MÔN HỌC THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ BÁO CÁO MẠCH LƯU CHẤT

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

MÔN HỌC: THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

BÁO CÁO

MẠCH LƯU CHẤT GVHD: TS Đặng Đình Khôi

2 Hồ Nguyễn Hoài Phong 21128314

4 Nguyễn Ngọc Phương Quỳnh 21128319 5 Lê Nguyễn Minh Phúc 21128315

TP Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2024

Trang 2

MỤC LỤC

I MỤC ĐÍCH 1

II NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU BÀI THÍ NGHIỆM 1

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THÔ 4

V KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 5

1 Kết quả tính toán trong lòng ống trơn Φ21 5

2 Kết quả tính toán trong lòng ống nhám ϕ21 7

3 Kết quả tính toán trong lòng ống có co 90° 8

4 Kết quả tính toán trường hợp van kim mở ½ 10

5 Kết quả tính toán trường hợp van kim mở ¼ .11

VI ĐỒ THỊ 13

6.1 Hệ số ma sát f theo Reynolds 13

6.2 Lưu lượng Q theo độ mở van ở một vài áp suất 15

6.3 Vẽ đường đặc tuyến riêng của van 16

VII BÀN LUẬN 16

VIII TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

Trang 3

MÔN HỌC: THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ HỌC KÌ II NĂM HỌC 2023 – 2024

1 Giảng viên hướng dẫn: TS Đặng Đình Khôi 2 Bài báo cáo: Mạch lưu chất

3 Nhận xét của giảng viên

Trang 4

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI MẠCH LƯU CHẤT

I MỤC ĐÍCH

1 Giúp sinh viên củng cố kiến thức lý thuyết về cơ lưu chất

2 Giúp cho sinh viên làm quen với cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị và phương pháp thí nghiệm: chế độ chảy của chất lỏng, trở lực ma sát, cục bộ của mạng ống 3 Xác định thực nghiệm tổn thất áp suất do ma sát, do trở lực cục bộ (van, co) khi chất

lỏng chảy trong ống dẫn thẳng

4 Xác định chiều dài tương đương của van, co

II NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU BÀI THÍ NGHIỆM2.1 Nội dung

Ở bài thí nghiệm này cần đo các đại lượng sau:

Chênh lệch áp suất khi lưu chất chảy qua các loại ống có đường kính và chiều dài khác nhau, qua van, qua co.

2.2 Yêu cầu

Sinh viên phải nắm vững lý thuyết và hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị cũng như phương pháp thí nghiệm trước khi tiến hành thí nghiệm.

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Tổn thất áp suất khi chất lỏng chảy trong ống dẫn thẳng

• Tổn thất năng lượng khi chất lỏng chảy trong ống dẫn thẳng được xác định theo phương trình Darcey – Weisbach:

(5)

Trong đó: ∆h – tổn thất do ma sát trong ống dẫn thẳng, mm H2O; f – hệ số ma sát.

– tốc độ trung bình, m/s; d – đường kính ống dẫn, m; L – chiều dài ống, m;

Trang 5

Giá trị f được xác định bằng thực nghiệm, phụ thuộc vào Re theo đường cong: (8)

• Khi Re < 2320 → ( 8.1 )

• Khi 2320 < Re < 4000 → ( 8.2 )

• Khi Re ≥ 4000 :

+ 4000 < Re < 6 ( dtđ / )8/7 → (8.3)+ Re > 220 ( dtđ / )9/8

Trang 6

- chuẩn số Reynolds:

; - tổ hợp kích thước hình học không thứ nguyên ∆p – tổn thất áp suất, N/m2;

V – tốc độ dòng, m/s; L – chiều dài ống dẫn, m; d – đường kính ống dẫn, m; ∆ – độ nhám ống dẫn, m; ρ – khối lượng riêng, kg/m3; μ – độ nhớt, N.s/m2;

độ nhớt động học, m2/s.

Như vậy, khi biết chuẩn số Eu, xác định được tổn thất áp suất:

(10)Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng cũng có thể tính theo:

(11)Trong đó: f – hệ số ma sát, ξi - hệ số trở lực cục bộ.

