Báo cáo Kỹ thuật thực phẩm Thí nghiệm mạch lưu chất

BÁO CÁO BÀI 1: MẠCH LƯU CHẤT 1. Mục đích thí nghiệm Tìm hiểu các dạng tổn thất áp suất xảy ra trong ống dẫn khí dòng chất lỏng không nén qua các ống, các loại khớp nối,van, thiết bị mạng ống. Xác định mối quan hệ giữa tổn thất áp suất theo tổn thất ma sát và vận tốc của nước chảy bên trong ống, tổn thất cục bộ, hệ số ma sát, chuẩn số Reynolds. Ứng dụng đo độ chênh áp suất trong việc đo lưu lượng và vận tốc của nước trong ống dẫn. 2. Cơ sở lý thuyết  Có hai chế độ chuyển động chính của dòng chất lỏng trong ống dẫn:  Chế độ chay tầng với vận tốc nhỏ, khi đó trở lực trong ống dẫn tỷ lệ tuyến tính với vận tốc dòng chảy trong ống.  Chế độ chảy rối với vận tốc lớn, khi đó trở lực trong ống tỷ lệ với vận tốc dòng chảy.  Chế độ chảy chuyển tiếp giữa chảy tầng và chảy rối gọi là chảy quá độ.  Có hai loại trở lực trên đường ống khi dòng lỏng choáng đầy ống chuyển động trong ống dẫn: trở lực ma sát và trở lực cục bộ.

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÁO CÁO THỰC HÀNH:

KỸ THUẬT THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thắng

Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Trường

BÁO CÁO BÀI 1: MẠCH LƯU CHẤT

1 Mục đích thí nghiệm

Tìm hiểu các dạng tổn thất áp suất xảy ra trong ống dẫn khí dòng chất lỏng không nén qua các ống, các loại khớp nối,van, thiết bị mạng ống

Xác định mối quan hệ giữa tổn thất áp suất theo tổn thất ma sát và vận tốc của nước chảy bên trong ống, tổn thất cục bộ, hệ số ma sát, chuẩn số Reynolds

Ứng dụng đo độ chênh áp suất trong việc đo lưu lượng và vận tốc của nước trong ống dẫn

2 Cơ sở lý thuyết

 Có hai chế độ chuyển động chính của dòng chất lỏng trong ống dẫn:

 Chế độ chay tầng với vận tốc nhỏ, khi đó trở lực trong ống dẫn tỷ lệ tuyến tính với vận tốc dòng chảy trong ống

 Chế độ chảy rối với vận tốc lớn, khi đó trở lực trong ống tỷ lệ với vận tốc dòng chảy

 Chế độ chảy chuyển tiếp giữa chảy tầng và chảy rối gọi là chảy quá độ

 Có hai loại trở lực trên đường ống khi dòng lỏng choáng đầy ống chuyển động trong ống dẫn: trở lực ma sát và trở lực cục bộ

2.1 Trở lực ma sát:

Trở lực do ma sát hms của chất lỏng chảy choáng đầy trong ống được tính theo công thức sau:

Trong đó:

L: chiều dài ống dẫn, m

W: vẫn tốc chuyển động dòng lưu chất, m/s

D: đường kính ống dẫn, m

Để xác định chế độ chảy của chất lỏng ta dựa vào chuẩn số Renoylds:

Trong đó:

: độ nhớt động lực học lưu chất, kg/ms

: khối lượng riêng lưu chất, kg/cm3

dtd: đường kính tương đương, m

2.2 Trở lực cục bộ:

Là trở lực do chất lỏng thay đổi hướng chuyển động, thay đổi vận tốc do thay đổi hình dáng tiết diện của ống như: đột thu, đột mở, chổ cong,van, khớp nối

2.3 Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên:

Áp dụng phương trình Bernouli ta có mối liên hệ giữa lưu lượng và tổn thất áp suất qua màng chắn ( ống Ventury) theo công thức sau:

Q: lưu lượng dòng chảy ống, m3/s

C: hệ số hiệu chỉnh, C=0.98 cho ống Ventury, C=0.62 cho màng chắn

A: tiết diện ống dẫn, m2

A1: tiết diện thu hẹp đột ngột, m2

chênh lệch áp suất, m cột lưu chất

2.4 Ống Pitot:

Dùng ống Pitot có thể đo được áp suất toàn phần Ptp và áp suất tĩnh Pt,từ đó có thể xác định được áp suất động

Suy ra:

3 Tiến hành thí nghiệm

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

- Đóng và mở van thích hợp để cho nước được bơm vào đoạn ống cần làm thí nghiệm Nối đầu đo áp suất vào đoạn ống cần làm thí nghiệm

- Đo đường kính trong của ống làm thí nghiệm, ghi số liệu

- Bật công tắc bơm cho nước chảy vào hệ thống

- Điều chỉnh van lưu lượng có lượng cần thiết Nên bắt đầu từ lưu lượng nhỏ nhất rồi đến lớn nhất

- Ghi lại kết quả thí nghiệm.

