Cơ học chất lưu, hay còn được gọi là cơ học thủy khí, nghiên cứu sự cân bằng và chuyển động của các phần tử vật chất vô cùng nhỏ có thể dễ dàng di chuyển và va chạm với nhau trong không gian. Với cơ học chất lưu, một cách tương đối có thể chia thành hai nhóm: Nghiên cứu chất thể lỏng (nước, dầu, rượu...) có thể tích thay đổi rất ít khi có tác động của áp suất và nhiệt độ (còn gọi là chất lưu không nén). Nghiên cứu các hiện tượng vật lý của chất thể khí và hơi, dễ bị thay đổi thể tích dưới tác động của áp suất và nhiệt độ. (còn gọi là chất lưu nén).
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM *** *** BÀI PHÚC TRÌNH THỰC TẬP KỸ THUẬT THỰC PHẨM CƠ HỌC LƯU CHẤT VÀ VẬT LIỆU RỜI MSHP: NS109 Nhóm: GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: BÀI XÁC ĐỊNH ĐỘ RỖNG KHỐI HẠT I Mục đích thí nghiệm - Biết cách tính độ rỗng thể tích phần rỗng sử dụng tính tốn q trình bảo quản, hơ hấp rau quả… II Dụng cụ - bình thể tích có van đóng mở - Áp kế - Máy bơm tay III Mơ tả thí nghiệm Hình 1.1 Hệ thống đo đạc độ rỗng khối hạt - Thí nghiệm thiết kế hình Hình 1.2 Thiết kế hệ thống đo đạc độ rỗng khối hạt Gồm hai bình tích giống nhau: + Bình (1) rỗng có nối với hệ thống đo áp suất máy nén + Bình (2) chứa vật liệu cần xác định độ rỗng, thơng với bình (1) qua van (2) thơng bên ngồi mơi trường qua van (3) - Tiến hành thí nghiệm: + Ở trạng thái 1: bình (1) rỗng van (2) đóng Nâng áp lực bình (1) đến áp suất P1 đóng van (1) + Ở trạng thái 2: cho vật liệu vào đầy bình (2) khóa van (3) mở van (2) thơng bình (1) (2) Ghi nhận áp suất trạng thái P2 IV Xử lí số liệu - Từ phương trình trạng thái khí lí tưởng với trường hợp đẳng nhiệt: Trạng thái ban đầu (1) với trạng thái (2) theo phương trình: P1.V1 = P2.(V1+V2) = P2.V1 + P2.V2 Hay: P2.V1 - P2.V1 = P2.V2 - Từ ta tính độ rỗng khối hạt: ε = V2 V1 = P1 − P2 P2 - Số liệu ghi nhận q trình thí nghiệm: Bảng 1.1 Bảng số liệu thu thập tính tốn Vật liệu Lần P1 (kg/cm2) P2 (kg/cm2) Độ rỗng Gạo 0,42 0,28 0,5 0,42 0,28 0,5 0,42 0,28 0,5 Trung bình 0,42 0,28 0,5 0,42 0,3 0,4 0,42 0,29 0,45 Trung bình 0,42 0,26 0,62 0,42 0,26 0,62 0,42 0,26 0,62 Đậu Nành Lúa Trung bình 0,5 0,45 0,62 V Vẽ đồ thị Độ rỗng Đồ thị thể độ rỗng 0,62 0,5 GẠO 0,45 ĐẬU NÀNH LÚA Vật liệu * So sánh đặc điểm giống khác lúa, đậu nành, gạo: - Giống nhau: hạt, độ ẩm thấp, điều khơ - Khác nhau: + Lúa: dài, nhám, có vỏ + Đậu nành: trịn, trơn, có vỏ + Gạo: dài, trơn, ko vỏ * Nhận xét: - Tùy loại nguyên liệu mà độ rỗng khối hạt khác nhau, qua khảo sát thực tế ta thấy độ rỗng hạt lúa lớn độ rỗng hạt