Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Chƣơng trình đƣợc kiểm tra bằng cách so sánh các kết quả nhận đƣợc với một số kết quả thực nghiệm đã đƣợc công bố của Terushige Fujii và Koij Akagawa [7]. Thực nghiệm đã đƣợc thực hiện trong một ống bằng thép có độ dài 16.0m. Trong ống chứa hỗn hợp nƣớc chứa bọt hơi ở nhiệt độ 4380K, áp suất của hỗn hợp là 0.7 MPa. Trong Hình 2.5 và 2.6 dƣới đây là hình ảnh minh họa sự so sánh giữa các kết quả tính toán (các đƣờng cong liên tục mảnh) và các kết quả thực nghiệm (các đƣờng cong liên tục đậm), đó là các profil áp suất trong giai đoạn tăng áp của sóng va khi hỗn hợp chuyển động tới tác động vào van đóng ống. Các kết quả trong Hình 2.5 là trƣờng hợp đã sử dụng các điều kiện đầu, điều kiện biên và các tham số vật chất của hỗn hợp nhƣ sau: thể tích của pha hơi 200.1%;thời gian đóng van hoàn toàn là
ms
9
*
; vận tốc của hỗn hợp v0.5m/s. Các đƣờng cong từ 1 - 4 trình bày các profil áp suất tƣơng ứng với các vị trí đƣợc xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, khi tính từ van đóng của ống là: x = 0.21; 1.75; 3.51 và 7.01 m.
Hình 2.5
Các kết quả trong Hình 2.6 là trƣờng hợp các điều kiện đầu, điều kiện biên và các tham số vật chất của hỗn hợp đƣợc giữ nguyên nhƣ trƣờng hợp 2.5, nhƣng vận tốc của hỗn hợp trong trƣờng hợp này là v1m/s.
0.02 ms 0 .2 M Pa 1 2 3 4
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Hình 2.6
Các đƣờng cong từ 1 - 4 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong hỗn hợp, tƣơng ứng với các vị trí đƣợc xác định áp suất của ống xung kích tính từ van đóng của ống là: = 0.21; 1.75; 3.51 và 7.01 m.
Các kết quả đƣợc trình bày trong hình 2.5 và 2.6, đã cho thấy sự phù hợp của các profil áp suất trong giai đoạn tăng áp và vận tốc truyền sóng trong hỗn hợp, giữa các kết quả thực nghiệm và các kết quả tính toán.
Trong các trƣờng hợp đều đƣợc sử dụng các điều kiện đầu nhƣ sau: Hỗn hợp đƣợc chảy trong ống nằm ngang có độ dài 16m (trong đó tại 0 là van đóng ống, tại L là đầu ống tự do). Bán kính bọt R0 1mm, áp suất ban đầu của hỗn hợp p0 0, 7MPa, nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp là 0
438 K 0.02 ms 0 .4 M P a 1 2 3 4
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
CHƢƠNG III
MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU HIỆN TƢỢNG SÓNG VA TRONG HỖN HỢP CHẤT LỎNG CHỨA BỌT HƠI
Trong phần này của luận văn trình bày một số kết quả nghiên cứu về sự ứng xử của áp suất trong quá trình tăng áp tại van đóng trong hỗn hợp nƣớc chứa bọt hơi. Sự ảnh hƣởng của vận tốc sóng va, của nồng độ thể tích của pha hơi và thời gian đóng van sẽ đƣợc đề cập đến trong phần này.
