THQTTB bài 3 mạch lưu chất hoàn chỉnh

BÀI 3. MẠCH LƯU CHẤTTÓM TẮTKhi 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. Mô hình thí nghiệm mạch lưu chất nhằm xác định các tổn thất đó như: tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống, tổn thất cục bộ của co, van, đột mở, đột thu, tính toán được hệ số lưu lượng của các dụng cụ đo ( màng chắn, Ventury, ống Pito) qua tổn thất cột áp của lưu chất. Trở lực ma sát trong ống thẳng của các ống khác nhau có thể được nghiên cứu trong các khoảng của chuẩn số Re từ 103 đến 105 ( từ chế độ chảy tầng qua chảy quá độ và đến chảy rối). Một thí nghiệm được thực hiện trên ống nhám để so sánh sự khác nhau về độ nhám ảnh hưởng tới tổn thất áp suất trên cùng một kích thước ống.3.1. GIỚI THIỆU3.1.1. Cơ sở lý thuyết 13.1.1.1. Trở lực ma sátGiáo sư Osborne Reynolds đã chỉ ra rằng có 2 chế độ có thể tồn tại trong một ống: Chảy tầng (Laminar): tổn thất cột áp tỉ lệ thuận với vận tốc (hoặc ) Chảy rối (Turbulent): Tổn thất cột áp tỉ lệ thuận với hoặcHai chế độ này được phân chia bởi chế độ chảy quá độ mà không xác định được mối quan hệ giữa tổn thất cột áp và vận tốc.Hình 3 1 Mối quan hệ giữa tổn thất cột áp theo vận tốc dòng chảy trong ống

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ HÓA

HỌC

BÀI 3 MẠCH LƯU CHẤT

Giảng viên hướng dẫn: ThS Trương Văn Minh

Tổ 2 Nhóm 1 Lớp : DHHO11B

Trang 2

MỤC LỤC

BÀI 3 MẠCH LƯU CHẤT 1

TÓM TẮT 1

3.1 GIỚI THIỆU 1

3.1.1 Cơ sở lý thuyết [1] 1

3.1.1.1 Trở lực ma sát 1

3.1.1.2 Trở lực cục bộ 3

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

3.2 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 6

3.3 THỰC NGHIỆM 7

3.3.1 Mô Hình thí nghiệm 7

3.3.2 Trang thiết bị và hóa chất 7

3.3.3 Tiến hành thí nghiệm 8

3.3.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất cột áp do ma sát của chất lỏng với thành ống 8

3.3.3.2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ 8

3.3.3.3 Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp 9

3.4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 9

3.4.1 Kết quả thí nghiệm 9

3.4.2 Xử lý kết quả thí nghiệm và nhận xét 11

Trang 3

3.5 KẾT LUẬN 22

3.6 TÍNH MẪU 22

3.6.1 Tính mẫu cho Thiết bị Đột Thu ở ống trơn 22

3.6.2 Tính mẫu cho Thiết bị Đột Thu ở ống trơn 23

3.6.3 Tính mẫu cho Thiết bị Đột Mở ở ống trơn 24

3.6.4 Tính mẫu cho thí nghiệm khảo sát hệ số lưu lượng màng chắn và Ventury 25

3.6.5 Tính mẫu cho thí nghiệm xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, ống Ventury và ống Pitot 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO i

PHỤ LỤC ii

Trang 4

BÀI 3 MẠCH LƯU CHẤT

TÓM TẮT

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 Mô hình thí nghiệm mạch lưu chất nhằm xác định các tổn thất đó như: tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống, tổn thất cục bộ của co, van, đột mở, đột thu, tính toán được hệ số lưu lượng của các dụng cụ đo ( màng chắn, Ventury, ống Pito) qua tổn thất cột áp của lưu chất Trở lực ma sát trong ống thẳng của các ống khác nhau có thể được nghiên cứu trong các khoảng của chuẩn số Re từ 103 đến

105 ( từ chế độ chảy tầng qua chảy quá độ và đến chảy rối) Một thí nghiệm được thực hiện trên ống nhám để so sánh sự khác nhau về độ nhám ảnh hưởng tới tổn thất áp suất trên cùng một kích thước ống

