Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị MẠCH LƯU CHẤT

Mục Lục I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: II PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: III LÍ THUYẾT THÍ NGHIỆM Lưu lượng kế màng chắn Venturi 2 Tổn thất lượng chảy ống dẫn IV THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: V PHÚC TRÌNH 5.1 Kết số liệu thí nghiệm 5.2 Tính hệ số màng chắn Venturi 5.3 Tính thừa số ma sát ống dẫn 5.4 Tính chiều dài tương đương van: 11 5.5 Đồ thị 12 5.6 Bàn luận 13 VI TÀI LIỆU THAM KHẢO: 14 BÀI 1: MẠCH LƢU CHẤT I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Khảo sát chảy nước phòng thí nghiệm với hệ thống ống dẫn có đường kính khác có chứa lưu lượng kế màng chắn, Venturi phận nối ống cút, van chữ T nhằm xác định:  Thí nghiệm 1: Trắc định hệ số lưu lượng kế màng chắn C m Venturi CV theo chế độ chảy ( Re )  Thí nghiệm 2: Hệ số ma sát f theo chế độ chảy ( Re ) cho ống dẫn  Thí nghiệm 3: Đặc tuyến van, xác định chiều dài tương đương (Ltđ ) II PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: Thí nghiệm 1: Cho dòng chảy lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng kế màng chắn Venturi Đọc tổn thất cột áp ứng với lưu lượng dòng chảy lưu lượng kế Thí nghiệm 2: Cho dòng chảy lưu chất qua màng ống qua ống Chỉnh van để thay đổi lưu lượng dòng chảy, đọc tổn thất cột áp màng chắn ống Lặp lại thí nghiệm với ống có đướng kính khác Thí nghiệm 3: Cho dòng chảy lưu chất qua màng chắn van Ứng với độ mở van, đọc tổn thất cột áp qua màng van III LÍ THUYẾT THÍ NGHIỆM Lƣu lƣợng kế màng chắn Venturi Nguyên tắc hai dụng cụ đo lưu lượng dựa sở chênh lệch áp suất có giảm tiết diện đột ngột dòng lưu chất chảy qua chúng Hai dụng cụ có cấu tạo nhau: Vận tốc trung bình tính từ công thức tổng kê lượng: C: Hệ số màng chắn Venturi, phụ thuộc vào chế độ chảy (Re) ∆P: Độ giảm áp suất qua màng chắn hay Venturi, N/m2 Β= d2 / d1 , tỉ số đường kính cổ Venturi hay đường kính lỗ màng chắn đường kính Gia tốc trọng trường g=9,81 m/s2 Do lưu lượng qua màng chắn hay Venturi: Q = V2A2 = V1A1 Tổn thất lƣợng chảy ống dẫn Khi lưu chất chảy ống, có mát lượng ma sát thành ống Xét trường hợp ống tròn nằm ngang Phương trình Bernoulli cho ta: (P) (V )   Z  H  f g 2g (V )  va Z  Vì 2g H f  (P) g Hf: thủy dầu tồn thất ma sát ống, m Tổn thất lượng liên hệ với thừa số ma sát phương trình Darceyweisbach: Lv H f f 2gD Trong đó: L: chiều dài ống, m D: Đường kính ống, m f: hệ số ma sát, vô thứ nguyên a)Trong chế độ chảy tầng: Tổn thất ma sát tính theo công thức sau: H f  32V gD  Hệ số ma sát f tính theo công thức Hagen – Poiseuille: f  64 64  DV Re b)Đối với chả rối:  Hệ số ma sát f tùy thuộc vào Re độ nhám tương đối ống ( ) Độ nhám D tương đối ống tỉ số độ nhám thành ε