Trở lực do ma sát của chất lỏng lên thành ống là trở lực gây ra do sự ma sát do sự phụ thuộc vận tốc dòng chảy W, đường kính d, chiều dài ống dẫn, độ nhớt, khối lượng riêng và độ nhám tương đối của ống. Trở lực ma sát là trở lực do chất lỏng chuyển động ma sát với thành ống gây ra. Công thức: hf =f
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM VIỆN SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM - - BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM Bài 1: MẠCH LƯU CHẤT Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Minh Tiến Sinh viên thực hiện: Lê Thị Mai Hương MSSV: 21137751 Lớp: DHTP17E Nhóm TH:1 Tổ: 05 TP.HCM, Ngày 10 tháng 04 năm 2023 MỤC LỤC I GIỚI THIỆU II MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM III CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Trở lực ma sát 3.2 Trở lực cục 3.3 Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên 3.3.1 Lưu lượng kế màng chắn Ventury 3.4 Đường kính ống IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1 Chuẩn bị thí nghiệm 4.2 Lưu ý 4.3 Tiến hành thí nghiệm 4.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát chất lỏng với thành ống 4.3.2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục 4.3.3 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 5.1 Kết thí nghiệm VI XỬ LÍ SỐ LIỆU 10 6.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát chất lỏng với thành ống 10 6.2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục 11 6.3 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp 14 6.3.1 Khảo sát hệ số lưu lượng màng chắn ống Ventury 14 6.3.2 Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống màng chắn, ống Ventury, Ống Pitot15 VII KẾT LUẬN 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 I GIỚI THIỆU Khi chất lỏng không nén chảy qua ống, loại khớp nối, van hay thiết bị đo bị tổn thất áp suất (năng lượng) điều làm tăng lượng cần thiết cho q trình vận chuyển chất lỏng Do đó, tính tốn, thiết kế lựa chọn thiết bị vận chuyển chất lỏng ta phải tính tốn tổn thất Mơ hình thí nghiệm thiết kế cho phép nghiên cứu chi tiết tổn thất cột áp lưu chất xuất dòng lưu chất không nén vận chuyển qua ống, co nối, van, thiết bị đo lượng Trở lực ma sát ống thẳng ống khác nghiên cứu khoảng chuẩn số Reynolds từ 103 đến gần 105 từ chế độ chảy tấng đến rối ống trơn Một thí nghiệm khác thực ống nhám để so sánh khác độ nhám ống kích thước ống, khoảng chuẩn số Reynolds cao Cùng với nó, việc khảo sát trở lực qua van, việc đo lưu lượng qua chắn, ống Ventury thực II MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Xác định mối quan hệ tổn thất áp suất ma sát vận tốc nước chảy bên ống trơn xác định hết số ma sát f Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục co, van, đột thu, đột mở Thí nghiệm 3: Xác định hệ số lưu lượng dụng cụ đo (màng chắn, Ventury) ứng dụng việc đo độ chênh áp việc đo lưu lượng vận tốc nước ống dẫn III CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Trở lực ma sát Trở lực ma sát chất lỏng lên thành ống trở lực gây ma sát phụ thuộc vận tốc dòng chảy W, đường kính d, chiều dài ống dẫn, độ nhớt, khối lượng riêng độ nhám