Các hình từ 3.1 - 3.5 là các biểu đồ biểu diễn các kết quả tính toán của sự tăng áp suất đột ngột trong hỗn hợp do bị đóng van bất ngờ. Sự ngừng chảy và quá trình tăng áp suất này bắt đầu từ van đóng sau đó lan truyền ngƣợc lại trong hỗn hợp. Trong các trƣờng hợp này thì các điều kiện đầu và các tham số vật chất của hỗn hợp đƣợc cho nhƣ sau: thể tích của pha hơi
; % 1 . 0 20
vận tốc của hỗn hợp v1m/s. Tuy nhiên thời gian đóng van hoàn toàn, đƣợc thay đổi tƣơng ứng *7;9;11ms. Các đƣờng cong từ 1- 8 trong các hình 3.1 - 3.3 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tƣơng ứng với các vị trí đƣợc xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, đƣợc tính từ van đóng của ống là: = 0; 1.75; 3.51; 4.72; 7.01; 10.15; 13.64 và 16.00m.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Hình 3.1:Quá trình lan truyền của sóng va trong đường ống có van đóng trong trường hợp thể tích của pha hơi20 0.1%; vận tốc của hỗn hợp v1m/s,thời gian đóng van hoàn toàn 7m/s.Các đường cong từ 1- 8 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tương ứng với các vị trí được xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, được tính từ van đóng của ống là: = 0; 1.75; 3.51; 4.72; 7.01; 10.15; 13.64 và 16.00m.
Từ các kết quả trình bày trên hình 3.1. Khi thời gian đóng van hoàn toàn là 7 ms thì giá trị lớn nhất của áp suất nhận đƣợc trên van đóng ( = 0 m) là 1.72 MPa. Sau đó sóng áp suất này lan truyền ngƣợc lại và sẽ bị giảm dần theo hƣớng trục, mà nguyên nhân có thể do ảnh hƣởng quan trọng của hiện tƣợng chuyển khối và chuyển nhiệt giữa các pha. Khoảng thời gian bắt đầu xuất hiện hiện tƣợng tăng áp tại van tới khi sóng lan truyền tới cuối đƣờng ống ( = 16.00 m) là 17.88 ms, nhƣ vậy vận tốc truyền sóng trung bình nhận đƣợc vào khoảng 904.36 m/s. Khi sóng tăng áp lan truyền tới cuối đƣờng ống, do sự chênh áp đột ngột ở trong ống và ngoài ống, nên hỗn hợp bắt đầu bị chảy ngƣợc và áp suất giảm xuống. Sự giảm áp suất và chảy ngƣợc sẽ bắt đầu lan truyền từ cuối ống về van đóng (đây là giai đoạn giảm áp trong sóng va). 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 0.005 0.01 0.015 t (s) P / P o 8 7 6 5 4 3 2 1
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Hình 3.2:Quá trình lan truyền của sóng va trong đường ống có van đóng trong trường hợp thể tích của pha hơi20 0.1%; vận tốc của hỗn hợp v1m/s,thời gian đóng van hoàn toàn 9m/s.Các đường cong từ 1- 8 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tương ứng với các vị trí được xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, được tính từ van đóng của ống là: x = 0; 1.75; 3.51; 4.72; 7.01; 10.15; 13.64 và 16.00m.
Từ các kết quả trình bày trên hình 3.2. Khi thời gian đóng van hoàn toàn là 9 ms thì giá trị lớn nhất của áp suất nhận đƣợc trên van đóng là 1.684 MPa. Thời gian sóng lan truyền tới cuối đƣờng ống là 19.34 ms, nhƣ vậy vận tốc truyền sóng trung bình nhận đƣợc vào khoảng 836.09 m/s.
Hình 3.3: Quá trình lan truyền của sóng va trong đường ống có van đóng trong trường hợp thể tích của pha hơi200.1%;vận tốc của hỗn hợp v1m/s,thời gian đóng van hoàn toàn 11m/s.Các đường cong từ 1- 8 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tương ứng với các vị trí được xác định áp suất của hỗn hợp trong
1 1,5 2 2,5 3 3,5 0 0,005 0,01 0,015 0,02 t (s) P / Po 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 0.005 0.01 0.015 0.02 t (s) P / P o 1 2 3 4 5 6 7 8
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
ống xung kích, được tính từ van đóng của ống là: x = 0; 1.75; 3.51; 4.72; 7.01; 10.15; 13.64 và 16.00m.
Từ các kết quả trình bày trên hình 3.3. Khi thời gian đóng van hoàn toàn là 11 ms thì giá trị lớn nhất của áp suất nhận đƣợc trên van đóng là 1.681 MPa. Thời gian sóng lan truyền tới cuối đƣờng ống là 20.62 ms, do vậy vận tốc truyền sóng trung bình nhận đƣợc vào khoảng 784.19 m/s.
