5 2.5 32.25 0.435 81.93 0.0211 26521.33 6 3.75 37.75 0.462 87.02 0.0281 28167.49 7 4 43.5 0.487 91.73 0.0269 29691.70 8 5 50.75 0.514 96.81 0.0302 31337.85 9 5 56 0.532 100.20 0.0282 32435.29 10 6 61 0.547 103.03 0.0320 33349.82 11 6.5 64.5 0.556 104.72 0.0336 33898.53 12 7 67.5 0.564 106.23 0.0352 34386.28 13 6.75 68 0.566 106.61 0.0337 34508.22 10 . L tđ ) và phạm vi ứng dụng của van. 2) Phương pháp thí nghiệm:  TN1 : Cho dòng chảy lưu chất qua thi t bò có gắn lưu lượng kế màng chắn và Venturi. Đọc tổn thất cột áp ứng với từng lưu lượng dòng. mất mát năng lượng H f với van hay khúc nối trong những điều kiện giống nhau. III. DỤNG CỤ VÀ THI T BỊ THÍ NGHIỆM: - Một hệ thống gồm các ống dẫn và van có kích thước khác nhau, lắp đặt như