đường kính ống D Người ta tính f từ số phương trình thực nghiệm phương trình  Nikuradse, hay để thuận tiện người ta sử dung giản đồ f theo Re ( ) ( giản đồ D Moody) Ngoài mát ma sát ống dẫn nói trên, ta có mát lượng trở lực cục bộ, ví dụ: thay đổi tiết diện chảy, hay thay đổi tiết diện van Trong trường hợp ta có công thức tính trở lực cục sau:  td v 2 gD Pcb  f (1) Với  td : chiều dài tương đương cút , van,… Chiều dài tương đương định nghĩa chiều dài đoạn ống thẳng có tổn thất lượng van, cút điều kiện Trở lực riêng tiêu tốn để thắng trở lực phận ta xét gây ra: Pcb   v2 2g (2) So sánh hai vế công thức (1) (2) ta có:  f Từ ta có: IV  td   td D D f THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: -Một hệ thống ống dẫn van có kích thước khác nhau, lắp đặt tài liệu hướng dẫn -Bơm -Đồng hồ đo -Số liệu kích thước ống dẫn inox: Loại ống A B C D Đường kính (mm) 34 26,5 21,5 16,5 Đường kính (mm) 29 22 17 13,5 Độ nhám e = 0.000005 Màng chắn : lối vào : 40 mm đường kính trong: 17 mm Venturi lối vào : 40 mm đường kính trong: 17 mm : PHÚC TRÌNH V 5.1 Kết số liệu thí nghiệm Thí nghiệm 1: STT Chế độ mở W (lit) t (s) ∆pm (cm H2O) ∆pv (cm H2O) ∆pm (N/m2) ∆pv (N/m2) HT 40 84 30.0 19.0 2942.0 1863.3 ¾ 40 86 28.0 18.0 2745.9 1765.2 ½ 40 94 24.0 16.0 2353.6 1569.1 ¼ 40 246 4.0 2.5 392.3 245.2 Thí nghiệm 2: Ống A STT Chế độ mở ∆pm (cm H2O) ∆pv (cm H2O) ∆p ống A (cm H2O) ∆pm (N/m2) ∆pv (N/m2) HT 24.0 16.0 2.7 2353.6 1569.1 ¾ 22.0 15.0 2.5 2157.5 1471.0 ½ 20.5 13.0 1.8 2010.4 1274.9 ¼ 5.0 3.0 0.5 490.3 294.2 Ống B STT Chế độ mở ∆pm (cm H2O) ∆pv (cm H2O) ∆p ống A (cm H2O) ∆pm (N/m2) ∆pv (N/m2) HT 22.0 14.5 10.0 2157.5 1422.0 ¾ 21.0 13.5 9.5 2059.4 1323.9 ½ 14.0 8.5 6.3 1372.9 833.6 ¼ 4.0 2.5 1.5 392.3 245.2 Ống C STT Chế độ mở ∆pm (cm H2O) ∆pv (cm H2O) ∆p ống A (cm H2O) ∆pm (N/m2) ∆pv (N/m2) HT 19.0 12.0 35.5 1863.3 1176.8 ¾ 16.5 10.5 31.0 1618.1 1029.7 ½ 8.5 5.0 16.5 833.6 490.3 ¼ 1.5 0.8 2.5 147.1 78.5 Ống D STT Chế độ mở ∆pm (cm H2O) ∆pv (cm H2O) ∆p ống A (cm H2O) ∆pm (N/m2) ∆pv (N/m2) HT 12.0 7.5 55.0 1176.8 735.5 ¾ 10.0 5.8 46.5 980.7 568.8 ½ 3.5 2.0 16.0 343.2 196.1 ¼ 0.3 0.1 1.0 29.4 9.8 Thí nghiệm 3: Van mở hoàn toàn Chế ∆pm ∆pv STT độ mở (cm H2O) (cm H2O) van ∆pvan (cm H2O) ∆pm (N/m2) ∆pv (N/m2) ∆pvan (N/m2) HT 24.0 15.0 6.5 2353.6 1471.0 637.4 ¾ 23.0 14.0 11.0 2255.5 1372.9 1078.7 ½ 22.5 13.5 21.5 2206.5 1323.9 2108.4 ¼ 19.5 12.5 87.5 1912.3 1225.8 8580.8 5.2 Tính hệ số màng chắn Venturi Ở nhiệt độ 30oC - Khối lượng riêng nước:  = 996.5 kg/m3 - Độ nhớt nước: μ = 0.7978*10-3 N.s/m2 - Gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s2 - Trọng lượng riêng nước: γ = ρ.g = 996.5*9.81 = 9775.67 N/m3 Công thức tính lưu lượng: , lít/s - Ta có: Pm Pm 98  100 , cmH2O g g - Ta có: Pv Pv 98  