Nhƣ vậy, khi tăng dần thời gian đóng van, thì giá trị của áp suất cực đại tại van đóng chỉ thay đổi nhỏ nhƣng nhận đƣợc chậm hơn. Tuy nhiên nó lại có ảnh hƣởng khá lớn tới vận tốc truyền sóng trung bình trong hỗn hợp.
Trong hình 3.4 là biểu đồ biểu diễn các kết quả tính toán sự tăng áp suất trong hỗn hợp do bị đóng van đột ngột. Trong trƣờng hợp này thì các điều kiện đầu và các tham số vật chất của hỗn hợp đƣợc cho nhƣ sau: thể tích của pha hơi 20 0.1%; vận tốc của hỗn hợp v0.5m/s; thời gian đóng van hoàn toàn * 9ms. Các đƣờng cong liên tục từ 1 - 8 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tƣơng ứng với các vị trí đƣợc xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, tính từ van đóng của ống là: = 0; 1.75; 3.51; 4.72; 7.01; 10.15; 13.64 và 16.00 m.
Hình 3.4:Quá trình lan truyền của sóng va trong đường ống có van đóng trong trường hợp thể tích của pha hơi20 0.1%; vận tốc của hỗn hợp v0.5m/s,thời gian đóng van hoàn toàn *9ms.Các đường cong từ 1- 8 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tương ứng với các vị trí được xác định áp suất của
1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 0 0,005 0,01 0,015 0,02 t (s) P / Po 1 2 3 4 5 6 7 8
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
hỗn hợp trong ống xung kích, được tính từ van đóng của ống là: = 0; 1.75; 3.51; 4.72; 7.01; 10.15; 13.64 và 16.00 m
Từ các kết quả trình bày trên hình 3.4. Khi thời gian đóng van hoàn toàn là 9 ms thì giá trị lớn nhất của áp suất nhận đƣợc trên van đóng là 1.083 MPa. Thời gian sóng lan truyền tới cuối đƣờng ống là 22.21 ms, nhƣ vậy vận tốc truyền sóng trung bình nhận đƣợc vào khoảng 728.05 m/s. Do vậy, khi giảm vận tốc của hỗn hợp thì áp suất cực đại nhận đƣợc trên van đóng giảm.
Trong hình 3.5 là biểu đồ biểu diễn các kết quả tính toán sự tăng áp suất trong hỗn hợp do đóng van đột ngột.Trong trƣờng hợp này thì các điều kiện đầu và các tham số vật chất của hỗn hợp đƣợc cho nhƣ sau: thể tích của pha hơi 20 0.2%; vận tốc của hỗn hợp v1m/s; thời gian đóng van hoàn toàn 0 7ms. Các đƣờng cong liên tục từ 1 - 9 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tƣơng ứng với các vị trí đƣợc xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, tính từ van đóng của ống là: = 0; 0,5; 1,5; 2,5; 3,8; 5,3; 6,3; 7,0; 10,7 mét. 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 0 0,005 0,01 0,015 0,02 t(s) P/Po 2 3 4 5 6 7 8 9
Hình 3.5:Quá trình lan truyền của sóng va trong đường ống có van đóng trong trường hợp thể tích của pha hơi20 0.2%; vận tốc của hỗn hợp v1m/s,thời gian đóng van hoàn toàn 0 7ms.Các đường cong từ 1- 9 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tương ứng với các vị trí được xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, được tính từ van đóng của ống là: x = 0; 0,5; 1,5; 2,5; 3,8; 5,3; 6,3; 7,0; 10,7 mét
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Từ các kết quả trình bày trên hình 3.5. Khi thời gian đóng van hoàn toàn là 7 ms thì giá trị lớn nhất của áp suất nhận đƣợc trên van đóng là 1.309 MPa.
