mạch lưu chất

Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT I. TRÍCH YẾU: 1. Mục đích: Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệmtrong 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 định: − Hệ số lưu lượng kế C m và C v theo chế độ chảy (Re). − Hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống 1” và ½”. − Đặc tuyến van, chiều dài tương đương ( L tđ ) và phạm vi ứng dụng cua van. 2. Tiến hành thí nghiệm: Thiết lập dòng chảy lưu chất qua thiết bị cần đo bằng các van điều khiển, đọc độ giảm áp suất thủy tĩnh trên áp kế ứng với các lưu lượng khác nhau: − TN1: Cho dòng lưu chất qua thiết bị 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 lưu chất qua màng chắn và lần lượt qua các ống 1” và ½”. Chỉnh van để thay đổi lưu lượng dòng chảy, đọc tổn thất cột áp của màng chắn và ống. Thí nghiệm tương tự với chiều dài ống l=0.9m và l=1.5m. − TN3: Cho dòng lưu chất qua màng chắn và van. Đọc tổn thất cột áp qua màng chắn và van ứng với nhiều độ mở của van. 3. Kết quả: − Để xác định C m , C v theo Re dựa vào công thức: pKCQ ∆= K: Hằng số với một loại đường kính ống nhất định. Đo chênh lệch cột áp ở hai đầu ống Venturi hoặc lưu lượng kế màng chắn thao các giá trị lưu lượng khác nhau từ đó xác định C m , C v . − Để xác định hệ số ma sát f theo Re ta dựa vào: p f p f l v g D v Q D p f l Q g D = = = ⇒ = ∆ ∆ 0 2 2 4 2 0 8 2 2 5 . . . . . . . . . . .π π Nếu biết được ∆P m dựa vào đồ thị ∆P-Q của phần thí nghiệm 1 xác định được Q > chỉ cần đo độ chênh lệch cột áp ∆P 0 và ∆P m sẽ tính được hệ số ma sát f. − Để xác định L e : ∆p v p f f Le v g D f Le Q g D = = =. . . . . . . . 2 2 8 2 2 5 π f: Hệ số ma sát xác định ở thí nghiệm 2. Q: Xác định nhờ ∆P m (tương tự thí nghiệm 2) Xác định được ∆P v , ∆P m sẽ tính được L e . - 1 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 1. L ưu lượng kế màng chắn và Venturi: − Nguyên tắc: Đo lưu lượng dòng chảy dựa vào sự chênh lệch áp suất do có sự giảm tiết diện đột ngột. − Cấu tạo: v v 2 2 1 1 Ống Venturi 1 1 2 2 v v Màng chắn − Công thức: Vận tốc trung bình: )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 qua màng chắn hay Venturi, mH 2 O. 1 2 d d = β : Tỉ số giữa đường kính cổ Venturi hoặc 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 của dòng chảy trong ống dẫn: Có 2 loại: a. Tổn thất dọc đường ống: Khi lưu chất chảy trong ổng có sự mất mát năng lượng do ma sát giữa lưu chất và thành ống. Xét trường hợp ống tròn đều nằm ngang. − Phương trình Bernoulli tại 2 mặt cắt ướt 1-1 và 2-2 giới hạn đoạn ống: 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 1 = α 2 = 1 (chảy rối) - 2 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT 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 Với: L: Chiều dài ống (m) D: Đường kính ống (m) f: Hệ số ma sát (vô thứ nguyên), phụ thuộc vào chế độ dòng chảy:  Nếu ở chế độ chảy tầng (Re < 2320) thì f = 64 Re  Nếu ở chế độ chảy rối (Re > 2320) thì f F D = (Re, ) ε , ở chế độ này f có thể được tra từ đồ thị Moody hay từ các công thức thực nghiệm (Hệ số ma sát phu thuộc vào Re