100 , cmH2O g g - Vận tốc qua màng chắn venturi: V = 4Q , m/s d (với d = 17 mm: đường kính lỗ venturi màng chắn) - Công thức tính chuẩn số Reynolds: Re = - Hệ số màng chắn: Cm = V -  (1   ) gPm Hệ số venturi: Cv = V  (1   ) gPv Vd  Tỉ số đường kính cổ venturi hay lỗ màng chắn đường kính ống: =17/40 = 0.425 W (lit) t (s) Q (lit/s) (cm H2O) (cm H2O) HT 40 84 0.476 30.0951 ¾ 40 86 0.465 ½ 40 94 ¼ 40 246 Độ mở Re Cm Cv 19.0602 44570 0.850 1.068 28.0887 18.0571 43534 0.859 1.071 0.426 24.0761 16.0507 39829 0.849 1.040 0.163 4.0127 2.5079 15219 0.794 1.005 Độ mở (cm H2O) (cm H2O) (cm H2O) HT 30.0951 19.0602 ¾ 28.0887 ½ ¼ Q (lit/s) V (m/s) 11.035 0.476 2.099 18.0571 10.032 0.465 2.050 24.0761 16.0507 8.025 0.426 1.876 4.0127 2.5079 1.505 0.163 0.717 5.3 Tính thừa số ma sát ống dẫn  Ống A: Dùng số liệu thí nghiệm ta thực phép tính sau: Vận tốc: V = 4Q , cm/s ( với d=29mm: đường kính ống A) d Thừa số ma sát ống A: f = P gd ( với L=1.5m: chiều dài ống A) g LV Tính tương tự cho độ mở khác ống A ta kết thể bảng số liệu sau: Chế độ mở P ( cm H2O) g Pm ( cm H2O) g HT 8.025 24.076 0.4187 ¾ 7.022 22.070 ½ 7.524 ¼ 2.006 Q (lít/s) V(cm/s) f Re 63.42 0.07568 22973 0.3967 60.08 0.07379 21763 20.565 0.3681 55.75 0.09182 20194 5.016 0.1755 26.58 0.10775 9627 Thực phép tính tương tự tính cho ống A với việc sử dụng số liệu đo cho ống B, C, D thí nghiệm đường kính ống B,C, D là: 22mm, 17mm, 13.5mm, chiều dài ống B, C, D 1.5m ta tính kết sau:  Ống B: Chế độ mở P ( cm H2O) g Pm ( cm H2O) g HT 7.524 22.070 0.3918 ¾ 7.524 21.067 ½ 5.517 ¼ 1.505 Q (lít/s) V(cm/s) f Re 103.13 0.0204 28339 0.376 98.96 0.0221 27193 14.044 0.2843 74.83 0.0284 20564 4.013 0.1644 43.28 0.0231 11892  Ống C: Chế độ mở P ( cm H2O) g Pm ( cm H2O) g Q (lít/s) V(cm/s) f Re HT 7.022 19.060 0.3491 153.88 0.0066 32675 ¾ 6.019 16.552 0.3191 140.67 0.0068 29869 ½ 3.511 8.527 0.2165 95.41 0.0086 20259 ¼ 0.702 1.505 0.1325 58.41 0.0046 12404 10  Ống D: Chế độ mở P ( cm H2O) g Pm ( cm H2O) g HT 4.514 12.038 0.2623 ¾ 4.213 10.032 ½ 1.505 ¼ 0.201 Q (lít/s) V(cm/s) f Re 183.32 0.0024 30913 0.2335 163.19 0.0028 27518 3.511 0.1565 109.39 0.0022 18446 0.301 0.1183 82.71 0.0005 13946 5.4 Tính chiều dài tƣơng đƣơng van: Vân tốc: V = 4Q , cm/s ( với d=40mm: đường kính ống) d Thừa số ma sát ống A: f = Chuẩn số Reynolds : Re = P gd ( với L=1.5m: chiều dài ống ) g LV Vd  Chiều dài tương đương là: le = d f ( với  = 0.04 ứng với trường hợp ống mở hoàn toàn, d= 40mm: đường kính ống ) Dùng số liệu đo thí nghiêm trở lực theo độ mở van van mở ¾ ; ½ ¼ là:  =0,26;  =2,06,  =17 thực tính toán tương tự cho độ mở khác van , kết tính toán thu thể bảng sau: Pvan g Pm g HT ( cm H2O) 6.521 ¾ Độ mở V (cm/s) ( cm H2O) 24.076 Q (lít) 0.4091 61.96 11.035 23.073 0.3932 ½ 21.568 