1 BÀI 1 THỦY TĨNH I CÂU HỎI CHUẨN BỊ 1 Để kiểm tra mặt chuẩn của các thước đo ta phải làm gì? Đo độ cao ( trên bảng kẻ mm ) các thước đo có nằm ngang hay không bằng cách đọc mực nước trong ống 3 và ốn.
BÀI THỦY TĨNH I CÂU HỎI CHUẨN BỊ: Để kiểm tra mặt chuẩn thước đo ta phải làm gì? Đo độ cao ( bảng kẻ mm ) thước đo có nằm ngang hay khơng cách đọc mực nước ống ống 10 phải nằm ngang Tiến hành thí nghiệm với thí nghiệm thủy tĩnh, ta đo số liệu nào? Ống 1,3: đo áp suất bình T Ống 4,5,6,7,8,9: Xác định trọng lượng riêng Ống 3,10: Quan sát mặt đẳng áp Đo giá trị mực nước ống 1,2.1,2.2,2.3,3,4,5,6,7,8,9, nhiệt độ, áp suất khơng khí Thí nghiệm thủy tĩnh thực cho trường hợp, trường hợp nào? Có trường hợp + Mặt thống bình Đ cao mặt thống bình T 15-20 cm + Mặt thống bình Đ cao mặt thống bình tĩnh 5-7 + Mặt thống bình T cao mặt thống bình Đ 15-20 cm Bằng cách để thay đổi áp suất khí bình T lần đo? Thay đổi vị trí bình Đ so với bình T qua trường hợp làm thay đổi giá trị mực nước ống L3 L1, thông qua công thức : PT = Pa + H20 ( L3 – L1 ) Ta phải đo thêm áp suất nhiệt độ khí phịng để làm gì? Ta phải đo thêm áp suất nhiệt độ khí phịng để xác định trọng lượng riêng nước áp suất mặt thoáng II KẾT QUẢ ĐO VÀ QUAN SÁT: Áp suất nhiệt độ khơng khí tiến hành thí nghiệm là: Pa = …………760………… mmHg; t0 = …………33…………0C Trọng lượng riêng nước là: (tra Phụ lục 2a) H2O = 9755 N/m3 Ứng với vị trí tương đối bình Đ so với bình T, ghi giá trị đo ống đo áp nhóm ống vào bảng Bảng 1a Kết đo đạc (Đơn vị đo: cm) TT L1 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 24 39 17,3 32,6 15,4 32,8 14,2 15,2 38,1 23,9 32,2 20,8 29,2 19,4 29,1 14,3 14,8 32,2 23,8 8,4 32,5 17,4 37,2 15,4 15,1 14,1 8,4 Ghi Chú Cao 1520cm Cao 57cm Thấp -15- 20cm Bảng 1b Kết đo đạc nhóm ống STT L21 L22 L23 40.9 40 39,5 35,5 33,3 32,7 11,5 9,5 8,9 Ghi III PHẦN TÍNH TỐN VÀ TRÌNH BÀY KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Trong thí nghiệm thủy tĩnh, mực nước ống bình nhau? Tại sao? Mực nước ống số 10 nhau, mặt nước gọi mặt chuẩn hay cịn gọi mặt đẳng áp theo ngun tắc bình thơng nhau, thơng qua bình tĩnh có áp suất khí trời mặt thống nước Trong thí nghiệm thủy tĩnh, mực nước ống không tuân theo quy luật thủy tĩnh? Tại sao? Mực nước ống 21, 22, 23 không tuân theo qui luật thủy tĩnh đường kính ống nhỏ nên tượng mao dẫn ảnh hưởng rõ rệt đến mực nước Tính áp suất tuyệt đối, áp suất dư khí bình T sai số tương đối áp suất trường hợp đo Kết điền vào bảng Tính trọng lượng riêng chất lỏng - 5, - 7, - sai số tương đối trọng lượng riêng cho trường hợp đo Kết điền vào bảng 2 Bảng Kết tính tốn pt pd 4-5 6-7 8-9 4-5 6-7 8-9 TT 103N/m2 103N/m3 % % 102,76 1,46 0,79 9,56 8,41 146,33 1,44 1,24 10,79 102,11 0,81 1,32 9,64 8,35 161,93 2,52 2,36 21,32 99,80 -1,50 0,77 9,95 6,89 150,23 1,43 1,23 10,77 Nhận xét: a) Áp suất bình kín: - Áp suất bình kín tính cơng thức: PT=Pa + H2O(L3 – L1) - Khi đưa bình động từ cao xuống thấp kéo theo áp suất giảm dần ngược lại cho thấy chúng có mối tương quan với - Ống số ống số dùng làm áp kế chất lỏng để đo áo suất chất khí bình tĩnh Ta thấy thay đổi ống có mực nước khơng đổi, cịn ống số có áp suất tăng mực nước tăng Cho nên áp suất bình kín tương quan thuận với mực nước bình hay tương quan thuận với độ cao bình động b) Trong trường hợp đo, sai số đo thay đổi theo nào, sao? - Trong bình đo thay đổi sai số trọng lượng riêng tỷ lệ thuận với thay đổi trọng lượng riêng chất lỏng Dẫn tới ống có trọng lượng riêng lớn sai số lớn ngược lại - Chênh lệch mực nước ống 4-5 6-7 8-9 khác Các sai số khác sai số tương đối việc đo độ cao ống , sai số tương đối trọng lượng riêng chất lỏng sai số tương đối thước đo không đổi Dẫn tới trọng lượng riêng sai số chất lỏng tỷ lệ nghịch với độ chệnh lệch mực nước ống U Bài 3A2 PHƯƠNG TRÌNH NĂNG LƯNG I PHẦN CHUẨN BỊ Đo mực nước tọa độ đáy kênh cách nào? Đo mực nước tọa độ đáy kênh kim tọa độ gắn kính Bằng cách để điều chỉnh lưu lượng nước kênh kính? Làm thí nghiệm với chế độ lưu lượng? - Trong kênh kín, để điều chỉnh lưu lượng nước ta dung van số để điều chỉnh mực nước ta dung van số cuối kênh - Làm thí nghiệm với chế độ lưu lượng nước 0,84l/s Khi tiến hành đo, mực nước “giếng” thông với kênh bê tông có thay đổi không? Tại sao? Khi tiến hành đo mực nước “giếng” thông với kênh bê tông, ta ln phải đợi cho dịng nước kênh bê tơng ổn định đo mặt cắt xác, lúc ta thấy mực nước giếng thông với kênh bê tông không đổi vị mực nước giếng thông với kênh bê tông không thay đổi II KẾT QUẢ ĐO Sau tiến hành bước phần hướng dẫn phúc trình, đo mực nước Z0 giếng Cao độ đỉnh bờ tràn chữ nhật du xích Zđb =……5,94……cm Cao độ mực nước “giếng” thông với kênh bê tông Z0 = 1,09 cm Đo tọa độ đáy kênh kính Zđi, mặt thoáng nước Zi kêânh kính mặt cắt ứng với chế độ mực nước khác nhau, kết ghi vào bảng Bảng 1: Tọa độ đáy mặt thoáng nước kênh kính T/T Mặt cắt Lần đo Cao độ đáy Zđi, cm Cao độ mặt thoáng nước Zi, cm 2 34,118 34,21 14,87 14,9 33,82 33,71 3,43 3,81 6,73 6,33 4,15 4,51 8,65 8,92 17,21 18,09 90 90 18 90 90 90 180 198 288 378 Khoảng cách từ m/c i đến m/c i+1, cm Khoảng cách cộng dồn từ m/c đến m/c i, cm 6,64 6,28 III PHẦN TÍNH TOÁN VÀ TRÌNH BÀY KẾT QUẢ Xác định lưu lượng qua kênh theo công thức (3.4) Q = 0,022 m3/s Tính vận tốc dòng chảy cột nước vận tốc mặt cắt theo công thức (3.5), (3.6) Tính cho hai lần đo Kết ghi vào bảng Ứng với hai lần đo, tính tổn thất lượng ℎ𝑓1−3 mặt cắt 1- 3, ℎ𝑓3−4 mặt cắt - ℎ𝑓4−6 mặt cắt - theo công thức (3.7) Tính tổng tổn thất ℎ𝑓1−6 mặt cắt - Kết ghi vào bảng Từ số liệu thu thập trường hợp mực nước hạ lưu bậc cao mực nước bậc, dựa vào phương trình lượng (3.2) sinh viên tính tốn vẽ đường lượng vào phúc trình (Xem đáy kênh nằm ngang chuẩn chọn đáy kênh) Kết cột áp lượng ghi vào bảng Dựa vào kết ôû baûng 3, vẽ đường lượng thực đường lượng lý tưởng Trong trường hợp dòng lưu chất thực, thay đổi lượng xảy nào, giải thích? Trong trường hợp dịng lưu chất thực đạt giá trị lượng thực nhỏ lượng lý tưởng lưu chất chảy ống có đường kính khơng đổi lúc phải chiu lưu chất tiếp xúc với thành ống tạo ma sát làm cản trở chuyển động, mà lưu chất thực di chuyển xa ống Trong trường hợp dòng lưu chất lý tưởng, thay đổi lượng xảy nào, giải thích? Lưu chất lý tưởng lưu chất khơng chịu nén khơng có độ nhớt di chuyển ống khơng sinh lực ma sát với thành ống lượng lưu chất lí tưởng di chuyển đường ống có đường kính khơng đổi khơng đổi Thực tế khơng có loại lưu chất 18,60 93,22 35,69 0,177 4,099 4,434 0,650 378 30 15,67 ȁ−0,095ȁ ȁ−5,856ȁ ȁ−16,911ȁ ȁ−0,198ȁ 30,324 19,826 Tổn thất hf 4-6 (cm) Tổn thất hf 3-4 (cm) Tổn thất hf 1-3 (cm) Bảng 3: Kết tính đường lượng cho hai trường hợp Mặt cắt Khoảng cách từ m/c 90 180 198 288 (cm) Cột áp lượng 30 29,72 10,12 10,27 16,67 trường hợp thực (cm) 30 30 30 30 Cột áp lượng 30 trường hợp lí tưởng (cm) 18,77 Bảng 2: Kết tính vận tốc tổn thất lượng Vận tốc Vi dòng chảy Cột nước vận tốc hvi T/T (cm/s) (cm) lần m/c m/c m/c m/c m/c m/c m/c m/c đo 6 18,16 18,33 65,05 20,32 0,168 2,392 2,160 0,211 13,875 3,215 Tổn thất hf 1-6 (cm) Cao độ mực nước, cm Cột áp lượng, cm 20 40 60 80 100 20 40 60 80 100 120 160 180 200 220 240 260 280 1, cm cắt cắt từ mặ ng cáchcách KhoảKhoảng 1, cm từ tmặt 140 300 320 340 trường hợp cho hai vàc,đưởng nước Hình: Đường hợp trường lượng Đường cho đo) c (tính nướ ng lượng thoá mặthai bậ nh, kê vẽnăng Hìnhmực 360 380 400 BÀI 3D ĐO LƯU LƯỢNG KHÍ I CÂU HỎI CHUẨN BỊ: Các thiết bị sử dụng để đo lưu lượng khí ống thí nghiệm gì? Áp kế, biến tần, ống khí, quạt li tâm động điện, ống slicon dẫn áp suất, thiết bị đo lưu lượng: lỗ thành mỏng vòi phun, ống đo Làm để thay đổi lưu lượng khí ống lần đo? Dùng biến tần thay đổi tốc độ quay quạt tốc độ theo yêu cầu thí nghiệm để làm thay đổi lưu lượng khí ống lần đo Đối với thiết bị đo lưu lượng khí: cần đo lần lần cần đo số liệu nào? Cần đo lần tương ứng với giá trị vòng quay biến tần: 400-450 vòng/phút; 650-700 vòng/phút; 900-950 vòng/phút; 1150-1200 vòng/phút Mỗi lần đo cần đo Độ cao mực nước ống đo áp 1,2,3,4; Đọc số áp kế bên trái bên phải tương ứng I KẾT QUẢ ĐO VÀ TÍNH TỐN Nhiệt độ khơng khí:……32oC………… Khối lượng riêng khơng khí: 1,1573 kg/m3 …………… Độ nhớt động học khơng khí: 1,6224.10-5 m2 /s …………… Khối lượng riêng nước: 995 kg/m3 …………… Bảng Kết đo tính tóan cho lỗ ống Tốc độ đo áp (vòng/ 1, h1 phút) (m) ống đo áp 2, h2 (m) h2 – h1 (m) p1 – p2 (Pa) Áp kế (Pa) Khác biệt (áp kế - ống đo áp) (%) C Q (m3/s) 427 0,228 0,244 0,016 156,18 140 11,55 0,570 0,032 660 0,219 0,252 0,033 322,11 320 0,65 0,573 0,045 932 0,205 0,267 0,062 605,18 580 4,34 0,571 0,062 1170 0,186 0,284 0,098 856,57 900 4,82 0,570 0,078 Bảng Kết đo tính tốn cho vịi ống Tốc