gạo nhỏ Sự chênh lệch độ rỗng nguyên liệu khác biệt kích thước hình dạng Độ rỗng hạt tùy thuộc vào: + Độ nhám hạt: hạt có độ nhám lớn, diện tích tiếp xúc tăng dẫn đến độ rỗng tăng ( εlúa lớn nhất) + Những hạt có vỏ xù xì, kích thước dài, tỉ trọng nhỏ độ rỗng lớn, ngược lại hạt có vỏ nhẳn, trịn, tỉ trọng lớn độ rỗng nhỏ + Hình dạng kích thước hạt: hạt dài (lúa gạo) có kích thước nhỏ → có độ rỗng lớn hạt có dạng hình trịn đều, kích thước lớn (đậu nành) BÀI XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT DUNG DỊCH BẰNG NHỚT KẾ MAO QUẢN I Mục đích thí nghiệm - Biết cách tính tổn thất lượng cho hệ thống ống dẫn - Ảnh hưởng lưu lượng đến tổn thất lượng lưu chất chảy hệ thống ống nghiệm - Sự khác biệt tính tốn lí thuyết thực tế hệ thống vận chuyển lưu chất II Dụng cụ - Hệ thống ống thép - Lưu lượng kế - Áp kế - Van điều khiển III Mô tả thí nghiệm Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống vận chuyển chất lỏng Một hệ thống vận chuyển chất lỏng theo sơ đồ Bơm vận chuyển qua ống có kích thước đường kính 2.5cm 1cm Lưu lượng bơm điều chỉnh van điều khiển đo lưu lượng kế, chênh lệch lần điều chỉnh lưu lượng phải lớn L/min đánh giá tổn thất lượng chất lỏng Áp kế dùng để đo áp suất chất lỏng chảy ống, ứng với lưu lượng chất lỏng mà áp suất đo khác Mở bơm nước điều chỉnh lưu lượng thích hợp cho thí nghiệm Sau hệ thống chạy ổn định tiến hành đọc liệu từ áp kế ghi nhận số liệu - Lưu ý: Khi tiến hành đo áp suất chất lỏng, áp kế số âm xác định ta cần điều chỉnh cho số liệu thu số dương IV Xử lí số liệu - Tính tốn tổn thất lượng thơng qua việc tính tốn tổn thất ma sát tổn thất cục đoạn ống dẫn So sánh kết tính tốn thực tế ghi nhận tương ứng với mức lưu lượng -Số liệu ghi nhận q trình thí nghiệm: Bảng 2.1 Bảng số liệu thu thập thực Lưu lượng L/min Áp suất (kg/cm2) Q1 = 18,27 Q2 = 16,28 Q3 = 13,82 Q4 = 9,83 Áp kế 1 0.667 0.222 Áp kế 1 0.667 0.222 Chênh lệch áp suất 1-2 0 0 Áp kế 0,81 0.667 0.278 Áp kế 0.833 0.778 0,661 0.111 Chênh lệch áp suất 3-4 0.023 0.222 0,006 0.167 Bảng 2.2 Bảng số liệu tính tốn Lưu lượng m3/s Áp suất (Pa) Q1 = 3,05x10-4 Q2 = 2,71x10-4 Q3 = 2,3x10-4 Q4 = 1.64x10-4 Chênh lệch áp suất 1-2 0 0 Chênh lệch áp suất 3-4 2255,53 21770,763 588,399 16377,106 (1) Từ lưu lượng ghi nhận Q (2) Vận tốc chất lỏng chảy ống U = (3) Chuẩn số Reynold: 𝑅𝑒 = 𝑄 𝛱.𝐷2 (𝑚/𝑠) 𝐷.𝑈.𝜌 µ 𝜀 (4) Với độ nhám thành ống dẫn 𝜀 Tính độ nhám tương đối 𝐷 (5) Tra giãn đồ Moody tìm hệ số ma sát f - Tra độ nhớt chất lỏng nhiệt độ T = 32oC (Sổ tay tập trang 94) ta 𝜇 = 0.7679×10-3 (Pa.s) - Tra khối lượng riêng nước T = 32oC (Sổ tay tập trang 12) ta 𝜌 = 955,06 kg/m3 ε⁄ 1,255 - Hệ số ma sát f tính Re > 2000: = -4.log[ D + ] 3,7 Re.