3.2 Thí nghiêm 2: Xác định trở lực cục bộ

- Đóng và mở van thích hợp để cho nước được bơm vào đoạn ống cần làm thí nghiệm Nối đầu đo áp suất vào đoạn những chỗ phù hợp để đo áp suất cục bộ

- Đo đường kính trong của ống làm thí nghiệm, ghi số liệu Chọn bộ phận nối từ danh sách

- Điều chỉnh van lưu lượng có lượng cần thiết Nên bắt đầu từ lưu lượng nhỏ nhất rồi đến lớn nhất

- Ghi lại kết quả thí nghiệm

Lặp lại thí nghiệm với vị trí đột mở và co 90 0

- Tiến hành với van 5:

- Mở hoàn toàn van lưu lượng kế

- Mở hoàn toàn van 5

- Mở bơm

- Điều chỉnh độ mở van 5 ở các mức khác nhau, ghi nhận kết quả và viết vào bảng số liệu

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

a Màng chắn và ống ventury

- Mở van phù hợp để dẫn nước vào các lưu lượng kế

- Điều chỉnh van điều chỉnh lưu lượng để chỉnh lưu lượng cần thiết Bắt đầu từ lưu lượng hỏ nhất đến lớn nhất

- Nối 2 đầu cảm biến áp suất với đầu vào và tại chỗ thu hẹp

b Ống pitot

- Nối đầu đo áp suất vào 2 đầu ống pitot

- Điều chỉnh van điều chỉnh lưu lượng để chỉnh lượng bơm cần thiết Nên bắt đầu tự lượng nhỏ nhất đến lớn nhất

4 Số liệu thực nghiệm

1.2.1 Xác định ma sát của chất lỏng với thành ống

STT Ống khảo sát

(mm) Lưu lượng lít/ phút Tổn thất áp suất (thực tế), (cmH2O)

1 Ø 21, dtr=15 4 0.7

1.2.2 Xác định trở lực cục bộ

STT Vị trí khảo

sát

Lưu lượng(lít/phút)

Đường kính ống(mm)

Tổn thất áp suất thực

tế (cmH2O)

1.2.3 Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, Ventury và ống Pitot

(mm)

Lưu lượng (lít/

phút)

Tổn thất áp suất ( cmH2O )

5 8 4.2

5 Xử lí số liệu

B ng 5.1: T n th t ma sát c a ch t l ng v i thành ngảng 5.1: Tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống ổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống ất ma sát của chất lỏng với thành ống ủa chất lỏng với thành ống ất ma sát của chất lỏng với thành ống ỏng với thành ống ới thành ống ống

STT khảo sátỐng Vận tốc dòngchảy (m/s) Re Hệ số masát

Tổn thất áp suất (thực tế) (mH2O)

Tổn thất áp suất (lí thuyết) (mH2O)

1

Ống

trơn

17

1

Ống

trơn

21

1 Ống

trơn

27

1

Ống

nhám

27

Hình 5.1: Đồ thị thể hiện mối qua hệ giữa tổn thất áp suất lý thuyết

và thực tế theo vân tốc dòng chảy ở ống trơn 17

Hình 5.2: Đồ thị thể hiện mối qua hệ giữa tổn thất áp suất lý thuyết và thực tế theo vân tốc

dòng chảy ở ống trơn 21

Hình 5.3: Đồ thị thể hiện mối qua hệ giữa tổn thất áp suất lý thuyết và thực tế theo vân tốc

dòng chảy ở ống trơn 27

Hình 5.4: Đồ thị thể hiện mối qua hệ giữa tổn thất áp suất lý thuyết và thực tế theo vân tốc

dòng chảy ở ống nhám 27

Nhận xét:

Ta thấy khi cùng một loại vật liệu ở cùng một lưu lượng ống nào có đường kính lớn thì tổn thất dọc đường càng nhỏ và khi lưu lượng tăng thì tổn thất dọc đường tăng Vậy tổn thất dọc đường tỷ lệ nghịch với đường kính ống và tỷ lệ thuận với lưu lượng trong ống

5.2 Xác định trở lực cục bộ

Bảng 5.2: Trở lực cục bộ tại một số vị trí khảo sát

Stt Vị trí khảo

sát

Lưu lượng (m3/s) 10-4

Vận tốc dòng chảy (m/s)

Áp suất động (mH2O)

Tổn thất áp suất (thực tế) (mH2O)

Hệ số trở lực cục bộ 1

Đột thu

1

Đột mở

1

Co 90

Hình 5.5: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Q và hệ số trở lực cục bộ của đột thu

Hình 5.6: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Q và hệ số trở lực cục bộ của đột mở

