MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Khảo sát và so sánh các phương tiện đo mức (trực quan, đồng hồ hiển thị số - HydroStatic Pressure Transmitter).
Khảo sát và so sánh các phương tiện đo lưu lượng (V bồn chứa /t; V đồng hồ /t; Float Flowmeter; Flow Transmitter).
Khảo sát và so sánh các phương tiện đo áp suất (đồng hồ kim; Ống chữ U; đồng hồ hiển thị số - Pressure Transmitter).
Khảo sát và so sánh trở lực của ống dẫn, co 90 o , van theo vận tốc dòng chảy.
Khảo sát phương trình Bernoulli.
Làm quen với sơ đồ và nguyên tắc vận hành hệ thống xác định chế độ chảy của chất lỏng.
Xác định chuẩn số Reynolds của các chế độ chảy.
NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
Xác định trở lực đường ống (độ tổn thất áp suất) theo lưu lượng bằng các thiết bị đo điện tử trên mặt tủ điện
đo điện tử trên mặt tủ điện
Điều chỉnh lưu lượng nước về khoảng 20 l/min Đợi khoảng 20 giây cho hệ thống hoạt động ổn định.
Sử dụng thiết bị chụp hình để ghi lại tất cả các số liệu hiển thị trên mặt tủ điện cùng một lúc nhằm giảm thiểu sai số Ghi nhận số liệu trong mỗi lần khảo sát 10 lần và tính giá trị trung bình.
Khi khảo sát các đường ống, cần nhấn nút mở van solenoid lần lượt ở cùng một lưu lượng nước Thời gian chờ để hệ thống ổn định giữa các lần thay đổi đường ống là 20 giây.
Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng các dụng cụ đo lưu lượng
Đo lưu lượng bằng lưu lượng kế, đồng hồ nước và độ giảm chiều cao mực nước theo thời gian
PHÚC TRÌNH
Số liệu thô
Bảng 3.1: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng các thiết bị đo điện tử
Tên đường ống Q (l/min) T ( o C) P in (kg/cm 2 ) P out (kg/cm 2 )
Bảng 3.2: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng lưu lượng kế
Tên đường ống Q (l/min) T ( o C) P in (kg/cm 2 ) P out (kg/cm 2 )
Bảng 3.3: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng đồng hồ nước
+ Ta có : V bồn chứa = 100 lít = 0.1 m 3
+ Do đó: Đường kính bồn chứa: D = 0.36 m Tiết diện bồn chứa: S = 0.1 m 2
Tên dụng cụ đo Đồng hồ nước
Bảng 3.4: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng cách đo độ giảm chiều cao mực nước
- Tiết diện bồn chứa: S = 0.1 m 2 Tên dụng cụ đo Thước thủy đo độ giảm chiều cao mực nước
3.2 Số liệu sau xử lý Bảng 3.5: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng các thiết bị đo điện tử
Q (ft 3 /min) T ( o C) ∆P =P in – P out (inch
Bảng 3.6: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng lưu lượng kế
Tên đường ống Q (ft 3 /min) T ( o C) ∆P (inch
Bảng 3.7: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng đồng hồ nước
Tên dụng cụ đo Đồng hồ nước
Bảng 3.8: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng cách đo độ giảm chiều cao mực nước
Tên dụng cụ đo Thước thủy đo độ giảm chiều cao mực nước
Bảng 3.9: Hệ số ma sát trong ống dẫn xác định bằng các thiết bị đo điện tử
Khối lượng riêng của nước: ρ = 997 kg/m 3 Độ nhớt của nước: μ = 0.00089 Ns/m 2 Trọng lượng riêng của nước: γ = ρ g = 997*9,81 = 9780.57 N/m 3 Gia tốc trọng trường: g = 9.81 m/s 2