tương đối ống Trở lực ma sát trở lực chất lỏng chuyển động ma sát với thành ống gây Công thức: hf =f 𝐿 𝑉2 𝐷 2𝑔 Trong đó: f: hệ số ma sát L: chiều dài ống dẫn, m D: đường kính ống dẫn, m V: vận tốc chuyển động dịng lưu chất, m/s g: gia tốc trọng trường, m2 /s Xác định hệ số ma sát theo chế độ chảy Để xác định chế độ chảy chất lỏng, ta dựa vào chuẩn số Reynold, công thức xác định chuẩn số Re sau: Re = 𝑉𝜌𝐷𝑡đ µ = 𝑉𝐷𝑡đ 𝑉 Trong đó: V: vận tốc chuyển động lưu chất ống (m/s) ρ: khối lượng riêng lưu chất (kg/m3 ) µ: độ nhớt động lực học lưu chất, Pa.s (kg/(m.s)) v: độ nhớt động lực học lưu chất (m2 /s) Dtđ : đường kính tương đương,m Vận tốc lưu lượng xác định sau: V= Trong đó: 𝑄𝑣 𝐴 Qv: lưu lượng dòng chảy ống, m3 /s A: diện tích mặt cắt ống dẫn, m Cơng thức thực nghiệm xác định hệ số ma sát f Đặc điểm Chuẩn số Re Chảy dòng hay chảy tầng Re ≤ 2300 Chảy độ 2300 ≤ Re ≤ 4000 Chảy xoáy ống nhẵn Cháy xoáy ống nhám 4000 ≤ Re ≤ 100000 Re ≥ 100000 Không có ma sát nội ống chất lỏng, hệ số ma sát không phụ thuộc vào độ nhám ống dẫn Hệ số sức cản tăng dần độ nhám ống chưa ảnh hưởng đến giá trị f Màng chảy dịng thành ống tương đối dày, phủ kín gờ nhám Hệ số f chưa chịu ảnh hưởng độ nhám Chiều dày màng chảy dòng mỏng sát thành ống, sức cản tượng tạo thành xốy lốc lịng chất lỏng đạt tới giá trị không đổi, không phụ thuộc vào số Re mà phụ thuộc vào độ nhám tương đối n ống Công thức 𝑓= 𝑓= f =( 64 𝑅𝑒 0.3164 𝑅𝑒 0.25 f= 𝑛 1,11 [−1,8 log( ) ] 3,7.𝐷 3.2 Trở lực cục Trở lực cục trở lực chất lỏng thay đổi hướng chuyển động, thay đổi vận tốc thay đổi hình dáng tiết diện ống dẫn như: đột thu, đột mở,chổ cong, van, khớp nối, Công thức: hm = 𝑘𝑉 2𝑔 (k hệ số trở lực cục bộ) 3.3 Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên 3.3.1 Lưu lượng kế màng chắn Ventury Màng chắn Ventury hai loại dụng cụ để đo lưu lượng dựa vào nguyên tắc dòng lưu chất qua tiết diện thu hẹp đột ngột xuất độ chênh áp suất trước sau tiết diện thu hẹp Áp dụng phương trình Bernoulli ta có mối quan hệ lưu lượng tỏn thất áp suất qua màng chắn, Ventury theo công thức: )2 1,8.log(𝑅𝑒)−1,5 Qv = C Trong đó: 𝐴2 √1−(𝐴2⁄ ) 𝐴1 √2𝑔( 𝑃1−𝑃2 𝛾 ) Qv : lưu lượng dòng chảy ống, m2 /s C: hệ số hiệu chỉnh, Cm cho màng chắn, Cv cho Venturyta đo áp suất toàn phần Ptp áp suất tĩnh Pt, từ xác định áp suất động V = √ (𝑃𝑡𝑝 − 𝑃𝑡) 𝜌 Trong đó: V: vận tốc dòng chảy ống, m/s Ptp: áp suất toàn phần, Pa Pt: áp suất tĩnh, Pa 3.4 Đường kính ống Kích thước ống dẫn đồng: Stt Tên gọi Đường kính Đường kính ngồi (mm) (mm) Ống trơn Ф16 16 10 Ống trơn Ф21 21 15 Ống trơn Ф27 27 21 Ống nhám Ф27 27 19 Ống dẫn 27 21 Kích thước màng chắn, ống Ventury, ống dẫn Pitot, đột thu, đột mở van co 900 Đường kính lỗ (mm) Màng Ventury Ống dẫn Pitot Đột thu chắn 16 Đột Co 900 mở 16 25 10 21 21 IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1 Chuẩn bị thí nghiệm Lưu chất sử dụng thí nghiệm nước - Mở công tắc tổng - Kiểm tra nước bồn chứa, nước phải chiếm ¾ bồn, nạp thêm cần - Mở tất van, bật bơm cho nước vào hệ thống, đợi khoảng 2-3 phút để nước chảy ổn định đuổi hết bọt khí ngồi - Trong q trình làm thí nghiệm, đóng tất van không cần thiết (trừ van điều chỉnh lưu lượng) mở van đường ống khảo sát 4.2 Lưu ý - Kiểm tra cột nước nhánh áp kế chữ U cho - Mở bom, kiểm tra rò rỉ hệ thống Kiểm tra dâng nước nhánh áp kế, nhánh dâng cao nhanh cần tắt bơm 4.3 Tiến hành thí nghiệm 4.