Đang tải... (xem toàn văn)
1.Giới thiệu Khi dòng chất lỏng không nén được chảy qua các ống, các loại khớp nối, van hay các thiết bị đo đều bị tổn thất áp suất (năng lượng), điều này sẽ làm tăng năng lượng cần thiết để vận chuyển chất lỏng. Mô hình thí nghiệm được thiết kế để nghiên cứu chi tiết tổn thất cột áp của lưu chất xuất hiện khi một dòng lưu chất không nén được chuyển động qua ống, các co nối, các van, các thiết bị đo lưu lượng. 2.Mục đích Khảo sát sự chảy của nước trong một hệ thống ống dẫn có các đường kính khác nhau và có chứa lưu lượng kế màn chắn, Ventury và ống Pitot. Thí nghiệm 1: Xác định mối quan hệ giữa tổn thất áp suất do ma sát và vận tốc của nước chảy bên trong ống trơn và ống nhám và xác định hệ số ma sát f. Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ của co, van, đột thu, đột mở. Thí nghiệm 3: Xác định hệ số lưu lượng của các dụng cụ đo màng trắng Ventury và ứng dụng việc đo độ chênh áp trong việc đo lưu lượng và vận tốc của nước trong ống dẫn. 3.Cơ sở lý thuyết 3.1Trở lực ma sát Có 2 chế độ có thể tồn tại trong một ống: Chảy tầng: tổn thất cột áp tỷ lệ thuận với vận tốc V (hoặc u). Chảy rối: tổn thất cột áp tỷ lệ thuận với (hoặc Công thức tính trở lực ma sát của chất lỏng chảy choáng đầy trong ống: = f. (3.1) Trong đó: f: hệ số ma sát L: chiều dài ống (m) D: đường kính ống dẫn (m) : vận tốc chuyển động dòng lưu chất (ms) G: gia tốc trọng trường (s) Công thức tính hệ số ma sát theo chế độ chảy: Để xác định chế độ chảy của chất lỏng dựa vào chuẩn số Reynolds Re = = (3.2) = (3.3) Trong đó: : vận tốc chuyển động dòng lưu chất (ms) khối lượng riêng của lưu chất (kg) độ nhớt động lực học của lưu chất (Pa.s) (kgm.s) độ nhớt động học của lưu chất (s) đường kính tương đương (m) Q: lưu lượng của dòng chảy trong ống (s) Công thức thực nghiệm xác định hệ số ma sát f Re 2300: chế độ chảy dòng hay chảy tầng: không có ma sát nội bộ ống chất lỏng, hệ số sát f không phụ thuộc vào độ nhám ống dẫn. = (3.4) 2300 Re 4000: chế độ chảy quá độ: hệ số sức cản tăng dần nhưng độ nhám của ống vẫn chưa ảnh hưởng đến giá trị f. = (3.5) 4000 Re 100000: chế độ chảy xoáy ống nhẵn: màng chảy dòng thành ống tương đối dày, phủ kín được những gờ nhám nên ống tuy nhám nhưng cũng coi như ống nhẵn và gọi là ống có độ nhẵn thủy học. = (3.6) Re 100000: chuyển động xoáy trong ống nhám. = 1,8.log( (3.7) 3.2Trở lực cục bộ Là trở lực do chất lỏng thay đổi hướng chuyển động, thay đổi vận tốc do thay đổi hình dạng tiết diện ống dẫn như: đột thu, đột mở, co, van, khớp nối. = (3.8) Trong đó: k: hệ số trở lực cục bộ
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Trang 23.3Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên 4
3.3.1 Lưu lượng kế màng chắn và Ventury 4
Trang 3TÓM TẮT
Trang 41 Giới thiệu
Khi dòng chất lỏng không nén được chảy qua các ống, các loại khớp nối, van hay các thiết bị đo đều bị tổn thất áp suất (năng lượng), điều này sẽ làm tăng năng lượng cần thiết để vận chuyển chất lỏng.
Mô hình thí nghiệm được thiết kế để nghiên cứu chi tiết tổn thất cột áp của lưu chất xuất hiện khi một dòng lưu chất không nén được chuyển động qua ống, các co nối, các van, các thiết bị đo lưu lượng.
2 Mục đích
Khảo sát sự chảy của nước trong một hệ thống ống dẫn có các đường kính khác nhau và có chứa lưu lượng kế màn chắn, Ventury và ống Pitot.
- Thí nghiệm 1: Xác định mối quan hệ giữa tổn thất áp suất do ma sát và vận tốc của nước chảy bên trong ống trơn và ống nhám và xác định hệ số ma sát f.
- Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ của co, van, đột thu, đột mở.
- Thí nghiệm 3: Xác định hệ số lưu lượng của các dụng cụ đo màng trắng Ventury và ứng dụng việc đo độ chênh áp trong việc đo lưu lượng và vận tốc của nước trong ống dẫn.