√f √f - Đường kính ống D = 2.5cm = 0.025m Chọn 𝜀 = 0.0005 ta tính độ nhám tương đối ε D = 0.0005 0.025 = 0.02 Bảng 2.3 Bảng tính hệ số ma sát 0,025m Đường kính ống (m) 0.025 0.025 0.025 0.025 Lưu lượng (m3/s) Q1 = 3,05x10-4 Q2 = 2,71x10-4 Q3 = 2,3x10-4 Q4 = 1.64x10-4 Vận tốc U (m/s) 0.621 0.552 0.469 0.334 Chuẩn số Reynold 19308,90 17163,47 14582,73 10385,14 Hệ số ma sát f 0,01265 0,01271 0,01280 0,01304 - Đường kính ống D = 1cm = 0.01m Chọn 𝜀 = 0.0005 ta tính độ nhám tương đối 𝜀 𝐷 = 0.0005 0.01 = 0.05 Bảng 2.4 Bảng tính số liệu ma sát 0,01m Đường kính Lưu lượng (m3/s) ống (m) 0.01 Q1 = 3,05x10-4 0.01 Q2 = 2,71x10-4 0.01 Q3 = 2,3x10-4 0.01 Q4 = 1.64x10-4 Vận tốc U (m/s) 3,88 3,45 2,93 2,09 Chuẩn số Reynold 48256,71 42908,67 36441,28 25993,95 Hệ số ma sát f 0,01801 0,01802 0,01804 0,01807 (6) Tính tốn tổn thất lượng theo phương trình: ΔPf 2𝑓 𝐿𝑡𝑑 𝑈 = 𝜌 𝑔 𝑔 𝐷 - Tính tổn thất lượng theo thực tế: ΔPf 𝑃2 𝑃1 = − 𝜌 𝑔 𝜌 𝑔 𝜌 𝑔 Trong g = 9.81 m/s - Đường kính ống D = 2.5cm = 0.025m Với Ltđ = chiều dài thật + chiều dài tổn thất (Lcb) = 1.2 + 20 × 0.025 = 1.7 m (loại tổn thất đột thu) Bảng 1.5 Bảng so sánh tổn thất lượng 0,025m Vị trí Lưu lượng (m3/s) Tổn thất lượng thực tế (m) ΔPf thực tế 𝜌.𝑔 1-2 Tổn thất lượng theo lí thuyết (m) ΔPf 𝜌.𝑔 tính tốn từ lý thuyết Q1 = 3,05x10-4 0.0676 Q2 = 2,71x10-4 0.0537 Q3 = 2,3x10-4 0.0390 Q4 = 1.64x10-4 0.0202 - Đường kính ống D = 1cm = 0.01m Với Ltđ = chiều dài thật + chiều dài tổn thất (Lcb) = 1.2 + 20 × 0.01 = 1.4 m (loại tổn thất đột thu) Bảng 1.6 Bảng so sánh tổn thất lượng 0,01m Vị trí 3-4 Lưu lượng (m3/s) Tổn thất lượng thực tế (m) ΔPf 𝜌.𝑔 thực tế Tổn thất lượng theo lí thuyết (m) ΔPf 𝜌.𝑔 tính tốn từ lý thuyết Q1 = 2.75x10-4 7,7387 0,2407 Q2 = 2.34x10-4 6,1218 2,3237 Q3 = 1.71x10-4 4,4204 0,0628 Q4 = 1.37x10-4 2,2529 1,7479 V Đồ thị Đồ thị thể so sánh tổn thất lượng thực tế lượng theo lý thuyết 7,7387 Tổn thất lượng (m) 6,1218 4,4204 2,3237 2,2529 1,7479 0,2407 0,0628 Q1 = 2.75x10-4 Q2 = 2.34x10-4 Q3 = 1.71x10-4 Q4 = 1.37x10-4 Lưu lượng (m3/s) Tổn thất lượng thực tế (m) Tổn thất lượng theo lý thuyết (m) * Nhận xét: + Lưu lượng giảm giá trị áp kế vận tốc giảm, tổn thất lượng giảm theo + Tổn thất lượng thực tế lớn tổn thất lượng lí thuyết Sự chênh lệch sai sót q trình làm thí nghiệm, sai số ảnh hưởng yếu tố xung quanh + Tổn thất lượng tỉ lệ nghịch với đường kính ống → Khi lưu chất chảy ống dẫn, ma sát dòng chảy với vách ống dẫn