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát chất lỏng với thành ống Tiến hành ống trơn Ф16 - Mở hoàn toàn van lưu lượng kế - Mở hoàn toan van ống trơn Ф16 - Mở bom - Điều chỉnh lưu lượng mức 2,4,6,8 - Ứng với mức lưu lượng đọc độ chênh áp ghi nhận kết Lặp lại thí nghiệm với ống Ф21, Ф27 (trơn), Ф27 (nhám) 4.3.2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục Tiến hành vị trí đột thu - Mở hoàn toàn van lưu lượng kế - Mở hồn tồn van ống có vị trí đột thu - Mở bom - Điều chỉnh lưu lượng mức 2,4,6,8 - Ứng với mức lưu lượng đọc độ chênh áp ghi nhận kết Lặp lại thí nghiệm với vị trí đột mở, co T 4.3.3 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp - Mở hoàn toàn van lưu lượng kế - Mở hoàn toàn van màng chắn - Mở bom - Điều chỉnh lưu lượng mức 2,4,6,8 - Ứng với lưu lượng đọc độ chênh áp ghi nhận kết Lặp lại thí nghiệm với dụng cụ đo Van tung Pitot V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 5.1 Kết thí nghiệm Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát chất lỏng vớ thành ống Đường kính Lưu lượng Tổn thất áp suất thực tế (mm) (1/phút) (mH2O) Ống trơn Ф16 2 0.9 3.2 4.8 0.1 0.3 0.9 2.2 0.2 0.3 0.4 0.7 STT 1 Ống trơn Ф21 Ống trơn Ф27 Ống nhám 0.05 Ф27 0.2 0.3 0.5 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục STT Vị trí Lưu lượng Tổn thất áp suất thực tế (mH2O) (1/phút) Đột 0.6 thu 1.7 3.1 5.4 Đột 0.1 mở 0.2 0.3 0.7 0.01 0.02 0.05 0.06 Co T Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp STT Dụng cụ đo Lưu lượng Tổn thất áp suất thực tế (mH2O) (1/phút) 0.2 0.6 2.3 0.3 0.7 1.3 2.2 0.3 0.6 0.8 1.1 1 Màng chắn Van tung Pitot VI XỬ LÍ SỐ LIỆU 6.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát chất lỏng với thành ống Trường hợp ống Ф16: d=0.01m Tiết diện ống: f = Lưu lượng: Q = µ𝐷 = 2∗10−3 60 0.012 µ = 7.854 ∗ 10−5 (𝑚2 ) = 3.333*10−5 ( 𝑚3 𝑠 ) Vận tốc chuyển động dòng lưu chất: V = Chuẩn số Reynolds: Re = 𝑉𝜌𝐷𝑡đ µ = 0.424∗1000∗0.01 µ 𝑄 𝑓 = 3.333∗10−5 7.854∗10−5 = 0.424 (m/s) =4744.321361 Hệ số ma sát: Vì 4000 ≤ Re ≤ 100000 => f = 0.038 Tổn thất áp suất lý thuyết: 𝐻𝑓 = 𝑓 𝐿𝑉 𝐷2𝑔 = 0.038 1.2∗0.4242 0.01∗2∗9.81 = 0.04(𝑚𝐻20) Bảng xử lí số liệu Lưu Tiết diện Tổn Tổn Hệ số lượng ống (m2) thất as thất as ma sát (m/s) số thực tế lý f Reynolds (1/phút) Vận tốc Chuẩn (mH20) thuyết (mH20) Ống 0.00007854 0.04 0.038 0.424 4744 trơn 0.00007854 0.9 0.3 0.067 0.848 948 Ф16 0.00007854 3.2 0.45 0.045 1.273 1424 0.00007854 4.8 0.003 0.0004 1.697 1898 Ống 0.00017671 0.1 0.0087 0.04 0.189 3172 trơn 0.00017671 0.3 0.03 0.035 0.378 6344 Ф21 0.00017671 0.9 0.06 0.0311 0.568 9533 0.00017671 2.2 0.1 0.0288 0.757 12705 Ống 0.00034636 0.2 0.0023 0.0421 0.096 2755 trơn 0.00034636 0.3 0.0088 0.0387 0.1926 4527 Ф27 0.000034636 0.4 0.0175 0.0343 0.289 6791 0.000034636 0.7 0.0286 0.0316 0.385 9055 10 Ống 0.000028353 0.03 0.0037 0.0447 0.117 2504 nhám 0.000028353 0.2 0.0123 0.0375 0.235 5008 Ф27 0.000028353 0.3 0.0253 0.0333 0.353 