Báo cáo thí nghiệm môn cơ học thủy khí bài 3 Đo vận tốc bằng Ống pitot

Sinh viên hiểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén bằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất: - Sử dụng bảng đo cột áp nước - Sử dụng cảm biến áp su

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

🙞🙞🙞

BÁO CÁO

THÍ NGHIỆM MÔN CƠ HỌC THỦY KHÍ

Bài 3: Đo vận tốc bằng ống pitot Lớp: L01 Nhóm: 03 Khoa: KỸ THUẬT GIAO THÔNG GVHD: Đặng Trung Duẩn DANH SÁCH THÀNH VIÊN

2 Trần Ngọc Tấn 2213079

5 Huỳnh Thị Mỹ Liên 2211837

6 Huỳnh Hữu Thắng 2213189

Thành phố Hồ Chí Minh – 12/2023

MỤC LỤC

I/ Mục tiêu. 5

II/ Cơ sở lý thuyết. 5

III Các bước thí nghiệm. 6

1.Thiết bị thí nghiệm 6

2.Tiến hành thí nghiệm 9

V Đồ thị biểu diễn 12

VI Nhận xét 12

HÌNH ẢNH

Hình 1 Ống pitot 4

Hình 2 Hệ thống thí nghiệm đo vận tốc không khí 7

Hình 3 Vận tốc không khí theo độ cao cột áp (nhà máy xuất cung cấp) 7

Hình 4 Đường đặc tính cảm biến FreeScale 8

Hình 5 Biểu đồ so sánh chênh áp của hai phương pháp đo 11

Hình 6 Biểu đồ so sánh vận tốc theo tần số 11

Bảng

Bảng 1: Bảng tính toán vận tốc gió từ độ chênh áp theo cột nước 11 Bảng 2: Tính toán vận tốc gió từ chênh áp cột nước và cảm biến 11 Bảng 3: Bảng tính toán vận tốc từ độ chênh áp theo cảm biến 11

Bài 3: Đo vận tốc bằng ống pitot I/ Mục tiêu.

Sinh viên hiểu và thực hành phương pháp đo vận tốc dòng khí không nén bằng ống pitot qua 2 phương pháp xác định chênh lệch áp suất:

- Sử dụng bảng đo cột áp nước

- Sử dụng cảm biến áp suất, xác định chênh áp từ hiệu điện thế

Vẽ các đồ thị so sánh kết quả giữa 2 phương pháp và dữ liệu đối chiếu của nhà sản xuất

II/ Cơ sở lý thuyết.

Phương pháp đo chênh lệch giữa áp suất toàn phần 𝑃t và áp suất tĩnh 𝑃s bằng ống pitot được mô tả trên Hình 1 Độ chênh lệch áp suất này được xác định thông qua áp kế sử dụng chiều cao cột chất lỏng

Hình 1 Ống pitot

Vận tốc dòng khí được xác định bằng cách sử dụng phương trình Bernoulli, phương trình cơ bản (chỉ dung cho) của dòng chuyển động không nén được (Mach < 0.3),

bỏ qua ma sát:

𝑃𝑠 + 12 𝜌𝑘𝑘𝑉 = 𝑃𝑡

với V là vận tốc dòng không khí, 𝜌𝑘𝑘 là khối lượng riêng của không khí.

Đối với áp kế cột nước, chênh lệch áp suất toàn phần và áp suất tĩnh ∆𝑃 được xác định dựa trên chiều cao cột áp đọc trên áp kế cột nước ∆ :ℎ

∆𝑃 = 𝑃𝑡 − 𝑃𝑠 = 𝜌𝑛𝑔∆ℎ (10) trong đó 𝜌n là khối lượng riêng của chất lỏng trong áp kế (nước) và ∆ là độ chênh lệch ℎ chiều cao của hai nhánh chất lỏng trong áp kế

Đối với cảm biến áp suất, chênh lệch áp suất được cảm biến chuyển thành tính hiệu hiệu điện thế Dựa vào đường đặc tính hay phương trình đặc tính của cảm biến mà tính được chênh lệch áp suất

III Các bước thí nghiệm.