3.1 GIỚI THIỆU

3.1.1 Cơ sở lý thuyết [1]

3.1.1.1 Trở lực ma sát

Giáo sư Osborne Reynolds đã chỉ ra rằng có 2 chế độ có thể tồn tại trong một ống:

- Chảy tầng (Laminar): tổn thất cột áp tỉ lệ thuận với vận tốc (hoặc )

- Chảy rối (Turbulent): Tổn thất cột áp tỉ lệ thuận với hoặc

Hai chế độ này được phân chia bởi chế độ chảy quá độ mà không xác định được mối quan hệ giữa tổn thất cột áp và vận tốc

Hình 3 - 1 Mối quan hệ giữa tổn thất cột áp theo vận tốc dòng chảy trong ống

Trang 5

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

Trong đó: : Vận tốc chuyển động của lưu chất trong ống

: Khối lượng riêng của lưu chất ⁄

Trang 6

- : 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 là ống nhẵn và gọi là ống có độ nhẵn thủy học Hệ số vẫn chưa chịu ảnh hưởng của độ nhám và được xác định theo công thức Ixaep

(

- : Chuyển động chảy xoáy trong ống nhám: Chiều dày của màng chảy dòng mỏng chỉ còn ở sát thành ống, sức cản do hiện tượng tạo thành xoáy lốc trong lòng chất lỏng đạt tới giá trị không đổi, phụ thuộc vào số Re mà chỉ phụ thuộc vào độ nhám tương đối n của ống được xác định bằng công thức Ixaep:

Trong đó: : hệ số trở lực cục bộ

Trang 7

Hình 3 - 2 Giản đồ Moody

3.1.1.3 Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên

3.1.1.3.1 Đo lưu lượng kế màng chắn và Ventury

Màng chắn và Ventury là hai dụng cụ để đo lưu lượng dựa vào nguyên tắc khi dòng lưu chất qua tiết diện thu hẹp đột ngột thì xuất hiện độ chênh lệch áp suất trước và sau tiết diện được thu hẹp

Trang 8

Áp dụng phương trình Bernoulli ta có mối liên hệ giữa lưu lượng và tổn thất áp suất qua màng chắn, Ventury theo công thức:

[√ ( ⁄ )

√ ( )

]

(3.9)

Trong đó: : Lưu lượng của dòng chảy trong ống, ⁄

: Hệ số hiệu chỉnh, cho màng chắn, cho Ventury : Tiết diện ống dẫn,

: Tiết diện thu hẹp đột ngột, : Áp suất, Pa

: Trọng lượng riêng của lưu chất, ⁄

Trang 9

√ ( ) (3.10)

Trong đó: : Vận tốc dòng chảy trong ống, m/s

: Áp suất toàn phần (áp suất tại điểm ngưng đọng_stagnation point), : Áp suất tĩnh,

3.2 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

- Thí nghiệm 1: Xác định mối quan hệ giữa tổn thất áp suất do ma sat và vận tốc của nước chảy bên trong ống trong và xác định hệ số ma sát

- 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 chắn, Ventury)

và ứng dụng việc đo độ chênh lệch áp trong việc do lưu lượng và vận tốc của nước trong ống

Trang 10

3.3 THỰC NGHIỆM

3.3.1 Mô Hình thí nghiệm

Hình 3 - 6 Sơ đồ hệ thống Mạch Lưu Chất 3.3.2 Trang thiết bị và hóa chất

Bảng 3 - 1 Kích thước ống dẫn bằng đồng STT Tên gọi Đường kính ngoài

Trang 11

Bảng 3 - 2 Kích thước màng chắn, ống Ventury, ống dẫn pitot, đột thu, đột mở và

co 90°

Đường kính lỗ Màng chắn Ventury Ống dẫn

Pitot Đột thu Đột mở Co

3.3.3 Tiến hành thí nghiệm

3.3.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất cột áp do ma sát của chất lỏng với thành ống

- Điều chỉnh thước đo độ chênh lệch áp suất cân bằng ở các vị trí đo

- Mở một phần van 6 (van hoàn lưu), mở hoàn toàn các van 1, 2, 3, 4, 5, cho dòng chất lỏng chảy qua hệ thống thiết bị để loại bỏ hoàn toàn không khí trong hệ thống

- Mở bơm để đẩy khí ra khỏi hệ thống thiết bị Khi thấy không khí đã không còn trong thiết bị thì điều chỉnh độ mở của van 6 để không có hiện tượng chênh lệch