Khi không có trở lực cục bộ và thì tức là cả hai hệ số ma sát f và hệ số trở lực cục bộ ξ đều phụ thuộc vào Re:

(12)

Từ các biểu thức trên khi biết chuẩn số Reynolds, các tổ hợp hình học K1 và K2 sẽ xác

định được hệ số ma sát f , hệ số trở lực cục bộ ξ, cũng như độ nhám , từ số liệu thực nghiệm

Trang 7

• Đặc biệt đối với dòng chảy rối muốn tìm f người ta còn sử dụng giản đồ f theo Re và

(giản đồ Moody)

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THÔ

1 Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất áp suất khi qua các đường ống

Trang 8

2 Thí nghiệm 2: Xác định trở lực cục bộ của van

1 Kết quả tính toán trong lòng ống trơn Φ21

Kết quả tính toán với Q = 12.00 (l/phút), ΔP = 0.3:

Trong đó:

✓ Q: lưu lượng nước (m3/s)

✓ V: tốc độ trung bình dòng chảy của lưu chất (m/s) ✓ d: đường kính ống dẫn (m)

Tra bảng I.249, trang 310, TLTK [1], tại nhiệt độ 32.5oC ta nội suy được các thông số: 𝑄 =12 × 10

60 = 0.0002 (𝑚3

𝑠 )𝑉 = 4𝑄

𝜋×𝑑2= 4×0.0002

𝜋×0.0158752= 1.010 (m/s)

Trang 9

μ = 7.6475 × 10−4 (N.s/m2), 𝜌 = 994.25 (kg/m3) Trong đó:

✓ Re: chuẩn số Reynolds ✓ ρ: khối lượng riêng (kg/m3) ✓ μ: độ nhớt động lực học (N.s/m2)

Chọn độ nhám của ống dẫn là: 𝜀 = 0.00575 𝑚𝑚 Xét: 6 × (𝑑

𝜀)87 = 6 × (15.875

0.00575)87 = 51377.755 Vậy: 4000 < Re < 51377.755

Suy ra, f tính theo công thức: 𝑓 = 1

[1.8×𝑙𝑔𝑅𝑒−1.64]2 = 1

[1.8×𝑙𝑔(20854.6)−1.64]2 = 0.0262 Chuẩn số Euler: 𝛥𝑃

BẢNG 2: KẾT QUÁ TÍNH HỆ SỐ MA SÁT TRONG LÒNG ỐNG TRƠN φ21

𝑅𝑒 =𝑉 × 𝜌 × 𝑑

1.010 × 994.25 × 0.015875

0.00076475 = 20854.6

Trang 10

2 Kết quả tính toán trong lòng ống nhám 𝛟21

Trong đó:

Tra bảng I.249, trang 310, TLTK [1], tại nhiệt độ 32.5oC ta nội suy được các thông số: μ = 7.6475 × 10−4 (N.s/m2), 𝜌 = 994.25 (kg/m3)

Trong đó:

𝜀)87 = 6 × (15.875

0.00575)87 = 51377.755 Vậy: 4000 < Re < 51377.755

[1.8×𝑙𝑔𝑅𝑒−1.64]2 = 1

𝜌×𝑉2= 0.7×1000

994.25×1.0102= 0.69 𝑄 =12 × 10

60 = 0.0002 (𝑚3

𝑠 )𝑉 = 4𝑄

Trang 11

STT Ống φ21 ống nhám

ΔP (kPa) Q(l/ph) Q (m3/s) V (m/s) ρ (kg/m3) μ (N.s/m2) f Re Eu

1 0.7 12 0.000200 1.010 994.25 0.0008 0.0262 20854.6 0.690 2 0.8 13 0.000217 1.095 994.25 0.0008 0.0257 22592.5 0.671 3 1 14 0.000233 1.179 994.25 0.0008 0.0252 24330.4 0.724 4 1.1 15 0.000250 1.263 994.25 0.0008 0.0248 26068.3 0.694 5 1.2 16 0.000267 1.347 994.25 0.0008 0.0244 27806.2 0.665 6 1.4 17 0.000283 1.431 994.25 0.0008 0.0240 29544.1 0.687 7 1.5 18 0.000300 1.516 994.25 0.0008 0.0237 31281.9 0.657 8 1.7 19 0.000317 1.600 994.25 0.0008 0.0234 33019.8 0.668 9 1.8 20 0.000333 1.684 994.25 0.0008 0.0231 34757.7 0.638 10 1.9 21 0.000350 1.768 994.25 0.0008 0.0228 36495.6 0.611 11 2.1 22 0.000367 1.852 994.25 0.0008 0.0226 38233.5 0.615 12 2.3 23 0.000383 1.937 994.25 0.0008 0.0223 39971.4 0.617 13 2.5 24 0.000400 2.021 994.25 0.0008 0.0221 41709.3 0.616 14 2.7 25 0.000417 2.105 994.25 0.0008 0.0219 43447.1 0.613 15 3 26 0.000433 2.189 994.25 0.0008 0.0217 45185 0.630

BẢNG 3: KẾT QUẢ TÍNH HỆ SỐ MA SÁT TRONG LÒNG ỐNG NHÁM φ21

3 Kết quả tính toán trong lòng ống có co 90°

Trong đó:

𝑄 =12 × 10

60 = 0.0002 (𝑚3

𝑠 )𝑉 = 4𝑄

Trang 12

Trong đó:

𝜀)87 = 6 × (15.875

0.00575)87 = 51377.755 Vậy: 4000 < Re < 51377.755

[1.8×𝑙𝑔𝑅𝑒−1.64]2 = 1

𝜌×𝑉2=994.25×1.0100.8×1000 2= 0.788

ΔP (kPa) Q(l/ph) Q (m3/s) V (m/s) ρ (kg/m3) μ (N.s/m2) f Re Eu

1 0.8 12 0.000200 1.010 994.25 0.0008 0.0262 20854.6 0.788 2 1 13 0.000217 1.095 994.25 0.0008 0.0257 22592.5 0.839 3 1.1 14 0.000233 1.179 994.25 0.0008 0.0252 24330.4 0.796 4 1.3 15 0.000250 1.263 994.25 0.0008 0.0248 26068.3 0.820 5 1.5 16 0.000267 1.347 994.25 0.0008 0.0244 27806.2 0.831 6 1.7 17 0.000283 1.431 994.25 0.0008 0.0240 29544.1 0.834 7 1.8 18 0.000300 1.516 994.25 0.0008 0.0237 31281.9 0.788 8 2 19 0.000317 1.600 994.25 0.0008 0.0234 33019.8 0.786 9 2.2 20 0.000333 1.684 994.25 0.0008 0.0231 34757.7 0.780 10 2.5 21 0.000350 1.768 994.25 0.0008 0.0228 36495.6 0.804 11 2.7 22 0.000367 1.852 994.25 0.0008 0.0226 38233.5 0.791 12 3 23 0.000383 1.937 994.25 0.0008 0.0223 39971.4 0.804 13 3.3 24 0.000400 2.021 994.25 0.0008 0.0221 41709.3 0.813 14 3.5 25 0.000417 2.105 994.25 0.0008 0.0219 43447.1 0.794 15 3.9 26 0.000433 2.189 994.25 0.0008 0.0217 45185 0.818

BẢNG 4: KẾT QUẢ TÍNH HỆ SỐ MA SÁT TRONG LÒNG ỐNG CÓ CO 90°

Trang 13

4 Kết quả tính toán trường hợp van kim mở ½

Trong đó:

𝜀)87 = 6 × (15.875

0.00575)87 = 51377.755 Vậy: 4000 < Re < 51377.755

[1.8×𝑙𝑔𝑅𝑒−1.64]2 = 1

𝜌×𝑉2= 0.1×1000

994.25×1.0102= 0.099 Chiều dài tương đương:

Trở lực cục bộ theo độ mở của van

Độ mở Hoàn toàn 3/4 1/2 1/4

𝑠 )𝑉 =𝜋×𝑑4𝑄2=𝜋×0.0158754×0.00022= 1.010 (m/s)