và độ nhám tương đối ε D ) b. Tổn thất cục bộ: Tổn thất năng lượng do trở lực cục bộ: sự thay đổi tiết diện chảy, hướng chảy bị cản trở bởi van, ống nối, chỗ đột ngột mở hay đột ngột thu − Đối với van hay khúc nối, tổn thất được biểu diễn: H f f L v gD e = 2 2 L e : Chiều dài tương đương của van hay khớp nối, là chiều dài của 1 đoạn 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: ♦ Số liệu thí nghiệm: 1. Thí nghiệm 1: - 3 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT STT W(l) t 1 t 2 t 3 1 1 5.46 6.30 5.19 2 1 5.16 5.34 6.15 3 2 7.63 7.88 6.91 4 3 9.04 8.88 8.59 5 4 8.84 9.88 10.18 6 5 8.84 8.86 10.19 7 6 9.85 8.64 13.12 8 7 12.31 12.34 14.33 9 8 14.15 14.86 14.34 STT ΔPv1/ρg (cmH2O) ΔPv2/ρg (cmH2O) ΔPv3/ρg (cmH2O) ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPm3/ρg (cmH2O) 1 6 4.5 5.0 6 5 8 2 6.5 7 7.5 20 10 15 3 12 11.5 10.5 36 14 22 4 17.5 15 16.7 45 21 39 5 20 19.5 20.5 47 37 45 6 21.5 21 22.5 50 43 60 7 24.5 24 25.3 58 67 73 8 26. 25.5 26.2 67 74 75 9 27.5 28 28.3 70 80 82 2. Thí nghiệm 2: - 4 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT STT Ống 1” : l=0.9m ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPong1/ρg (cmH2O) ΔPong2/ρg (cmH2O) 1 3 2 0.5 0.2 2 6 7 0.7 0.8 3 9 10.5 1.5 1.2 4 11.5 12.5 1.6 1.3 5 15.5 18 2.5 2.1 6 20 22 2.9 2.8 7 31 34 3.8 4.1 8 40 45 4.2 4.5 9 47 46 4.7 5.1 10 54 55 5.2 5.8 11 59 57 6 6.3 12 65 64 7 6.9 13 67.5 68 8.1 8.3 STT Ống 1" : l=1.5m ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPong1/ρg (cmH2O) ΔPong2/ρg (cmH2O) 1 3.5 4 0.6 0.8 2 8.9 10.5 2.0 2.2 3 19 14.5 3.5 3.4 4 26 25 5.5 5.2 5 36 28.5 7.0 7.2 6 44 38.5 8.8 9.1 7 50.5 52 10.0 10.8 8 56 56.5 12.3 12.1 9 60.5 60.5 12.9 12.8 10 64 63 13.0 13.3 11 67.5 66.5 13.5 13.7 12 70 68.6 14.5 14 13 81 79.5 16.1 15.2 - 5 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT STT Ống 1/2" : l=0.9m ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPong1/ρg (cmH2O) ΔPong2/ρg (cmH2O) 1 1 1 10 8.7 2 6 7 13 13.1 3 9 12 22 19.2 4 13 14 25.1 27.2 5 18 20 35.7 36.5 6 21.8 29 40.2 43.6 7 26.6 30 50 52.7 8 29.5 31.5 56.3 58.4 9 32 33 66 64.4 10 35 34 70.1 69.2 11 36 36.2 71.5 70.8 12 37.5 37 74.2 75.1 13 42 43 78.9 77.3 STT Ống 1/2" : l=1.5m ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPong1/ρg (cmH2O) ΔPong2/ρg (cmH2O) 1 1 1 11.2 12 2 5 7.5 17.3 16.9 3 7 10 26 24.5 4 8 12 37.8 36 5 14 13 46 45.1 6 14.5 15 59.7 60.7 7 17 18 69.1 68.8 8 17.9 21.5 79.2 78.2 9 18.9 22.8 92.2 93.5 10 21.5 24 103 100.5 11 33.4 31 108.8 105.9 12 35.5 37 116.7 114.5 13 38 40 123.5 120.4 3. Thí nghiệm 3: Mở hoàn toàn - 6 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT STT ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPv1/ρg (cmH2O) ΔPv2/ρg (cmH2O) 1 1 0.9 0 0 2 2.5 3 0 0 3 5.1 6.3 0 0 4 10 9.8 0.1 0.1 5 19.5 18 0.2 0.1 6 20.5 22.5 0.4 0.3 7 27.3 26.4 0.5 0.5 8 39 38.5 0.6 0.6 9 42 43.1 0.6 0.7 10 46.3 47.9 0.7 0.7 11 50.5 52.3 0.7 0.8 12 56 57 0.8 0.8 13 60 58 0.8 0.9 STT Độ mở van 3/4 ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPv1/ρg (cmH2O) ΔPv2/ρg (cmH2O) 1 0.8 0.7 