áp suất quá lớn làm trào nước 2 bên thiết bị đo áp suất

- Tiến hành đo độ chênh lệch cột áp do ma sát của chất lỏng với từng loại ống

- Mở lần lượt các van 2, 3, 4, 5 để khảo sát với từng loại ống

- Điều chỉnh lưu lượng vào hệ thống nhiều lần để thu được kết quả thí nghiệm

- Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp, ghi nhận kết quả

3.3.3.2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ

- Đóng hoàn toàn các van 3, 4, 5, để mở van 2 để đo độ chênh lệch áp suất từ 2 thiết

bị đột thu và đột mở

Trang 12

Đo độ chênh lệch áp suất theo độ mở Van 5

- Mở hoàn toàn van 5, sau đó đóng van 2

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

- Đóng hoàn toàn các van 3, 4, 5, để mở van 2 để đo độ chênh lệch áp suất từ các thiết bị Màng chắn, Ventury và ống Pitot

Trang 13

Thiết bị Lưu lượng thực tế Tổn thất cột áp

Trang 14

Lưu lượng

⁄

Vận tốc

Hệ số

ma sát

lý thuyết

Hệ số

ma sát thực nghiệm

Mối quan hệ giữa tổn thất cột áp và vận tốc dòng chảy:

Đồ thị 3- 1 Mối quan hệ giữa tổn thất cột áp và vận tốc chuyển động trong ống trơn

Từ: 1.273 – 2.123: chế độ chạy xoáy trong ống nhẵn

Đồ thị log h theo log V:

1.273

1.698

2.123

0 10 20 30 40 50 60

Trang 15

Đồ thị 3- 2 Đồ thị biểu diễn theo log h và log V của ống trơn 16

Dựa vào đồ thị biểu diễn theo và ta thấy, ba điểm nên ba điểm này thuộc vùng chảy rối là đường thẳng

Đồ thị so sánh giá trị hệ số ma sát thực nghiệm và lý thuyết

Đồ thị 3- 3 Đồ thị so sánh giá trị hệ số ma sát thực nghiệm và lý thuyết 16

Trang 16

21

Từ 0,564 – 0,941: chế độ chạy xoáy trong ống nhẵn

Dựa vào đồ thị biểu diễn theo và ta thấy, 2 điểm đầu thẳng hàng nên 2 điểm này thuộc vùng chảy rối là đường thẳng

0.564,

0.753 0.941

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Trang 17

3.4.2.1.3 Ống trơn

Mối quan hệ giữa tổn thất cột áp và vận tốc dòng chảy:

0.285

0.381

0.476

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Trang 18

Dựa vào đồ thị biểu diễn theo và ta thấy, 2 điểm đầu thẳng hàng nên 2 điểm này thuộc vùng chảy rối là đường thẳng

Trang 19

Đồ thị 3- 10 Mối quan hệ giữa tổn thất cột áp và vận tốc chuyển động trong ống

nhám 27

Từ: 0,416 - 0,694: chế độ chạy xoáy trong ống nhẵn

Đồ thị 3- 11 Đồ thị biểu diễn theo log h và log V của ống nhám 27

Dựa vào đồ thị biểu diễn theo log h và log V ta thấy, ba điểm thẳng hàng nên ba

điểm này thuộc vùng chảy rối là đường thẳng

0.416

0.555

0.694

0 10 20 30 40 50 60

Trang 20

Đồ thị 3- 12 Đồ thị so sánh giá trị hệ số ma sát thực nghiệm và lý thuyết 27 nhám

Lưu lượng Q Vận tốc

dòng chảy

Tổn thất

áp suất

Áp suất động

Hệ số trở lực cục bộ Lít/phút ⁄

Co 90

0.021 8 0.000133 0.385 0.02 0.0075 2.642 0.021 10 0.000167 0.481 0.0403 0.0118 3.407

Van 5

0.021 6 0.0001 0.289 0.1116 0.0042 26.212 0.021 8 0.000133 0.385 0.1996 0.0075 26.371 0.021 10 0.000167 0.481 0.336 0.0118 28.411