độ đo áp (vòng/ 3, h3 phút) (m) ống đo áp 4, h4 (m) h4– h3 (m) p3 – p4 (Pa) Áp kế (Pa) Khác biệt (áp kế ống đo áp) (%) C Q (m3/s) 427 0,228 0,234 0,006 58,57 70 16,32 0,98 0,033 660 0,225 0,238 0,013 126,89 120 5,74 0,98 0,049 932 0,218 0,244 0,026 253,78 260 2,39 0,98 0,069 1170 0,212 0,251 0,039 380,68 400 4,83 0,98 0,085 10 Đồ thị Thể đường quan hệ tốc độ quạt lưu lượng khí cho hai thiết bị Lỗ thành mỏng vịi phun III PHÂN TÍCH/NHẬN XÉT: a) Giải thích khác biệt kết đo áp suất ống đo áp áp kế Nguyên nhân có khác biệt kết đo: - Ống đo áp: đọc mắt thường nên dễ có sai số ngẫu nhiên, phụ thuộc vào chênh cao hai cột nước tính tay để áp suất công thức - Áp kế: Kết đọc số hiển thị áp kế nên có sai số hệ thống Ta biết trực tiếp giá trị, không cần dùng công thức lại có giá trị xác độ xác cách lắp đặt thiết bị độ xác áp kế b) So sánh lưu lượng đo hai phương pháp Lỗ thành mỏng Vịi phun Đồ thị 1, giải thích? 11 Lưu lượng qua vòi lớn lưu lượng qua lỗ thành mỏng dựa vào đồ thị theo chiều tăng dần tốc độ quay Nguyên nhân tốc độ quay lớn độ chênh lệch lớn Với lỗ thành mỏng dịng lưu lượng khí qua lỗ thành mỏng tạo tượng co hẹp dịng khí di chuyển, tính lưu lượng Q hội tụ nên đồ thị đường thẳng tuyến tính Với vòi phun, dòng chảy qua vòi bị co hẹp khơng nhiều, sau mở rộng ma sát với thành vịi Hai thiết bị có cấu tạo hồn tồn khác : + Lỗ thành mỏng có cấu tạo suông sẻ, co hẹp đặn phía + Vịi phun có cấu tạo thành dày hơn, thay cong lỗ thành mỏng vịi phun có phần gấp khúc dẫn đến lưu chất tiếp xúc với phần đầu bị gấp khúc lưu chất bị dội ngược trở lại làm ứ lại lượng lớn lưu chất trước vòi phun lượng lưu chất làm tăng áp suất ống lên ( ống không biến dạng) ta xét giây mà áp suất ống tăng lên có xu hướng lưu chất bên để áp suất trở lại bình thường dẫn đến lưu lượng trước vịi phun bị tống mạnh ngồi dẫn đến lưu lượng vịi phun cao lưu lượng thành mỏng c) Giữa hai phương pháp đo Lỗ thành mỏng Vòi phun, phương pháp có độ xác cao hơn? Vì sao? Phương pháp qua lỗ thành mỏng có kết tính tốn xác Vì tính tốn lưu lượng qua lỗ thành mỏng, ta thấy hệ số C phụ thuộc vào số Reynold, nên phụ thuộc vào lưu lượng vận tốc Có thể nói hệ số lưu lương C lỗ thành mỏng thay đổi hội tụ giá trị Còn vịi phun sử dụng giá trị 12 BÀI 5A MẤT NĂNG TRONG ỐNG DẪN I PHẦN CHUẨN BỊ Các dạng nghiên cứu thí nghiệm này? Nguyên nhân đó? Dạng nghiên cứu thí nghiệm dọc đường Nguyên nhân phần lượng dịng chảy chuyển hóa thành nhiệt ma sát dọc theo thành ống có tiết diện mặt cắt khơng đổi Điều chỉnh lưu lượng chảy ống cách nào? Để điều chỉnh lưu lượng chảy ống ta điều chỉnh van 3.Tại ống nghiệm đo áp đo chênh thông với không thông với khí trời? - Các ống thông với để đo chênh lệch cột áp vị trí ơng, sau tính ống dẫn - Các ống nghiệm đo áp chênh thơng với sử dụng áp kế đo chệnh chất lỏng để đo áp suất mặt -Các ống nghiệm đo áp chênh thông với khơng thơng với khí trời áp