0 0 2 5.5 6 0 0.1 3 9.8 9.5 0.4 0.3 4 13.9 15.5 0.6 0.5 5 19.5 20.5 0.8 0.8 6 25.5 26.7 0.8 0.9 7 33 34 1 1 8 40.5 41.7 1.2 1.1 9 49.4 50 1.4 1.3 10 56.5 57.2 1.6 1.6 11 61.5 62.9 1.7 1.7 12 66.4 65.7 1.8 1.9 13 69.5 70 1.8 2 STT Độ mở van 1/2 - 7 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT ΔPm1ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPv1/ρg (cmH2O) ΔPv2/ρg (cmH2O) 1 2.5 3 0.3 0.4 2 5.5 8 0.9 1.1 3 9.5 12.5 2 2 4 14.2 17.5 2.5 2.8 5 20.6 29 3.5 4 6 27.1 30 6.2 6 7 36.1 40 7 6.7 8 45.5 44 7.8 7.5 9 52.2 57 8.9 8.7 10 56.3 57.5 10 9.8 11 59.7 59 10.5 10.5 12 62.5 60 10.5 10.8 13 64.7 70 11 11.2 STT Độ mở van 1/4 ΔPm1/ρg (cmH2O) ΔPm2/ρg (cmH2O) ΔPv1/ρg (cmH2O) ΔPv2ρg (cmH2O) 1 0.2 1 1.5 1.8 2 1 2 5.5 5 3 4.6 3.7 15.5 14.8 4 8.9 9.5 24 25.5 5 13.2 14 36 35 6 19.2 20.3 47 44 7 25 23 59 62 8 29.4 30 63 70 9 33.5 34.7 70 76 10 37.5 40.3 89.5 85.2 11 39.8 41.2 93 96 12 41.6 43.8 110.8 110 13 44.5 45.9 115.5 120.6 ♦ Tính toán: - 8 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT 1. Thí nghiệm 1: STT W(l) t ( s) Q(lít/s) ΔPm/ρg (cmH2O) ΔPv/ρg (cmH2O) Re Cm Cv 1 1 5.65 0.18 6.33 5.17 10790.90 0.2774 0.3071 2 1 5.55 0.18 15.00 7.00 10985.33 0.1835 0.2686 3 2 7.47 0.27 24.00 11.33 16316.30 0.2154 0.3135 4 3 8.84 0.34 35.00 16.40 20698.50 0.2263 0.3306 5 4 9.63 0.42 43.00 20.00 25315.68 0.2497 0.3662 6 5 9.30 0.54 51.00 21.67 32790.56 0.2970 0.4557 7 6 10.54 0.57 66.00 24.60 34717.95 0.2764 0.4528 8 7 12.99 0.54 72.00 25.90 32846.08 0.2504 0.4175 9 8 14.45 0.55 77.33 27.93 33754.23 0.2483 0.4131 Đồ thị: Lưu lượng Q đối với hiệu số thuỷ dầu áp suất: Hệ số C m và C V theo Re: - 9 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT 2. Thí nghiệm 2: Ống 1" ( l=0.9) STT ΔPong/ρg (cmH2O) ΔPm/ρg (cmH2O) Q(lít/s) V(cm/s) f Re 1 0.35 2.5 0.06 11.30 0.1553 3658.12 2 0.75 6.5 0.1 18.83 0.1198 6096.86 3 1.35 9.75 0.18 33.90 0.0666 10974.35 4 1.45 12 0.25 47.09 0.0371 15242.15 5 2.3 16.75 0.271 51.04 0.0500 16522.49 6 2.85 21 0.321 60.46 0.0442 19570.92 7 3.95 32.5 0.385 72.51 0.0426 23472.91 8 4.35 42.5 0.43 80.99 0.0376 26216.49 9 4.9 46.5 0.46 86.64 0.0370 28045.55 10 5.5 54.5 0.48 90.41 0.0381 29264.92 11 6.15 58 0.493 92.86 0.0404 30057.51 12 6.95 64.5 0.52 97.94 0.0411 31703.66 13 8.2 67.75 0.53 99.82 0.0466 32313.35 Ống 1" (l=1.5) - 10 - [...]... 28.9431 9 Đồ thị: Lưu lượng Q theo độ mở của van ở một vài áp suất: - 17 - Bài thí nghiệm CHẤT MẠCH LƯU Đặc tuyến van: - Chọn ∆Pvan / ρg = 20cm H2O - Từ đồ thị lưu lượng Q theo độ mở của van ta xác định được các lưu - Chia cho lưu lượng của độ mở hoàn toàn ta có bảng số liệu: lượng Độ mở 0,25 0,50 0,75 1,00 Q 0.179 0.582 1.086 1.258 Q/Qmax 0.142 0.463 0.863 1 - 18 - Bài thí nghiệm CHẤT MẠCH LƯU V BÀN LUẬN:... Re 4561.68 10833.99 18246.71 20527.55 27370.07 28510.49 31931.75 33642.38 35353.01 37291.72 43335.94 46757.20 47897.62 Bài thí nghiệm CHẤT MẠCH LƯU Đồ thị: Ống 1/2” - 13 - Bài thí nghiệm CHẤT MẠCH LƯU Ống 1” 3 Thí nghiệm 3: Mở hoàn toàn - 14 - Bài thí nghiệm CHẤT MẠCH LƯU STT ΔPvan/ρg (cmH2O) ΔPm/ρg (cmH2O) Q (lít/s) V (cm/s) V2/2g