Tên đường ống Chảy tầng Chảy quá độ Chảy rối
Tên đường ống Chảy rối
Đồ thị
a Đồ thị biểu diễn hàm số
Hình 1 : Đồ Thị Q = f(∆𝑃/𝜌𝑔) b Đồ thị biểu diễn hàm số λ = f(Re)
0.0070 Đồ thị chảy tầng λ = f( 𝑅𝑒 ) = 64/Re
Hình 2 : Đồ thị chảy tầng λ = f(𝑅𝑒) = 64/Re c Đồ thị biểu diễn hàm số chảy quá độ
0.0330 Đồ thị chảy quá độ λ = 0.3164 / Re^0.25
Smooth Pipe 21 Rough Pipe 21 Smooth Pipe 34 Elbow 90 Globe Valve
Re λ d Đồ thị hàm số chảy rối
Smooth Pipe 21 Rough Pipe 21 Smooth Pipe 34 Elbow 90 Globe Valve
Hình 4: Đồ thị chảy rối λ = 0.25/((lg3.7d/e)^2) e Đồ thị hàm số chảy rối
Smooth Pipe 21Rough Pipe 21Smooth Pipe 34Elbow 90
Bàn luận
a Nhận xét về các giản đồ và so sánh với kết quả trong sách Đối với đồ thị biểu diễn mối quan hệ Q theo ∆ P :
Khi lưu lượng Q tăng, trở lực của đường ống cũng tăng theo, phù hợp với lý thuyết Lưu lượng chảy càng nhanh thì hệ số màng chắn càng hiệu quả hơn.
Trở lực của dòng chảy qua ống Elbow 90 độ là lớn nhất, trong khi đó dòng chảy qua ống smooth 21 có trở lực nhỏ nhất.
Đường biểu diễn mối quan hệ giữa Q và ∆ P của dòng chảy qua ống smooth
Tuyến tính của ống 21 cho thấy rằng khi lưu lượng Q tăng, trở lực biến thiên không đồng nhất ở các đường ống khác, với sự gia tăng và giảm sút không đều Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa số Reynolds (Re) và hệ số ma sát của từng ống cho thấy sự biến đổi này rõ rệt.
Mỗi ống có đặc thù riêng, với các đường cong do thành ống không đều và không chính xác Hệ số ma sát cũng thay đổi theo từng vị trí và tốc độ của dòng chảy Để đánh giá mức tin cậy của kết quả, cần xem xét các nguyên nhân gây ra sai số trong quá trình đo lường và tính toán.
Hàm tuyến tính trong các đồ thị và bảng số liệu sau khi xử lý thống kê cho thấy sự gần gũi với giá trị một, chứng tỏ rằng số liệu gần đúng với lý thuyết Tuy nhiên, có một phần trăm của các con số có thể chấp nhận được do ảnh hưởng của máy cũ và sai số trong quá trình thao tác.
Các nguyên nhân gây ra sai số:
Sai số ngẫu nhiên là yếu tố quan trọng thể hiện độ lệch chuẩn, phản ánh mức độ phân tán của kết quả đo Nó cũng chỉ ra khả năng lặp lại của phép đo, và thường thay đổi một cách ngẫu nhiên tùy thuộc vào phương pháp đo lường, điều kiện đo, cũng như kích thước của đại lượng được đo.
Thao tác làm chưa đúng kỹ thuật.
Trong quá trình tính toán khi làm tròn số không chính xác.
Quá trình chụp ảnh ghi số liệu chưa thật sự đúng với thời điểm cần chụp.
Câu hỏi chuẩn bị
1 Nêu các phương pháp làm giảm trở lực trên đường ống dẫn?
Trở lực trên đường ống dẫn được tính theo công thức:
∑ h= λ l d 2 ν g 2 + ∑ ξ ν 2 2 g Để làm giảm trở lực ta có thể thực hiện:
Giảm vận tốc của dòng chảy
Tăng kích thước của đường ống
Giảm độ nhám của thành ống
Giảm chiều dài đường ống
2 Nêu đặc điểm của áp suất thuỷ tỉnh (ASTT)
Trong chất lỏng tĩnh, áp suất thủy tĩnh chỉ phụ thuộc vào một thành phần theo phương pháp tuyến với mặt tiếp xúc Áp suất này được ký hiệu là p và được xác định bằng công thức p=lim ω→0 ω p Áp suất thủy tĩnh có hai tính chất quan trọng.
Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực và hướng vào bên trong diện tích ấy.
Trị số áp suất thủy tĩnh tại một điểm bất kỳ không phụ thuộc hướng đặt của diện tích chịu lực tại điểm này
3 Hiện tượng xâm thực là gì? Nguyên nhân và tác hại của nó ra sao?
Khi chất lỏng vào miệng bơm ly tâm, áp suất thấp hơn khí quyển tạo điều kiện cho khí hòa tan bốc hơi, hình thành bọt khí Những bọt khí này cùng với chất lỏng di chuyển trong cánh guồng Khi áp suất tăng, khí hòa tan lại vào chất lỏng, dẫn đến quá trình bay hơi – ngưng tụ – hòa tan khí diễn ra nhanh chóng Sự gia tăng và giảm đột ngột thể tích bọt khí có thể tạo ra áp suất lên tới 100-1000at, hiện tượng này được gọi là xâm thực.
Hiện tượng xâm thực gây ra va đập thủy lực, bào mòn các cấu trúc kim loại và tạo ra rung động cùng tiếng ồn, ảnh hưởng tiêu cực đến bơm Do đó, việc hạn chế hiện tượng xâm thực là rất cần thiết để bảo vệ thiết bị.
Giới hạn chiều cao hút của bơm.
Xét nhiệt hóa hơi nơi đặt bơm phù hợp chưa.
Giảm thiểu tối đa trở lực trên đường ống hút.
Tăng áp lực hút bằng cách giảm chiều cao miệng hút của bơm.
4 Nêu công dụng (chức năng) của bầu khí trong hệ thống bơm pittong
Khi bơm có lưu lượng lớn, lực quán tính cũng tăng, dẫn đến tổn thất do lực quán tính lớn Để giảm thiểu tổn thất này, bơm pittong thường được thiết kế với các bầu khí ở ống hút và ống đẩy Bầu khí là hộp kín chứa khí, đặt ở đầu hút và đầu đẩy của bơm Khi bơm hút hoặc đẩy chất lỏng, một phần chất lỏng sẽ vào bầu khí, nén khí bên trong Khi áp lực trong dòng chảy giảm xuống thấp hơn áp lực khí trong bầu khí, phần chất lỏng trong bầu khí sẽ chảy ra, hòa chung với dòng chảy, từ đó tăng độ điều hòa và giảm lực quán tính của dòng chảy.
5 Chiều dài tương đương của van, cut, tê hay chỗ có trở lực cục bộ được định nghĩa như thế nào?
Chiều dài tương đương của một bộ phận được xác định là chiều dài của một đoạn ống thẳng, trong đó trở lực ma sát bằng với trở lực cục bộ do bộ phận đó gây ra.
6 Có mấy loại bơm? Kể tên, phạm vi và giới hạn ứng dụng
Loại này có: bơm pittông, bơm răng khía, bơm cánh trượt, bơm trục vít, bơm màng
Bơm ly tâm hoạt động dựa trên nguyên lý lực ly tâm, giúp tăng năng lượng và áp suất của chất lỏng khi guồng quay Thiết bị này thường được sử dụng để bơm nước và vận chuyển các loại chất lỏng khác nhau một cách hiệu quả.
Loại này có: Bơm hướng trục, bơm xoáy lốc.
Bơm không có bộ dẫn động: gồm một số loại bơm đặc biệt: bơm tia, bơm sục khí, thùng nén, Xyphông…
7 Khi nào can ghép nối tiếp, song song Vẽ đường đặc tính bơm cho 2 trường hợp trên
Ghép bơm làm việc nối tiếp: khi cần giữ nguyên lưu lượng và tăng cột áp Trên đồ thị
Điểm A 1 là điểm làm việc riêng lẻ từng bơm với cột áp H 1
Điểm A 2 là điểm làm việc khi ghép 2 bơm nối tiếp.