Hình 5.7: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Q và hệ số trở lực cục bộ của co 90

Nhận xét: Cùng một đường kính, cùng một lưu lượng thì ống nhựa có tổn thất dọc

đường ít hơn ống thép không gỉ Cho thấy vật liệu ống cũng có ảnh hưởng đến tổn thất

dọc đường Lưu lượng tăng thì tổn thất tăng

5.3 Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, ống Ventury và ống

Pitot

Bảng 5.3: Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn,

ng Ventury và ng Pitotống ống

Thí

nghiệm

3

Lưu

lượng

thực

tế (m3/

s) x10-4

Vận tốc (m/s)

Áp suất động Pđ

Tổn thất áp suất thực tế

∆Ptt

Hệ số trở lực cục bộ K

Lưu lượng tính toán Qlt

Màng

chắn

Ventury

Pito

1.19*10 -4

1.54*10 -4

1.82*10 -4

1.333 0.5050 0.013 2.48*10-4

Hình 5.8: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy theo tổn thất áp suất

 Nhận xét

Ta thấy tại co 180o gây ra tổn thất cục bộ nhiều hơn co 90o và tại đột thu tổn

thất cục bộ là lớn nhất Lưu lượng tăng thì tổn thất tăng, và tổn thất phụ thuộc nhiều

vào dạng trở lực của ống

6 Phụ lục

6.1 Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống

Ta có:

 Kích thước các loại ông khảo sát trong bài

Loại ống

Đường

Kính (mm)

Ống trơn 17 Ống trơn 21 Ống trơn 27 Ống nhám 27

 Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống trơn và ống nhám

 Vận tốc dòng chảy: W =

Trong đó: W: vận tốc dòng chảy (m/s)

Q: lưu lượng (m3/s) D: đường kính trong của ống khảo sát (m)

*Đối với ống 17, Q = 4 lít/phút, Dn = 17mm, Dtr =10mm

- Vận tốc dòng chảy: W = = = 0.849 (m/s)

Công thức:

 Hệ số Re =

Trong đó:

: khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3 )

: độ nhớt động lực học chất lỏng (kg/ms)

độ nhớt động học (m2/s)

: vận tốc dòng chất lỏng chuyển động trong ống (m/s)

D: kích thước hình học đặc trưng (m)

Tra bảng 43, trang 40 – bảng tra cứu quá trình cơ học – truyền nhiệt – truyền khối (tái bản lần thứ 4-Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia tp.HCM) Với nước ở 270C

=> = 0,87 (m2/s)

 Vì 4000<Re<100000 chế độ chảy xoáy Nên hệ số ma sát:

=1,8logRe-1,5  λ=

 Tổn thất áp suất lý thuyết: hms = λ

Trong đó: λ: hệ số ma sát

L: chiều dài ống dẫn (m) (L = 1.2 m) W: vận tốc dòng chảy (m/s)

D: đường kính ống khảo sát (m)

g = 9.81 (m2/s) Tổn thất áp suất lý thuyết: hms = λ = = 0.1362 (mH2O)

6.2.Xác định trở lực cục bộ

Ta có: Khảo sát vị trí đột thu:

Lưu lượng : G (m3/s) = G (lít/phút)

khi G = 4 lít/phút = 0.667*10^(-4) m3/s

Áp suất động: = = = 0.0367 (mH2O)

Hệ số trở lực cục bộ: = =0.8438

Trong đó: hcb: trở lực cục bộ (m) = tổn thất áp suất thực tế (mH2O)

6.3.Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, ống Ventury và ống Pitot

* Tính toán với lưu lượng Q=4lit/phút

-Vận tốc dòng nước: V =

Trong đó:

Q: lưu lượng dòng chảy trong ống (m3/s)

A: diện tích mặt cắt ống dẫn (m)

-Tổn thất áp suất thực tế:

∆Ptt = 0.011 m

-Hệ số trở lực cục bộ k

Áp suất động: Pđ = = = 0,0056

→ hệ số trở lực cục bộ: k= = = 1.9642

-Cm

 Ventury

-Vận tốc dòng nước: V = = = 0,3319 (m/s)

-Tổn thất áp suất thực tế:

∆Ptt = 0,013 m

-Hệ số trở lực cục bộ k

Áp suất động: Pđ = = = 0,0056

→ hệ số trở lực cục bộ: k= = = 2,3214

-Cv

→ Trung bình cộng của Cm và Cv

C = = 0.6421

Lưu lượng tính toán Q lt với độ chênh áp suất thực tế lấy ở lưu lượng là 6(lít/phút)

-Màng chắn:

Qlt = C.K = 0.6421*1.9642 = 0,1323

-Ventury:

Qlt = C.K = 0,6421*2.3214 =0.1699 -Pito:

Qlt = V.A =0.2426 4.9063*10-4 = 1.1903*10-4