1.Thiết bị thí nghiệm

Hệ thống thí nghiệm này (Hình 2) bao gồm hầm gió, 2 ống pitot, áp kế cột nước, cảm biến

áp suất

Hình 2 Hệ thống thí nghiệm đo vận tốc không khí

Ống khí động được trang bị tại phòng thí nghiệm là ống khí động dạng hở, tiết diện khảo sát

40 cm x 50 cm x 100 cm (cao x rộng x dài), vận tốc tối đa của không khí ở tiết diện khảo sát

là 38 m/s (137 km/h, Mach ~ 0.1) Nhà sản xuất cung cấp vận tốc không khí theo độ chênh lệch cột nước trong áp kế như Hình 23

Hình 3 Vận tốc không khí theo độ cao cột áp (nhà máy xuất cung cấp)

Ống pitot thứ 1 làm bằng thép không gỉ, có bố trí lỗ đo áp suất toàn phần và áp suất tĩnh Phần đầu là hình bán cầu, đường kính 8 mm Chiều dài ống trong tiết diện khảo sát là 45 mm

Cảm biến áp suất là loại FreeScale MPXV5004DP đo chênh lệch áp, có thể kết nối với máy tính bằng cổng USB Giới hạn đo của cảm biến lên đến 80 m/s, kết nối với máy tính thông qua cổng USB Đây là loại cảm biến đã được hiệu chỉnh tín hiệu điện áp và áp suất với sai

số là 1.5% với vận tốc nhỏ hơn 40 m/s và sai số là 2.5 % với vận tốc lớn hơn 40 m/s Phần mềm SensorToolBox của nhà cung cấp Freescale được dùng để ghi lại số liệu, xuất ra file Excel Đường đặc tính của cảm biến này như Hình 2

Hình 4 Đường đặc tính cảm biến FreeScale

2.Tiến hành thí nghiệm

Chú ý an toàn:

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

sử dụng

Lưu ý:

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

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

1 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

Sinh viên thay đổi tần số của quạt từ 5 Hz đến tối đa 40 Hz với bước nhảy tối đa 5 Hz Tại mỗi tần số, cần một khoảng thời gian khoảng 30s để dòng không khí ổng định trước khi đọc kết quả

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

• Đối với phần mềm, sau khi dòng không khí ổng 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 Lưu ý:

- Trên áp kế có sẵn thước đọc chênh lệch mực nước với tỉ lệ nhân 2 so với thực tế nhưng chỉ dùng thuận tiện trong trường hợp mực nước hai nhánh khác 0 thì nên dùng thước

kẻ để đo

- Dữ liệu xuất ra từ phần mềm tự động lưu ở “$Desktop/Data Logs/”

Tập tin dữ liệu có 3 cột dữ liệu, nhưng chỉ cần lấy trung bình cột thứ 2

(5V) để có trung bình hiệu điện thế Từ đó tính được chênh áp từ đường đặc tính (Hình 22)

- Sinh viên cần ghi một tập tin dữ liệu lúc tần số là 0 Hz để phục vụ việc xử lý dữ liệu

IV Bảng số liệu

(mmH20)

Chênh áp ∆P (kPa)

Vận tốc gió (m/s)

Bảng 1: Bảng tính toán vận tốc gió từ độ chênh áp theo cột áp

STT Tần số quạt Hz Giá trị điện áp Vs Chênh áp ∆P (kPa) Vận tốc gió

(m/s)

Bảng 2: Tính toán vận tốc gió từ chênh cảm biến

STT Tần số quạt

Hz

Giá trị điện áp Vs

Giá trị điện hiệu chỉnh Vout

Chênh áp ∆P (kPa)

Vận tốc gió (m/s)

Bảng 3: Bảng tính toán vận tốc từ độ chênh áp theo cảm biến và cột áp

V Đồ thị biểu diễn

Hình 5 Biểu đồ so sánh chênh áp của hai phương pháp đo

Một vài nguyên nhân khác:

- Do ống pitot ở được đặt ở trạng thái không hoàn toàn song song với dòng khí

- Do lưu chất trong áp kế là nước nên sẽ dẫn đến hiện tượng dính ướt nên phần tiếp xúc giữa nước và thành ống sẽ có dạng khum lõm Do đó khi đo đạc bằng mắt thường sẽ dễ dẫn đến sai số

- Sai số trong quá trình đọc và ghi số liệu

- Sai số trong quá trình tính toán và làm tròn

- Do giá trị điện áp đo được trên phần mềm có khoảng sai số