22.571 ¼ 87.777 19.562 f Re le 0.0196 0.0300 22444 0.053 59.56 0.0181 0.0549 21574 0.189 0.3853 58.36 0.0174 0.1118 21139 0.737 0.357 54.08 0.0149 0.5300 19589 1.283 11 5.5 Đồ thị 3.1 Lưu lượng Q hiệu số thủy dầu áp suất qua màng chắn ống venturi 12.000 ∆𝐏/𝛒𝐠, cm H2O 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500 Q, lit/s 3.2 Hệ số lưu lượng kế Cm Cv theo Re 1.200 1.000 Hệ số C 0.800 0.600 Cm theo Re Cv theo Re 0.400 0.200 0.000 10000 20000 30000 Hệ số Re 12 40000 50000 3.3 Thừa số ma sát theo Re 0.12000 Hệ số ma sát f 0.10000 0.08000 Ống A 0.06000 Ống B Ống C 0.04000 Ống D 0.02000 0.00000 5000 10000 15000 20000 Hệ số Re 5.6 Bàn luận Nhận xét giản đồ so sánh kết a) Thí nghiệm 1: So sánh Cm Cv : - Ta có: - Hệ số màng chắn: Cm = V -  (1   ) gPm Hệ số venturi: Cv = V  (1   ) gPv 13 25000 30000 35000 Theo lý thuyết, với đường kính lỗ đường kính màng nên V qua màng chắn venturi β màng chắn venturi Do C tỉ lệ nghịch với ∆P Màng chắn Venturi có cấu tạo khác Màng chắn thay đổi kích thước đột ngột nên áp suất lớn venture => Cm < Cv Dựa vào kết ta thấy kết luận Cm < Cv Giản đồ biểu diễn Q với hiệu số thủy dầu áp suất qua ống venturi màng chắn: + Độ chênh lệch áp suất tăng ứng với giá trị Q, qua màng lớn qua venturi - tổn thất lượng Sự phụ thuộc Cm Cv theo Re: Re tăng kéo theo ∆P nên C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay Re ∆P theo phương trình hệ số lưu lượng tỉ lệ thuận với vận tốc dòng chảy tỉ lệ nghịch với ∆P - So sánh lưu lượng kế màng venture: Từ kết thí nghiệm ta nhận thấy ∆Pm > ∆Pv nên sử dụng lưu lượng kế Venturi cho kết xác b) Thí nghiệm 3: Chiều dài tương đương bé khi độ mở van lớn khả cản trở dòng chảy nhỏ Từ kết thí nghiệm ta nhận thấy chiều dài tương đương nhỏ van mở hoàn toàn VI TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Lê Song Giang – Nguyễn Thị Phương,“ Cơ lưu chất “ [2] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam,”Các trình thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm”,tập “ trình học”,quyển 2, Nhà xuất đại học quốc gia TPHCM [3] http://www.doidonvi.com/don-vi-do-luong/Ap-suat.aspx 14 VII PHỤ LỤC 15 ... PHÁP THÍ NGHIỆM: Thí nghiệm 1: Cho dòng chảy lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng kế màng chắn Venturi Đọc tổn thất cột áp ứng với lưu lượng dòng chảy lưu lượng kế Thí nghiệm 2: Cho dòng chảy lưu. .. chảy lưu chất qua màng ống qua ống Chỉnh van để thay đổi lưu lượng dòng chảy, đọc tổn thất cột áp màng chắn ống Lặp lại thí nghiệm với ống có đướng kính khác Thí nghiệm 3: Cho dòng chảy lưu chất. ..BÀI 1: MẠCH LƢU CHẤT I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Khảo sát chảy nước phòng thí nghiệm với hệ thống ống dẫn có đường kính khác có chứa lưu lượng kế màng chắn, Venturi phận