BÁO CÁO THỰC HÀNH KĨ THUẬT THỰC PHẨM MẠCH LƯU CHẤT

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 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



BÁO CÁO THỰC HÀNH

KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2

BÀI 1: MẠCH LƯU CHẤT

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 03 năm 2024

Trang 2

MỤC LỤC

1 Giới thiệu 3

2 Mục đích 3

3 Cơ sở lý thuyết 3

3.1 Trở lực ma sát 3

3.2 Trở lực cục bộ 4

3.3 Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên 4

3.3.1 Lưu lượng kế màng chắn và Ventury 4

3.3.2 Ống Pitot 5

4 Các bước tiến hành thí nghiệm 5

4.1 Sơ đồ hệ thống 5

4.2 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống 6

4.3 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ 6

4.4 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng vào độ chênh áp 7

5 Xử lý số liệu 7

5.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống 7

5.2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ 9

5.3 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp 11

6 Nhận xét 11

Trang 3

TÓM TẮT

Trang 4

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

3.1 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 V n (hoặc u n¿.

h f= f.L ω2

Trong đó: f: hệ số ma sát

L: chiều dài ống (m)

D: đường kính ống dẫn (m)

ω: vận tốc chuyển động dòng lưu chất (m/s)

G: gia tốc trọng trường (m2/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 = ω ρ D tđ

μ = ω D tđ

Trang 5

ω = 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)

D tđ: 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 nhẵn và gọi là ống có độ nhẵn thủy học

- Re ≥ 100000: chuyển động xoáy trong ống nhám

f = ¿-1,8.log(3,7 D n ¿¿1,11¿2 (3.7)

3.2 Trở 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

h cb = k ω

2 g

2

(3.8) Trong đó: 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 và Ventury

Trang 6

Màng 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 qua màng chắn, Ventury theo công thức:

Q v = C [ A2

√1−( A2/A1)2√2 g(P1−P2

Trong đó: Q v : lưu lượng của dòng chảy trong ống

C : hệ số hiệu chỉnh, C m cho màng chắn, C v cho Ventury

A1: tiết diện ống dẫn (m2)

A2: tiết diện thu hẹp đột ngột (m2)

P : áp suất (Pa)

γ : trọng lượng riêng của lưu chất (N/m3

¿

3.3.2 Ống Pitot

Dùng ống Pitot có thể đo được áp suất toàn phần P tpvà áp suất tĩnh P t, từ đó có thể xác định được áp suất động

ω = √2ρ(P tp−P t) (3.10)

4 Các bước tiến hành thí nghiệm

4.1 Sơ đồ hệ thống

Trang 7

Hình 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

4.3 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ

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

Trang 8

Mở công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống Thay đổi chỉ số trên lưu lượng kế 4 lần.

Mở công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống Thay đổi chỉ số trên lưu lượng kế 4 lần

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 quả

5 Xử lý số liệu

5.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống

Chế

độ

chảy

Đường

kính

trong

(m)

Chuẩn

số ℜlý thuyết

Lưu lượng

Q giới hạn

(l/phút)

Lưu lượng

Q thực nghiệm

(l/phút)

Chuẩn số

Re thực nghiệm

Vận tốc dòng chảy

Tổn thất cột áp

∆ p

Hệ số

ma sát lý thuyết

Hệ số

ma sát thực nghiệm

Chảy

-6 1032.6

238 9.3*10-8 0.8 0.028 0.06198 Quá

độ 1 0,01 2300≤Re≤4000 0,98≤Re≤1,704 2.5*10

-5 3449.6

942 3.2*10-7 1.3 0.28≤f≤

0.016 0.0185

Quá

độ 2

0,01 4000≤Re

≤100000

1,704≤Re≤4 2,609

4.97*10-4 68706

41027

6.3*1

0-6 0.8 0.016≤f

≤6.4*10

-4

0.00093 14

Chảy

rối

0,01 Re≥1000

00

Re≥42,609 5.042*10

43342

6.42*

10-6 1.4 f≥6.4*1

0-4 0.00091

99

Trang 9

 Ống trơn ϕ21

Chế

độ

chảy

Đường

kính

trong

(m)

Chuẩn số

ℜlý thuyết Lưu

lượng

Q giới hạn

(l/phút)

Lưu lượng

Q thực nghiệm (l/

phút)