0 0.01

Trang 21

Đồ thị 3- 13 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa hệ số trở lực cục bộ theo lưu lượng

dòng chảy trong thiết bị Đột thu

dòng chảy trong thiết bị Đột mở

1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8

Trang 22

dòng chảy trong thiết bị Co 90°

dòng chảy trong van số 5

Nhận xét:

- Theo hình 3.9, 3.10 lưu lượng dòng tăng thì hệ số trở lực cục bộ cũng tăng theo,

- Theo Hình 3.8 Trong thiết bị đột mở khi ta tăng lưu lượng dòng chảy trong thiết bị thì trở lực của thiết bị giảm rồi tăng tạo thành một đường cong trên đồ thị

- Do quá trình thực nghiệm bị sai số

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Trang 23

3.4.2.3.1 Khảo sát hệ số lưu lượng của Màng chắn và Ventury

Lưu lượng Tổn thất áp suất

Tổn thất áp lý thuyết Vận tốc dòng

chảy

Lưu lượng lý thuyết

Trang 24

Đồ thị 3- 17 Biểu đồ thể hiện lưu lượng thực tế và lưu lượng lý thuyết theo độ chênh

lệch áp suất trên thiết bị màng chắn

lệch áp suất trên thiết bị Ventury

Trang 25

lệch áp suất trên thiết bị ống Pitot

Nhận xét:

- Dựa vào hình 3.9, 3.10, 3.11 cho ta thấy tổn thất áp suất thực tế tỉ lệ thuận với lưu lượng của dòng chảy Và Lưu lượng lý thuyết lớn hơn rất nhiều so với lưu lượng thực tế, nguyên nhân là do sai số trong quá trình tiến hành thí nghiệm

3.5 KẾT LUẬN

Ngoài sự mất mát năng lượng do sự ma sát của chất lỏng với thành ống thông qua các thí nghiệm và bài báo cáo kết quả còn cho ta thấy có sự mất mát năng lượng do trở lực cục bộ gây nên bởi sự thay đổi tiết diện ống dẫn, hướng chảy, bị cản bởi độ mở của van, đột thu, đột mở, hay các loại co

Dựa vào các kết quả thí nghiệm ra có thể đưa ra được sự ảnh hưởng của các loại ống và thiết bị phụ trợ đến lưu lượng dòng chảy của ống từ đó đưa ra sự lựa chọn thiết bị phù hợp và tối ưu cho việc vận chuyển chất lỏng trong hệ thống thiết bị mà ta mong muốn

Lưu lượng

⁄

Vận tốc

Chuẩn

số Re

Tổn thất cột áp

Hệ số

ma sát thực nghiệm

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035

Trang 26

- Tiết diện của ống

- Lưu lượng dòng lưu chất chảy qua thiết bị trong 1s

⁄ ⁄

3.6.2 Tính mẫu cho Thiết bị Đột Thu ở ống trơn

Lưu lượng Q Vận

tốc dòng chảy

Tổn thất

áp suất

Hệ số trở lực cục bộ

Trang 27

- Hệ số trở lực cục bộ

3.6.3 Tính mẫu cho Thiết bị Đột Mở ở ống trơn

Lưu lượng Q Vận

tốc dòng chảy

Tổn thất áp suất

Hệ số trở lực cục bộ

- Hệ số trở lực cục bộ

Trang 28

3.6.4 Tính mẫu cho thí nghiệm khảo sát hệ số lưu lượng màng chắn và Ventury ST T Đường kính ống Tiết diện ống Lưu lượng Tổn thất áp suất thực tế Hệ số k Hệ số ⁄

Màng chắn 1 0.016 6 0.0001 0.0343 336.483 0.545 - Tổn thất Áp suất thực tế

- Tiết diện ống dẫn

- Tiết diện ống dẫn bị thu hẹp đột ngột

- Hệ số k √ ( )

√

√ ( )

√

- Với ⁄ ⁄

- Hệ số hiệu chỉnh √

√

3.6.5 Tính mẫu cho thí nghiệm xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, ống Ventury và ống Pitot STT Tiết diện ống

Lưu lượng Q thực tế

Tổn thất áp lý thuyết Vận tốc dòng chảy

Lưu lượng lý thuyết

Màng chắn

Trang 29

- Tổn thất áp suất lý thuyết

- Lưu lượng dòng chảy lý thuyết qua màng chắn

⁄

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	1,37 MB