suất đường ống (3) lớn nằm phía dàn áp kế nên lớn áp suất khí trời Nếu ta cho thơng với khí trời lưu chất ống phun ngồi khí trời ( lưu chất từ nơi có áp suất cao đến áp suất thấp) 4.Trong trình làm thí nghiệm, ta phải đo số liệu gì? Mực nước ống cao trình Z bình 13 II KẾT QUẢ ĐO Nhiệt độ nước t0H2O = ……………27…………………………0C Độ nhớt động học nước là: =…0,8598.10-6………………… m2/s Cao độ đỉnh bờ tràn tam giác Zc =………27,8…………cm Bảng Số liệu đo Tốc độ Kết đo mực nước dàn áp kế (cm) Z biến TT tầng Ống Ống Ống Ống (cm) (v/phút) 1000 42 93 8,25 900 43,5 81,5 9,33 800 46,5 74 10,42 700 29 47 70,5 93 11,93 650 35,1 49,2 67,8 84,8 12,82 600 41,2 51,2 64,7 77,7 13,56 550 46,7 53,3 62 72 14,53 500 52 55 59,2 63,2 16,02 II PHẦN TÍNH TỐN VÀ TRÌNH BÀY KẾT QUẢ Chọn cấp lưu lượng lần đo II (I< 22A), tính lưu lượng ống tổn thất lượng mặt cắt - 3, - 2, - kết ghi vào bảng Vẽ quan hệ tổn thất với chiều dài cho cấp lưu lượng hình Bảng 2: Quan hệ hd L L (m) Q =13,75 -3 22,5 13 4-2 46 26,5 8,2 4-1 64 36,5 11,2 Mặt cắt Q =10,48 Q =6,53 hd (cm) Với cấp lưu lượng đo hai lần, tính lưu lượng Q, tổn thất dọc đường, hd, hai mặt cắt Kết ghi vào Bảng Vẽ đường quan hệ tổn thất hd theo lưu lượng Q Hình 14 Bảng hd, cm Re 0,04 9088332,996 8,79 6,6 0,05 12233759,12 10,48 10 0,05 14585869,8 20.5 21.0 11,90 14,1 0,05 16562199,49 21.5 13,75 18 0,05 19136995,21 22.0 17,25 27,5 0,05 24008230,35 23.5 20,09 38 0,05 27960889,72 25.0 23,15 51 0,05 32219741,02 TT I, A Q, lít/s 19.5 6,53 20.0 3 Với cấp lưu lượng đo hai lần với kết tính Q hd vừa có, tính số Reynolds Re hệ ma sát Kết ghi vào bảng Dùng biểu đồ Moody chấm điểm tính toán (cặp giá trị Re) lên biểu đồ để kết luận trạng thái chảy ống Dựa biểu đồ Moody xác định gần giá trị độ nhám tuyệt đối Trả lời: Trạng thái chảy: hoàn toàn hỗn loạn /D = 0,019 Suy = 2,021 mm Nhận xét: a) Trên Hình 1, quan hệ hd L hàm bậc mấy? Bậc có hợp lý khơng? Tại sao? Quan hệ hd L hàm bậc b) Trên Hình 2, quan hệ hd Q hàm bậc mấy? Bậc có hợp lý khơng? Tại sao? Quan hệ hd Q hàm bậc hai c) Trạng thái chảy, độ nhám tương đối độ nhám tuyệt đối tìm có hợp lý khơng? Tại sao? Trạng thái chảy, độ nhám tương đối độ nhám tuyệt đối tìm hợp lí độ nhám nhỏ so với đường kính đủ lớn để tạo dịng chảy hồn tồn hỗn loạn 15 16 0.8 hd m 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 L, m Hình Phụ thuộc tổn thất dọc đường vào chiều dài ống 12 0.8 0.7 hd m 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Q, lít/s 10 15 20 Hình Phụ thuộc tổn thất cột áp dọc đường vào lưu lượng 25 30 0,1 0,09 ĐỒ TH? THỊ MOODY Đ? MOODY Khu chuyển tiếp Kh Chảy tầng 0,08 Khu chảy rối thành nhám Khu chảy rối thành nhám hoàn toàn (Khu sức cản bình thường) 0,05 0,04 0,07 0,06 0.03 0,05 0,02 0,015 0,04 0,01 0,008 0,006 0,004 0,03 0,025 0,002 0,02 = 0,001 0,000 0,000 Khu chảy rối thành trợn 0,015 0,000 0,000 0,01 0,009 0,008 0,000 005 7 0,000 05 0,000 007 0,000 01