Trong hình 3.6 là biểu đồ biểu diễn các kết quả tính toán sự tăng áp suất trong hỗn hợp do đóng van đột ngột. Trong trƣờng hợp này thì các điều kiện đầu và các tham số vật chất của hỗn hợp đƣợc cho nhƣ sau: thể tích của pha hơi 20 0.2%; vận tốc của hỗn hợp v1m/s; thời gian đóng van hoàn toàn 0 9ms. Các đƣờng cong liên tục từ 1 - 9 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tƣơng ứng với các vị trí đƣợc xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, tính từ van đóng của ống là: = 0; 0,5; 1,5; 2,5; 3,8; 5,3; 6,3; 7,0; 10,7 mét. 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 0 0,005 0,01 0,015 0,02 t(s) P/Po 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Hình 3.6:Quá trình lan truyền của sóng va trong đường ống có van đóng trong trường hợp thể tích của pha hơi20 0.2%; vận tốc của hỗn hợp v1m/s,thời gian đóng van hoàn toàn 0 9ms.
Từ các kết quả trình bày trên hình 3.6. Khi thời gian đóng van hoàn toàn là 9 ms thì giá trị lớn nhất của áp suất nhận đƣợc trên van đóng là 1.302 MPa.
Trong hình 3.7 là biểu đồ biểu diễn các kết quả tính toán sự tăng áp suất trong hỗn hợp do đóng van đột ngột.Trong trƣờng hợp này thì các điều kiện đầu và các tham số vật chất của hỗn hợp đƣợc cho nhƣ sau: thể tích của pha hơi 20 0.2%; vận tốc của hỗn hợp v1m/s; thời gian đóng van hoàn
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ toàn 0 11ms. Các đƣờng cong liên tục từ 1 - 9 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tƣơng ứng với các vị trí đƣợc xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, tính từ van đóng của ống là: = 0; 0,5; 1,5; 2,5; 3,8; 5,3; 6,3; 7,0; 10,7 mét 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 0 0.005 0.01 0.015 0.02 t(s) P/P o 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Hình 3.7: Quá trình lan truyền của sóng va trong đường ống có van đóng trong trường hợp thể tích của pha hơi20 0.2%; vận tốc của hỗn hợp v1m/s,thời gian đóng van hoàn toàn 0 11ms.Các đường cong từ 1- 9 là các profil áp suất biểu diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tương ứng với các vị trí được xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, được tính từ van đóng của ống là: = 0; 0,5; 1,5; 2,5; 3,8; 5,3; 6,3; 7,0; 10,7 mét
Từ các kết quả trình bày trên hình 3.7. Khi thời gian đóng van hoàn toàn là 11 ms thì giá trị lớn nhất của áp suất nhận đƣợc trên van đóng là 1.267 MPa
Nhƣ vậy, từ các kết quả biểu diễn trên hình ta thấy khi tăng dần thời gian đóng van, thì giá trị của áp suất cực đại tại van đóng chỉ thay đổi nhỏ nhƣng nhận đƣợc chậm hơn.
Trong hình 3.8 là biểu đồ biểu diễn các kết quả tính toán sự tăng áp suất trong hỗn hợp do đóng van đột ngột.Trong trƣờng hợp này thì các điều kiện đầu và các tham số vật chất của hỗn hợp đƣợc cho nhƣ sau: thể tích của pha hơi 20 0.2%; vận tốc của hỗn hợp v0,5m/s; thời gian đóng van hoàn toàn 0 7ms. Các đƣờng cong liên tục từ 1 - 9 là các profil áp suất biểu
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ diễn sự tăng áp suất trong giai đoạn tăng áp, tƣơng ứng với các vị trí đƣợc xác định áp suất của hỗn hợp trong ống xung kích, tính từ van đóng của ống là:
= 0; 0,5; 1,5; 2,5; 3,8; 5,3; 6,3; 7,0; 10,7 mét. 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 0 0,005 0,01 0,015 t(s) P /P o 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Hình 3.8: Quá trình lan truyền của sóng va trong đường ống có van đóng trong trường hợp thể tích của pha hơi200.2%; vận tốc của hỗn hợp v0,5m/s,thời gian đóng van hoàn toàn 0 7ms.Các đường cong từ 1- 9 là các profil áp suất biểu diễn sự