tổn thất cục thay đổi kích thước hình học hệ thống ống dẫn nguyên nhân gây nên tổn thất lượng BÀI XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT DUNG DỊCH BẰNG NHỚT KẾ MAO QUẢN I Mục đích thí nghiệm - Biết cách xác định độ nhớt dung dịch buret - Dựa vào phương trình tính toán độ nhớt nhớt kế mao quản, với dung dịch biết trước độ nhớt khối lượng riêng tính số dụng cụ K 𝜇 = 𝑘𝑡 𝜌 - Từ K tính tốn độ nhớt dung dịch biết trước khối lượng riêng thời gian chảy hết lượng chất lỏng chứa buret II Dụng cụ - Nhớt kế - Brix kế - Cốc thủy tinh - Nhiệt kế - Đồng hồ bấm - dung dịch đường có độ brix 20%, 40% 60% III.Mơ tả thí nghiệm - Xác định số K: Dùng tay bịt kín phần phía lỗ mao quản cho nước cất biết trước khối lượng riêng độ nhớt (tra bảng nhiệt độ xác định) vào nhớt kế mao quản đến có giọt nước tràn ngồi thành nhớt kế mao quản dừng lại Lấy tay khỏi lỗ mao quản đồng thời bấm thời gian chảy cất Từ thông tin độ nhớt, khối lượng riêng thời gian chảy tính tốn số dụng cụ K μ = K t ρ - Xác định độ nhớt dung dịch: Cho dung dịch cần xác định độ nhớt vào nhớt kế mao quản tính thời gian chảy hết dung dịch (t), xác định khối lượng riêng dung dịch cần xác định (ρ) số dụng cụ K Từ xác định độ nhớt (μ) dung dịch IV Xử lí số liệu Bảng 3.1: Thông số mẫu dung dịch STT Mẫu Thời gian chảy (s) Nước 9,95 9,89 Khối lượng (g) 49.7 9,93 Dung dịch đường 20% 10,21 10,18 54,9 10,23 Dung dịch đường 40% 11,74 11,75 60,8 11,78 Dung dịch đường 60% 15,08 14,82 63,8 14,96 - Nhiệt độ nước thời điểm thí nghiệm: 29oC + Tra độ nhớt chất lỏng nhiệt độ T = 29oC (Sổ tay tập trang 94) ta 𝜇 = 0,8180.10-3 (N.s/m2) + Tra khối lượng riêng nước T = 32oC (Sổ tay tập trang 12) ta 𝜌 = 995,98 kg/m3 μ - Hằng số K dụng cụ: ↔ ρ 0,8180.10−3 995,98 = K.t = K.9,923 → K = 8,277.10-8 10 - Khối lượng riêng dung dịch: D = m/V (V=50 ml) - Độ nhớt dung dịch: µ = K.t.ρ (N.s/m2) Bảng 3.2: Độ nhớt mẫu điều kiện nhiệt độ lạnh nhiệt độ phòng STT Mẫu Thời gian Khối lượng Khối lượng Độ nhớt chảy trung trung riêng ( Ns/m2) bình (s) bình(g) (kg/m3) Nước 9,923 49.7 995.98 0,8180.10-3 Dung dịch đường 20% 10,207 54,9 1098 9,2763.10-4 Hằng số K 8,277x10-8 Dung dịch đường 40% 11,757 60,8 1216 1,1833.10-3 Dung dịch đường 60% 14,953 63,8 1276 1,5793.10-3 V Vẽ đồ thị Đồ thị thể độ nhớt mẫu 1,8 1,5793 Độ nhớt (Ns/m2) 1,6 1,4 1,1833 1,2 0,818 0,92763 0,8 0,6 0,4 0,2 Nước 20% 40% 60% Mẫu 11 * Nhận xét: + Thời gian gia nhiệt tăng độ nhớt giảm + Tốc độ chảy tỉ lệ thuận với độ nhớt dung dịch, độ nhớt cao thời gian chảy lâu ngược lại + Dung dịch có nồng độ cao độ nhớt