7512 0.000028353 0.5 0.0417 0.0307 0.471 10016 Hình 6.1 đồ thị mối quan hệ tổn thất cột áp vận tốc (ỐngФ16) 6.2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục Tính cho đột thu với mức lưu lượng (1/phút) Lưu lượng dòng chảy ống: Q = 2* 10−3 60 = 3.3333*10−5 (m3 /s) Tiết diện ống: F = 7.853*10−5 (m2 ) 𝑄 Vận tốc dòng nước chảy ống: V= = 0.424 (m/s) 𝐹 Áp suất chuyển động dòng lưu chất ống: Pđ = 𝑉2 2𝑔 = 0.4242 2∗9.81 = 0.0091 (mH20) = 0.91 (cmH20) Hệ số trở lực cục bộ: k = 𝑃𝑡𝑡 𝑝đ = 0.6 0.91 = 0.65 11 Lưu Độ Vận Hệ số Áp lượng chênh tốc trở lực suất áp dòng cục động nước Đột 0.6 0.424 0.65 0.91 thu 1.7 0.849 0.46 3.67 3.1 1.273 0.375 8.26 5.4 1.698 0.367 14.7 Đột 0.1 0.096 2.13 0.0469 mở 0.2 0.192 0.528 0.378 0.3 0.289 0.7 0.425 0.7 0.375 0.925 0.756 0.01 0.096 0.213 0.0469 0.02 0.192 0.0529 0.378 0.05 0.289 0.117 0.425 0.06 0.375 0.079 0.756 Co T Hình 6.2 đồ thị mối quan hệ hệ số trở lực cục với lưu lượng (đột thu) 12 Hình 6.3 đồ thị mối quan hệ hệ số trở lực cục với lưu lượng (đột mở) Hình 6.4 đồ thị mối quan hệ hệ số trở lực cục với lưu lượng (co T) 13 6.3 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp 6.3.1 Khảo sát hệ số lưu lượng màng chắn ống Ventury Màng chắn Lưu Tổn lượng Hệ số K Hệ Tiết diện Tiết diện Hệ số thất as số ống thu hẹp Cm thực tế Cm đột ngột trung (mH20) bình 0.2 0.000011043 6.749 0.00034636 0.000201062 7.88975 0.6 0.000011043 7.793 0.00034636 0.000201062 0.000011043 9.056 0.00034636 0.000201062 2.3 0.000011043 7.961 Ventury Lưu Tổn lượng (1/Phút) Hệ số K 0.00034636 0.000201062 Hệ Tiết diện Tiết Hệ số thất as số ống diện Cv thực tế Cv ống thu trung hẹp bình (mH20) 0.3 0.000011043 5.511 0.00034636 0.0002011 0.7 0.000011043 7.215 0.00034636 0.0002011 1.3 0.000011043 7.942 0.00034636 0.0002011 2.2 0.000011043 8.140 0.00034636 0.0002011 14 7.202 6.3.2 Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống màng chắn, ống Ventury, Ống Pitot Lưu Lưu lượng Lưu lượng Tổn Hệ số lượng thực tế tính tốn thất Cm,Cv (1/phút) (m3/s) (m3/s) áp suất Màng 0.00003333 0.00002956 0.2 6.749 chắn 0.00066667 0.00003416 0.6 7.793 0.0001 0.00003970 9.056 0.00013333 0.00003490 2.3 7.961 0.00003333 0.00002416 0.3 5.511 0.00006667 0.00003163 0.7 7.215 0.0001 0.00003482 1.3 7.942 0.00013333 0.00003568 2.2 8.140 Ống 0.00003333 0.0000117 0.3 Pitot 0.00006667 0.0000167 0.6 0.0001 0.0000196 0.8 0.00013333 0.0000230 1.1 Ventury Hình 6.3.2.1 đồ thị biểu mối quan hệ lưu lượng lí thuyết, thực tế chênh lệch áp suất 15 VII KẾT LUẬN Qua thí nghiệm ta khảo sát mối quan hệ tổn thất áp suất ma sát vận tốc bên ống hệ số ma sát thực tế lí thuyết Mối quan hệ tổn thất áp suất với độ mở van, quan hệ hệ số trở lực cục theo lưu lượng Xét mối quan hệ lưu lượng thực tế lưu lượng lí thuyết theo chênh áp suất 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Khoa công nghệ hóa học, ĐH Cơng nghiệp Tp.HCM – Hướng dẫn thực hành trình thiết bị - NXB Lao động, 2012 [2] Khoa máy thiết bị hóa học, ĐH Cơng nghiệp Tp.HCM – Các q trình thiết bị học [3] Khoa máy thiết bị, Bảng tra cứu Quá trình học truyền nhiệt – truyền khối, NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM 17