3 Cơ sở lý thuyết3.1 Trở lực ma sát
Có 2 chế độ có thể tồn tại trong một ống:
- Chảy tầng: tổn thất cột áp tỷ lệ thuận với vận tốc V (hoặc u) - Chảy rối: tổn thất cột áp tỷ lệ thuận với Vn (hoặc un¿.
Công thức tính hệ số ma sát theo chế độ chảy:
Để xác định chế độ chảy của chất lỏng dựa vào chuẩn số Reynolds Re = ω ρ Dtđ
μ = ω Dtđ
Trang 5ω = 4 Q
Trong đó: ω: vận tốc chuyển động dòng lưu chất (m/s)
ρ :khối lượng riêng của lưu chất (kg/m3)
μ : độ nhớt động lực học của lưu chất (Pa.s) (kg/m.s)
ν : độ nhớt động học của lưu chất (m2/s)
Dtđ: đường kính tương đương (m)
Q: lưu lượng của dòng chảy trong ống (m3/s)
Công thức thực nghiệm xác định hệ số ma sát f
- Re ≤ 2300: chế độ chảy dòng hay chảy tầng: không có ma sát nội bộ ống chất lỏng, hệ số sát f không phụ thuộc vào độ nhám ống dẫn.
- 2300 ≤ Re ≤ 4000: chế độ chảy quá độ: hệ số sức cản tăng dần nhưng độ nhám của ống vẫn chưa ảnh hưởng đến giá trị f.
f = 0,3164
- 4000 ≤ Re ≤ 100000: chế độ chảy xoáy ống nhẵn: màng chảy dòng thành ống tương đối dày, phủ kín được những gờ nhám nên ống tuy nhám nhưng cũng coi như ống
Là trở lực do chất lỏng thay đổi hướng chuyển động, thay đổi vận tốc do thay đổi hình dạng tiết diện ống dẫn như: đột thu, đột mở, co, van, khớp nối.
3.3 Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên3.3.1Lưu lượng kế màng chắn và Ventury
Trang 6Màng chắn và Ventury là hai dụng cụ dùng để đo lưu lượng dựa vào nguyên tắc khi dòng lưu chất qua tiết diện thu hẹp đột ngột thì xuất hiện độ chênh áp suất trước và sau tiết diện thu hẹp.
Áp dụng phương trình Bernoulli, mối liên hệ giữa lưu lượng và tổn thất áp suất quamàng chắn, Ventury theo công thức:
Qv = C [ A2
√1−( A2/A1)2√2 g(P1−P2
Trong đó: Qv : lưu lượng của dòng chảy trong ống
C : hệ số hiệu chỉnh, Cm cho màng chắn, Cv cho Ventury
Trang 7Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống mạch lưu chất
4.2 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống
Kiểm tra nguồn điện, kiểm tra nước trong bồn chứa, nước phải chiếm ¾ bồn Mở hoàn toàn van lưu lượng, mở van 2, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Thay đổi chỉ số trên lưu lượng kế 4 lần phù hợp với 4 mức độ chảy: chảy tầng, chảy quá độ 1, chảy quá độ 2, chảy rối.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp và ghi nhận kết quả
Mở hoàn toàn van lưu lượng, mở van 3, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Thay đổi chỉ số trên lưu lượng kế 4 lần phù hợp với 4 mức độ chảy: chảy tầng, chảy quá độ 1, chảy quá độ 2, chảy rối.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp và ghi nhận kết quả
Mở hoàn toàn van lưu lượng, mở van 4, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Thay đổi chỉ số trên lưu lượng kế 4 lần phù hợp với 4 mức độ chảy: chảy tầng, chảy quá độ 1, chảy quá độ 2, chảy rối.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp và ghi nhận kết quả
Mở hoàn toàn van lưu lượng, mở van 5, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Thay đổi chỉ số trên lưu lượng kế 4 lần phù hợp với 4 mức độ chảy: chảy tầng, chảy quá độ 1, chảy quá độ 2, chảy rối.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp và ghi nhận kết quả
4.3 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ
Mở hoàn toàn van lưu lượng, mở van 2, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Mở công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống Thay đổi chỉ số trên lưu lượng kế 4 lần Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp và ghi nhận kết quả.
Mở hoàn toàn van lưu lượng, mở van 2, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Trang 8Mở công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống Thay đổi chỉ số trên lưu lượng kế 4 lần Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp và ghi nhận kết quả.
Mở hoàn toàn van lưu lượng, mở van 5, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Mở công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống Thay đổi chỉ số trên lưu lượng kế 4 lần Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp và ghi nhận kết quả.
Mở hoàn toàn van lưu lượng, mở van 5, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Mở công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống Thay đổi độ mở của van bốn lần ở các độ mở khác nhau.
Ứng với độ mở đọc độ chênh áp và ghi nhận kết quả.
4.4 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng vào độ chênh áp
Mở hoàn toàn van lưu lượng, mở hết cả 4 van: van 2, van 3, van 4, van 5 Mở công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống
Ứng với mỗi bộ phận, đọc độ chênh áp, lưu lượng thực tế trên lưu lượng kế và ghi nhận kết