f Re le 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.15 0.25 0.25 0.25 0.4 0.5 0.55... = f V 2 VII TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1 Bộ môn máy - thiết bị, “Thí nghiệm quá trình - thiết bị”, 9/2003 2 Bộ môn cơ lưu chất, giáo trình “Cơ lưu chất , tập thể giản viên bộ môn cơ lưu chất 3 Trần Hùng Dũng - Nguyễn Văn Lục – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Các quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất- thực phẩm”, tập 1, “Các quá trình cơ học”, quyển 2, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM - 21 - ... nghiệm  Xác định thời gian của một lưu lượng nhất định bằng cách dùng đồng hồ bấm giây nên cũng là một nguyên nhân gây ra sai số do người thí nghiệm VI PHỤ LỤC: 1 Đổi đơn vị: - 20 - Bài thí nghiệm CHẤT MẠCH LƯU Nước 30oC : µ = 0.8 Cp = 0.8.10-3Pa.s ρ = 996kg/m3 = 996g/lít Ống 1” D = 0.026m Ống ½” D = 0.0139m 2 Xác định lưu lượng Q: W Q= (l/s) t 3 Xác định hệ số lưu lượng Cm và Cv: ∆P.2 g V =C (1 −... van có dạng lõm (dưới đường 45 0) như trên giản đồ nên đây là van cầu, được sử dụng khi cần lưu lượng nhỏ và khi muốn điều chỉnh lưu lượng tăng hoặc giảm với lượng nhỏ − Do có hiện tượng giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua van nên ngoài chức năng thay đổi lưu lượng dòng chảy, van còn được sử dụng làm van tiết lưu trong các hệ thống khác 2 Sai số mắc phải khi làm thí nghiệm:  Các giá trị tổn thất cột... và Cv theo Re: Theo phương trình (*) hệ số lưu lượng tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chảy và tỷ lệ nghịch với ∆P Re tăng > ∆P tăng, do đó C tănghay giảm tuỳ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay ít của Re và ∆P  So sánh lưu lượng kế màng và Venturi: Do ∆Pm > ∆Pv (tổn thất áp suất của màng lớn hơn so với Venturi) nên khi sử dụng lưu lượng kế Venturi sẽ cho kết quả lưu lượng chính xác hơn b Thí nghiệm 2: Hệ...Bài thí nghiệm CHẤT ΔPong/ρg STT (cmH2O) 1 0.7 2 2.1 3 3.45 4 5.35 5 7.1 6 8.95 7 10.4 8 12.2 9 12.85 10 13.15 11 13.6 12 14.25 13 15.65 MẠCH LƯU ΔPm/ρg (cmH2O) 3.75 9.7 16.75 25.5 32.25 41.25 51.25 56.25 60.5 63.5 67 69.3 80.25 Q(lít/s) 0.08 0.175 0.271 0.342 0.385 0.42 0.465 0.49... f=f2(Re) − Khu vực chảy rối thành nhám thủy lực f=f3(Re, ∆/d) − Khu vực chảy rối thành hoàn toàn nhám f=f4(∆/d)  Theo thực nghiệm: Giản đồ hệ số ma sát theo Re: gồm 2 vùng: - 19 - Bài thí nghiệm CHẤT MẠCH LƯU − 3000 . 47897.62 - 12 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT Đồ thị: Ống 1/2” - 13 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT Ống 1” 3. Thí nghiệm 3: Mở hoàn toàn - 14 - Bài thí nghiệm MẠCH LƯU CHẤT STT ΔPvan/ρg (cmH2O) ΔPm/ρg (cmH2O) Q (lít/s) V. dòng chảy lưu chất qua thiết bị cần đo bằng các van điều khiển, đọc độ giảm áp suất thủy tĩnh trên áp kế ứng với các lưu lượng khác nhau: − TN1: Cho dòng lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng. tổn thất cột áp ứng với từng lưu lượng dòng chảy và từng lưu lượng kế. − TN2: Cho dòng lưu chất qua màng chắn và lần lượt qua các ống 1” và ½”. Chỉnh van để thay đổi lưu lượng dòng chảy, đọc tổn