Ghép bơm làm việc song song: khi cần giữ nguyên cột áp và tăng lưu lượng Trên đồ thị
Điểm A 1 là điểm làm việc riêng lẻ từng bơm với lưu lượng Q 1.
Điểm A 2 là điểm làm việc của 2 bơm với lưu lượng Q 1-2 , ở đây: Q 1-2 < 2Q 1.
8 Chiều cao hút của bơm là gì? Tại sao chiều cao này lại bị giới hạn và giới hạn tối đa là bao nhiêu?
Chiều cao hút của bơm là chiều cao đặt bơm.
A1 A 2 Đường đa ởc tớnh của bơm ghe ựp s ong s ong Q
A H Đường đa ởc tớnh của bơm ghe ựp nối tie ỏp
Chiều cao hút của bơm phải bị giới hạn vì nếu chiều cao hút lớn sẽ xảy ra hiện tượng xâm thực.
Chiều cao hút của bơm được xác định theo công thức: z 1max ≤ p 1 ρg − [ ρg p t + ∑h 1 + 2 v g 1 2 +Δh ] (m)
+ Trong đó: p 1 : áp suất bể hút(N/m 2 ) p t : áp suất hơi bão hoà ở miệng hút(N/m 2 ) h 1 : tổng trở lực ống hút (m) v 1 : vận tốc ống hút (m/s) Δ h: tổn thất ma sát do xâm thực Δ h= ( 5 ,62n c √ Q ) 4/3 (m)
C: là hệ số xâm thực C= 500 ÷ 1000
Giới hạn tối đa chiều cao hút
Đối với các bảng tra cứu, chiều cao hút chân không của nước thường được xác định ở nhiệt độ dưới 20°C và áp suất khí quyển là 10 mmH2O Tuy nhiên, để loại
10 Các số liệu đo được trong thí nghiệm này cũng như dòng chảy của lưu chất có ổn định không? Tại sao?
Trong thí nghiệm này dòng chảy của lưu chất không ổng định vì:
Bơm cung cấp lưu lượng không ổn định.
Nhiệt độ của chất lỏng tăng dần trong quá trình thí nghiệm.
11 Nguyên tắc đo lưu lượng của lưu lượng kế màng chắn và ventury? Ơ trong bài là đo trực tiếp hay gián tiếp?
Nguyên tắc chung của hai dụng cụ này là dùng sự giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua chúng để đo lưu lượng.
Vận tốc trung bình ở vị trí sau ống được tính theo công thức tổng kê năng lượng:
C: hệ số của màng chắn và venturi, tùy thuộc vào chế độ chảy Re. ΔP : Độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi, N/m 2 γ : Trọng lượng riêng của lưu chất, N/m 3 β= d 2 d 1 : 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 qua venturi: Q=V 2 A 2 =V 1 A 1
Phép đo lưu lượng này là phép đo gián tiếp thông qua độ giảm áp của cột nước.
12 Có mấy loại van? Vẽ đặc tuyến riêng của vài loại van sử dụng trong hệ thống cấp thoát nước mà em đã học hoặc đã biết?
Van kim là thiết bị quan trọng trong phòng thí nghiệm, được sử dụng để đo và điều chỉnh áp suất Nó cũng có vai trò trong việc kiểm soát lưu lượng chất lỏng, giúp đảm bảo độ chính xác trong các thí nghiệm và quy trình.
Van cửa: để đóng, mở, lưu thông Ứng dụng trong đời sống, trong các xí nghiệp chế biến thực phẩm.
Van cầu: ứng dụng trong nồi hơi Trong các bể chứa nước lớn công nghiệp.
13 Các công thức tính hệ số ma sát phụ thuộc vào Re
Chế độ chảy quá độ 2320