cao ngược lại - Qua đồ thị ta thấy, nồng độ khác độ nhớt dung dịch khác - Nồng độ dung dịch có ảnh hưởng đến độ nhớt dung dịch Cụ thể, nồng độ cao độ nhớt cao ngược lại nồng độ thấp độ nhớt dung dịch thấp - Độ nhớt phụ thuộc lớn vào nhiệt độ - Độ nhớt tính chất có ảnh hưởng lớn đến vận chuyển lưu chất - Các chất lỏng khác chảy với tốc độ khác với lực tác dụng, Nồng độ lớn độ nhớt cao độ ma sát lớp chất lỏng lớn 12 BÀI ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM ĐẾN GÓC NGHIÊN TỰ NHIÊN CỦA KHỐI HẠT I Mục tiêu thí nghiệm - Biết cách xác định góc nghiên tự nhiên, góc ma sát, trọng lượng riêng biểu kiến vật liệu rời - Cho thấy thay đổi góc nghiêng tự nhiên (do ma sát hạt hạt) độ ẩm vật liệu thay đổi - Việc xác định góc nghiêng giúp tính tốn hệ thống bảo quản vận chuyển hiệu II Dụng cụ - Thùng chứa: có ngăn để nguyên liệu chảy nhằm xác định góc nghiêng nguyên liệu - Thước đo độ - Nguyên liệu: hạt gạo, hạt đậu nành hạt lúa III Mơ tả thí nghiệm Hình 3.1 Ảnh thùng chứa xác định độ nghiêng - Cho vật liệu vào thùng chứa điều chỉnh cho hạt phả lấp tạo thành bề mặt phẳng - Mở khóa nắp đáy thùng, đợi đến trình rơi xuống dừng lại tiến hành dùng thước đo góc để thu kết góc nghiên - Lắp lại lần để lấy giá trị trung bình làm với vật liệu lại - Cho vật liệu chuẩn bị với độ ẩm khác vào thùng chứa (1) Sau đó, mở đáy cho vật liệu chảy (2) Dùng thước đo góc nghiên tự nhiên 13 IV Xử lí số liệu Bảng 4.1 Bảng thu thập số liệu TT Vật liệu Lần Góc nghiêng tự nhiên Gạo 40o 40o 40o 40o 39o 40o 39,83o Trung bình Đậu nành 34o 33o 33o 34o 33o 33o 33,3o Trung bình Lúa 48o 48o 48o 49o 49o 48o 48,3o Trung bình V Đồ thị Đồ thị thể góc nghiêng tự nhiên vật liệu 60 48,3 Góc nghiêng tự nhiên 50 40 39,83 33,3 30 20 10 Gạo Đậu nành Lúa Vật liệu 14 * Nhận xét: - Qua đồ thị ta thấy góc nghiên ba vật liệu khác nhau, lúa có góc nghiên lớn nhất, tiếp gạo đậu nành có góc nghiên nhỏ Nguyên nhân ma sát hạt hạt khác bị ảnh hưởng độ ẩm, hình dáng, bề mặt loại vật liệu - Lúa có góc nghiên tự nhiên lớn lúa có bề mặt nhám, xù xì, kích thước dài nên lúa giữ lại thùng chứa với số lượng nhiều dẫn đến có góc nghiên lớn - Ngược lại, có bề mặt nhẵn bóng, trịn nên nậu nành dễ bị rơi xuống mở đáy nắp dẫn đến số lượng hạt lại thùng chứa khơng nhiều nên góc nghiên nhỏ → Tùy loại nguyên liệu mà có góc nghiêng khác nhau, góc nghiêng lúa cao thấp đậu nành Nguyên nhân lúa có độ nhám cao nên giữ lại nhiều thùng chứa, đậu nành có hình dạng trịn, trơn nên tốc độ chảy nhanh lượng đậu nành giữ lại thùng chứa nên đậu nành có góc nghiêng nhỏ 15