BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN CƠ HỌC THUỶ KHÍ

Bài 3: ĐO VẬN TỐC BẰNG ỐNG PITOT- Sinh viên hi u và th c hành phểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ương pháp đo v

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG

-o0o -BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

MÔN CƠ HỌC THUỶ KHÍ

GVHD:ThS Đặng Trung Duẩn

Lớp: L01_05

Nguyễn Trần Đăng Khoa 2211636 Nguyễn Trần Tiến Đạt 2210706

MỤC LỤ

Bài 3: ĐO VẬN TỐC BẰNG ỐNG PITOT 5

I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM 5

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 7

IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 10

a Cách vận hành ống khí động 10

b Tiến hành thí nghiệm: 10

V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 11

a Xử lý số liệu 11

i Tính toán số liệu từ thực nghiệm khi đo vận tốc bằng áp kế 11

ii Tính toán số liệu từ thực nghiệm khi đo vận tốc bằng cảm biến FreeScale MPXV5004DP 11

b Kết quả tính toán 13

c Nhận xét 14

DANH MỤC BẢN

Bảng I: Bảng tính toán vận tốc gió từ độ chênh áp theo áp kế và cảm biến 13

DANH MỤC HÌN

Hình 2.1 Sơ đồ minh hoạt ống pitot 5

Hình 3.1 Hệ thống thí nghiệm đo vận tốc không khí 7

Hình 3.2 Vận tốc không khí theo độ cao cột áp (nhà sản xuất cung cấp) 8

Hình 3.3 Cấu tạo ống pitot 9

Hình 3.4: Đường đặc tính cảm biến FreeScale 9

Hình 5.1 Thông số đặc tính vận hành của cảm biến FreeScale MPXV5004DP (Nguồn: https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/MPXV5004G.pdf) 11

Hình 5.2 Đồ thị biểu diễn vận tốc gió theo chênh áp ở áp kế và cảm biến 14

Hình 5.3: Đồ thị biểu diễn vận tốc gió theo tần số ở áp kế và cảm biến 14

Bài 3: ĐO VẬN TỐC BẰNG ỐNG PITOT

- Sinh viên hi u và th c hành phểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng pháp đo v n t c dòng khí không nénận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén

đư c b ng ng pitot qua 2 phằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất: ốc dòng khí không nén ương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng pháp xác đ nh chênh l ch áp su t: ịnh chênh lệch áp suất: ệch áp suất: ất:

- S d ng b ng đo c t áp nử dụng bảng đo cột áp nước ụng bảng đo cột áp nước ảng đo cột áp nước ột áp nước ước c

- S d ng c m bi n áp su t, xác đ nh chênh áp t hi u đi n thử dụng bảng đo cột áp nước ụng bảng đo cột áp nước ảng đo cột áp nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ất: ịnh chênh lệch áp suất: ừ hiệu điện thế ệch áp suất: ệch áp suất: ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế

- Vẽ các đ th so sánh k t qu gi a 2 phịnh chênh lệch áp suất: ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ảng đo cột áp nước ữa 2 phương pháp và dữ liệu đối chiếu của ương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng pháp và d li u đ i chi u c aữa 2 phương pháp và dữ liệu đối chiếu của ệch áp suất: ốc dòng khí không nén ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ủa nhà s n xu t.ảng đo cột áp nước ất:

Phương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng pháp đo chênh l ch gi a áp su t toàn ph n ệch áp suất: ữa 2 phương pháp và dữ liệu đối chiếu của ất: ần P t và áp su t tĩnh ất: P s

b ng ng pitot đốc dòng khí không nén ư c mô t Đ chênh l ch áp su t này dảng đo cột áp nước ột áp nước ệch áp suất: ất: ư c xác đ nh thông quaịnh chênh lệch áp suất:

áp k s d ng chi u cao c t ch t l ng.ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ử dụng bảng đo cột áp nước ụng bảng đo cột áp nước ều cao cột chất lỏng ột áp nước ất: ỏng

Hình 2.1 Sơ đồ minh hoạt ống pitot

V n t c dòng khí đận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ư c xác đ nh b ng cách s d ng phịnh chênh lệch áp suất: ằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất: ử dụng bảng đo cột áp nước ụng bảng đo cột áp nước ương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng trình Bernoulli,

phương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng trình c b n c a dòng chuy n đ ng không nén đơng pháp đo vận tốc dòng khí không nén ảng đo cột áp nước ủa ểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ột áp nước ư c (Mach < 0.3), bỏng qua ma sát:

2

1 2

P   V P

(1) Trong đó:

- V : là v n t c dòng không khíận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén

- a : kh i lốc dòng khí không nén ư ng riêng c a không khí (ủa a 1.225kg m/ 3

, t i m c nại mực nước ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ước c

bi n)ểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén

5

Đ i v i áp k c t nốc dòng khí không nén ớc ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ột áp nước ước c, chênh l ch áp su t toàn ph n và áp su t tĩnh ệch áp suất: ất: ần ất: P

đư c xác đ nh d a trên chi u cao c t áp d c trên áp k c t nịnh chênh lệch áp suất: ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ều cao cột chất lỏng ột áp nước ọc trên áp kế cột nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ột áp nước ước c h:

Trong đó, các h ng s đằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất: ốc dòng khí không nén ư c l y giá tr nh sau:ất: ịnh chênh lệch áp suất: ư

- Kh i lốc dòng khí không nén ư ng riêng c a ch t l ng trong áp k (nủa ất: ỏng ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ước c), w 1000kg m/ 3

- Kh i lốc dòng khí không nén ư ng riêng c a không khí: ủa a 1.000kg m/ 3

- Gia t c tr ng trốc dòng khí không nén ọc trên áp kế cột nước ường: ng: g 9.81m s/ 2

- h là đ chênh l ch chi u cao c a hai nhánh ch t l ng trong áp k ột áp nước ệch áp suất: ều cao cột chất lỏng ủa ất: ỏng ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế

T (1) và (2) ta có th suy ra công th c tính v n t c dòng không khí V nhừ hiệu điện thế ểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ức tính vận tốc dòng không khí V như ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ư sau:

P P g h

(3)

Đ i v i c m bi n áp su t, chênh l ch áp su t đốc dòng khí không nén ớc ảng đo cột áp nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ất: ệch áp suất: ất: ư c c m bi n chuy n thànhảng đo cột áp nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén tín hi u hi u đi n th D a vào đệch áp suất: ệch áp suất: ệch áp suất: ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ường: ng đ c tính hay phặc tính hay phương trình đặc tính của ương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng trình đ c tính c aặc tính hay phương trình đặc tính của ủa

c m bi n mà tính đảng đo cột áp nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ư c chênh l ch áp su t.ệch áp suất: ất:

6

III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

H th ng thí nghi m này (hình 2) bao g m h m gió, 2 ng pitot, áp k c t nệch áp suất: ốc dòng khí không nén ệch áp suất: ốc dòng khí không nén ần ốc dòng khí không nén ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ột áp nước ước c,

c m bi n áp su t ảng đo cột áp nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ất:

Hình 3.2 Hệ thống thí nghiệm đo vận tốc không khí

7

ng khí đ ng đột áp nước ư c trang b t i phòng thí nghi m là ng khí đ ng d ng h ,ịnh chênh lệch áp suất: ại mực nước ệch áp suất: ốc dòng khí không nén ột áp nước ại mực nước ở,

ti t di n kh o sát 40cm x 50cm x 100cm (cao x r ng x dài), v n t c t i đa c aến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ệch áp suất: ảng đo cột áp nước ột áp nước ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ủa không khí ti t di n kh o sát là 38m/s (137km/h, Mach ~ 0.1) Nhà s n xu tở, ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ệch áp suất: ảng đo cột áp nước ảng đo cột áp nước ất: cung c p v n t c không khí theo đ chênh l ch c t nất: ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ột áp nước ệch áp suất: ột áp nước ước c trong áp k nh Hình 2.ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ư

Hình 3.3 Vận tốc không khí theo độ cao cột áp (nhà sản xuất cung cấp)

C u t o c a ng pitot: ng pitot th nh t làm b ng thép không g , có b trí l đoất: ại mực nước ủa ốc dòng khí không nén ức tính vận tốc dòng không khí V như ất: ằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất: ỉ, có bố trí lỗ đo ốc dòng khí không nén ỗ đo

áp su t toàn ph n và áp su t tĩnh Ph n đ u là hình bán c u, đất: ần ất: ần ần ần ương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng kính 8 mm Chi u dài ng trong ti t di n kh o sát là 45mm.ều cao cột chất lỏng ốc dòng khí không nén ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ệch áp suất: ảng đo cột áp nước

Đ t ng pitot song song v i dòng không khí Vì ng pitot đặc tính hay phương trình đặc tính của ốc dòng khí không nén ớc ốc dòng khí không nén ư c dùng đ đo v nểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ận tốc dòng khí không nén

t c c c b c a dòng l u ch t b ng s chênh l ch gi a áp su t toàn ph n và ápốc dòng khí không nén ụng bảng đo cột áp nước ột áp nước ủa ư ất: ằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất: ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ệch áp suất: ữa 2 phương pháp và dữ liệu đối chiếu của ất: ần

su t tĩnh Các l phía trất: ỗ đo ước c đư c đ t trong lu ng không khí đ đo ápặc tính hay phương trình đặc tính của ểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén su tất: toàn

ph n, các l bên đo ápần ỗ đo su tất: tĩnh

8

Hình 3.4 Cấu tạo ống pitot

C m bi n áp su t là lo i FreeScale MPXV5004DP đo chênh l ch áp su t, cóảng đo cột áp nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ất: ại mực nước ệch áp suất: ất:

th k t nôi v i máy tính b ng c ng USB Gi i h n đo c u c m bi n lên đ n 80ểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ớc ằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất: ổng USB Giới hạn đo cảu cảm biến lên đến 80 ớc ại mực nước ảng đo cột áp nước ảng đo cột áp nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế m/s Đây là lo i c m bi n đã đại mực nước ảng đo cột áp nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ư c hi u ch nh tín hi u đi n áp và áp su t v i saiệch áp suất: ỉ, có bố trí lỗ đo ệch áp suất: ệch áp suất: ất: ớc

s là 1.5% v i v n t c nh h n 40 m/s và sai s là 2.5% v i v n t c l n h n 40ốc dòng khí không nén ớc ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ỏng ơng pháp đo vận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ớc ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ớc ơng pháp đo vận tốc dòng khí không nén m/s Ph n m m SensorToolBox c a nhà cung c p FreeScale đần ều cao cột chất lỏng ủa ất: ư c dung đ ghi l iểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ại mực nước

s lieu, xu t ra file Excel Đốc dòng khí không nén ất: ường: ng đ c tính c m bi n này nh Theo phặc tính hay phương trình đặc tính của ảng đo cột áp nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ư ương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng trình Bernoulli thì áp su t t i 2 đi m (1) và (2) ph i b ng nhau nên ph i đ t ng songất: ại mực nước ểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ảng đo cột áp nước ằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất: ảng đo cột áp nước ặc tính hay phương trình đặc tính của ốc dòng khí không nén song và hước ng tr c ti p vào lu ng ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế

Hình 3.5: Đường đặc tính cảm biến FreeScale

9

IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Chú ý an toàn:

Về cơ bản, kết qua thí nghiệm này không bị ảnh hưởng bởi sự rò rỉ điện Tuy nhiên về nguyên tắc, hầm gió cần được nôi đất trươc khi sử dụng để đảm bảo an toàn điện cho người sử dụng

Lưu ý:

- Ống pitot cần được đặt song song với dong không khí để đảm bảo kết quả thu được hợp lý và có sai số thấp nhất

- Kiểm tra vật cản (có thể là nước động) trong dây dẫn của áp kế hay không

a Cách vận hành ống khí động

Thực hiện theo trình tự:

- Mở cầu dao nguồn chính

- Xoay công tắc Main Switch và Inverter sang ON

- Vận tốc được thay đổi thông qua tần số quạt, được điều chỉnh bởi Speed control

b Tiến hành thí nghiệm:

Sinh viên thay đổi tần số của quạt từ 5Hz đến tối đa 40Hz với bước nháy tối đa 5Hz Tại mỗi tần số, cần một khoảng thời gian khoảng 30s để dòng không khi ổn định trước khi đọc kết quả Đọc tần số và chênh lệch mực nước giữa nhánh

- Đối với áp kế: đọc tần số và chênh lệch mực nước giữa nhánh

- Đối với phần mềm, sau khi dòng không khí ổn định thì:

- Nhấn CLEAR để xóa số liệu trước đó

- Nhấn START để bắt đầu ghi nhận số liệu

- Sau khi được khoảng 400 mẫu thì nhấn STOP

- Đặt tên tập tin, sau đó nhấn SAVE DATA FILE

10

V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

a Xử lý số liệu

i Tính toán s li u t th c nghi m khi đo v n t c b ng áp kốc dòng khí không nén ệch áp suất: ừ hiệu điện thế ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ệch áp suất: ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất: ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế

Cách th c hi n thu s li u:ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ệch áp suất: ốc dòng khí không nén ệch áp suất:

- Thay đổi tần số hầm gió, bắt đầu từ 0Hz,11Hz,16Hz,… mỗi bước thay đổi 5Hz

- Đo chênh lệch ở áp kế cột nước

- Đợi đến khi nước trong ống ổn định, ghi lại giá trị

T chênh l ch c t nừ hiệu điện thế ệch áp suất: ột áp nước ước c ta tính đ chênh áp ột áp nước P và v n t c gió V theo côngận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén

th c (3).ức tính vận tốc dòng không khí V như

a

g h

V 







ii Tính toán s li u t th c nghi m khi đo v n t c b ng c m bi n ốc dòng khí không nén ệch áp suất: ừ hiệu điện thế ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ệch áp suất: ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất: ảng đo cột áp nước ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế FreeScale MPXV5004DP

Hình 5.6 Thông số đặc tính vận hành của cảm biến FreeScale MPXV5004DP (Nguồn:

https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/MPXV5004G.pdf)

11

Tính toán độ chênh áp của cảm biến theo công thức từ nhà sản xuất:

V V  P    V

(4) Trong đó:

- V out : Điện áp đầu ra

- V s : Điện áp đầu vào (5 V

DC)

- V FSS : Được định nghĩa là sự khác biệt đại số giữa điện áp đầu ra ở áp suất được

chỉ định và điện áp đầu ra ở áp suất định mức tối thiểu

- V FSS V out  V off

Với

off

V : Điện áp đầu ra ở áp suất định mức tối thiểu ( V off 1mV )

1 2

0.2

0.2

s

P P P

V

1.25%

5 0.2

V out1 V out2  1 P1 1.25% 1.25% 1mV

      

Giả định sai số 1.25% là không đáng kể để thuận tiện cho việc tính toán, ta có:

   

(6)

Từ đó, ta tính được vận tốc gió theo chênh áp của cảm biến đo được theo công thức (3)

P P P V

(7)

12

b Kết quả tính toán

n ước(mm) c(mm)

Chênh

áp (Pa) V n t c 1 (m/s) ận tốc ố

(m/s)

Sai số

c a 2 pp ủa 2 pp

Bảng I: Bảng tính toán vận tốc gió từ độ chênh áp theo áp kế và cảm biến

13

T k t qu tính toán 2 b ng, ta vẽ đừ hiệu điện thế ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ảng đo cột áp nước ở, ảng đo cột áp nước ư c đường: ng đ c tính c a v n t c:ặc tính hay phương trình đặc tính của ủa ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén

Hình 5.7 Đồ thị biểu diễn vận tốc gió theo chênh áp ở áp kế và cảm biến

Hình 5.8: Đồ thị biểu diễn vận tốc gió theo tần số ở áp kế và cảm biến

c Nhận xét

Theo k t ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế q aủa trên, ta th y k t qu không có s sai khác quá nhi u, saiất: ến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế ảng đo cột áp nước ực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ều cao cột chất lỏng

s nh do sai s d ng c và thao tác trong quá trình đo, ta th y đốc dòng khí không nén ỏng ốc dòng khí không nén ụng bảng đo cột áp nước ụng bảng đo cột áp nước ất: ư c r ngằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất:

s chênh l ch gi a v n t c gió 2 phực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén ệch áp suất: ữa 2 phương pháp và dữ liệu đối chiếu của ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ở, ương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng pháp gi m d n khi ta tăng d nảng đo cột áp nước ần ần

t n s qu t ần ốc dòng khí không nén ại mực nước

Hình d ng đ th v n t c theo c t áp thu đại mực nước ịnh chênh lệch áp suất: ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ột áp nước ư c tương pháp đo vận tốc dòng khí không nénng đ ng v i đ thớc ịnh chênh lệch áp suất:

do nhà s n xu t cung c p, v n t c gió t l thu n v i t n s và đ chênhảng đo cột áp nước ất: ất: ận tốc dòng khí không nén ốc dòng khí không nén ỉ, có bố trí lỗ đo ệch áp suất: ận tốc dòng khí không nén ớc ần ốc dòng khí không nén ột áp nước