Chuẩn số

Hệ số

ma sát thực nghiệ

m

Hệ số

Chảy

9744 9.45*10-8 0.7 0.05 0.046 Quá

độ 1

0,015 2300≤Re≤

4000

1.47≤R e≤2.556

3*10-5 3066.3

94879

1.7*1

=f<=0.0 4

Quá

độ 2

0,015 4000≤Re≤

100000

2.55≤R e≤63.91 4

4.095*1

66109

2.31*

10-6 3.4 0.022 0.04<=f

<=0.01 78 Chảy

rối

0,015 Re≥100000 Re≥63

914

4.511*1

0551

2.55*

10-6 3.3 0.022 f>=0.01

78

Chế

độ

chảy

Đường

kính

trong

(m)

Chuẩn số

lượng

Q giới hạn

(l/phút)

Lưu lượng

phút)

Chuẩn số

Hệ số

m

Hệ số

Chảy

Quá

độ 1 0,021 2300≤Re≤4000 2,06≤Re≤3,58 3 3352,6749 8661,493 0,7 0,04158 0,04569≤Re≤0,

03978 Quá

độ 2 0,021 4000≤Re≤100000 3,58≤Re≤89,53 21,49 24016,32842 62045,165 3,7 0,02542 0,03978≤Re≤0,

01779 Chảy

rối 0,021 Re≥100000 Re≥89,53 24,407 27276,24606 70467,023 3,1 0,02378 Re≥0,01778

Chế

độ

chảy

Đường

kính

trong

(m)

Chuẩn số

lượng

Q giới hạn

(l/phút)

Lưu lượng

phút)

Chuẩn số

Hệ số

m

Hệ số

Trang 10

tầng

7045

5643, 167

9

Quá

độ 1 0,019 2300≤Re≤4000 1,86≤Re≤3,24 2,5 3026,047578 8817,448 1,3

Quá

độ 2

0,019 4000≤Re≤

100000

3,24≤R e≤81,00

25,899 31348,

64249

9134 5,24

3,2

Chảy

rối

0,019 Re≥100000 Re≥81,

00

05675

8464 7,5

2,5

5.2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ

Đường kính

trong (m)

Lưu lượng Q (l/phút )

Tổn thất áp suất thực tế (mH2O)

Vận tốc dòng nước

Hệ số trở lực cục bộ k

Áp suất động Pđ (m

H2O)

Ống 1: 0,006

→ ∆ p=0,018

Ống 1: 0,0016

→ ∆ p=0,0364

Ống 1: 0,002

→ ∆ p=0,025

Ống 1: 0,063

→ ∆ p=0,043

Đường kính

trong (m) lượng Q Lưu

(l/phút)

Vận tốc dòng nước Hệ số trở lực cục bộ k Áp suất động Pđ (mH2O)

Ống 3: 0,085

→ ∆ p=0,014

Ống 3: 0,093

→ ∆ p=0,006

Ống 3: 0,065

→ ∆ p=0,034

Ống 3: 0,098

Trang 11

→ ∆ p=0,001

Đường

kính trong

(m)

Lưu lượng

Q (l/phút)

Vận tốc dòng nước

Hệ số trở lực cục bộ k

Áp suất động Pđ (m

H2O)

Ống 13:

Đường kính

trong (m) lượng Q Lưu

(l/phút)

Vận tốc dòng nước Hệ số trở lực cục bộ k Áp suất động Pđ (mH2O)

+ Ống 13:

+ Ống 12:

mở 2/4 + Ống 13:

+ Ống 12:

mở 3/4 + Ống 13:

+ Ống 12:

mở hoàn toàn + Ống 13:

+ Ống 12:

5.3 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp

Vị trí Đường

kính

ống

(m)

Lưu lượng

Q thực tế

(l/phút)

Hệ

số K

Hệ số

C m Hệ số C v Lưu

lượng Q lý thuyết

(l/phút)

Trang 12

Màng

chắn

0,021 Ống trước:

Ống sau Ống

Ventur

y

Ống

Pitot

6 Nhận xét

Tiêu đề	Mạch Lưu Chất
Tác giả	Võ Ngọc Khánh Trân
Người hướng dẫn	GVHD: Cao Thanh Nhàn
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Hóa Học
Thể loại	báo cáo thực hành
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	338,32 KB