𝑅𝑒 =𝑉 × 𝜌 × 𝑑

1.010 × 994.25 × 0.015875

0.00076475 = 20854.6

Trang 14

STT ΔP

(kPa) Q(l/ph) Q (m3/s)

V (m/s)

ρ (kg/m3)

μ

(N.s/m2) f Re Eu l tđ (m)

1 0.1 12 0.000200 1.010 994.25 0.0008 0.0262 20854.6 0.099 1.27231 2 0.2 13 0.000217 1.095 994.25 0.0008 0.0257 22592.5 0.168 1.29836 3 0.4 14 0.000233 1.179 994.25 0.0008 0.0252 24330.4 0.289 1.32272 4 0.6 15 0.000250 1.263 994.25 0.0008 0.0248 26068.3 0.378 1.34559 5 0.8 16 0.000267 1.347 994.25 0.0008 0.0244 27806.2 0.443 1.36717 6 1 17 0.000283 1.431 994.25 0.0008 0.0240 29544.1 0.491 1.38759 7 1.2 18 0.000300 1.516 994.25 0.0008 0.0237 31281.9 0.525 1.40698 8 1.4 19 0.000317 1.600 994.25 0.0008 0.0234 33019.8 0.550 1.42545 9 1.7 20 0.000333 1.684 994.25 0.0008 0.0231 34757.7 0.603 1.44309 10 1.9 21 0.000350 1.768 994.25 0.0008 0.0228 36495.6 0.611 1.45996 11 2.2 22 0.000367 1.852 994.25 0.0008 0.0226 38233.5 0.645 1.47614 12 2.1 23 0.000383 1.937 994.25 0.0008 0.0223 39971.4 0.563 1.49168 13 2.4 24 0.000400 2.021 994.25 0.0008 0.0221 41709.3 0.591 1.50664 14 2.6 25 0.000417 2.105 994.25 0.0008 0.0219 43447.1 0.590 1.52106 15 3 26 0.000433 2.189 994.25 0.0008 0.0217 45185 0.630 1.53498

BẢNG 5: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TRƯỜNG HỢP VAN KIM MỞ ½

5 Kết quả tính toán trường hợp van kim mở 1/4

Kết quả tính toán với Q = 2.00 (l/phút), ΔP = 1:

Trong đó:

𝑄 =12 × 10

60 = 0.0002 (𝑚3

𝑠 )𝑉 = 4𝑄

𝜋×𝑑2= 4×0.0002

𝜋×0.0158752= 1.010 (m/s)

𝑅𝑒 =𝑉 × 𝜌 × 𝑑=1.010 × 994.25 × 0.015875= 20854.6

Trang 15

Trong đó:

𝜀)87 = 6 × (15.875

0.00575)87 = 51377.755 Vậy: 4000 < Re < 51377.755

[1.8×𝑙𝑔𝑅𝑒−1.64]2 = 1

𝜌×𝑉2=994.25×1.0101×1000 2= 35.464 Chiều dài tương đương:

Trở lực cục bộ theo độ mở của van

Độ mở Hoàn toàn 3/4 1/2 1/4

μ

(N.s/m2) f Re Eu l tđ (m)

1 1 2 0.0000333 0.16841 994.25 0.0008 0.0440 3475.77 35.464 8.1247 2 2.8 3 0.0000500 0.25261 994.25 0.0008 0.0386 5213.66 44.132 9.2469 3 5.3 4 0.0000667 0.33681 994.25 0.0008 0.0354 6951.54 46.989 10.0871 4 8.3 5 0.0000833 0.42102 994.25 0.0008 0.0332 8689.43 47.096 10.7640 5 12 6 0.0001000 0.50522 994.25 0.0008 0.0315 10427.3 47.285 11.3334 6 16.3 7 0.0001167 0.58943 994.25 0.0008 0.0302 12165.2 47.188 11.8262 7 21.1 8 0.0001333 0.67363 994.25 0.0008 0.0291 13903.1 46.767 12.2616 8 26.6 9 0.0001500 0.75783 994.25 0.0008 0.0282 15641 46.584 12.6522 9 23.8 10 0.0001667 0.84204 994.25 0.0008 0.0275 17378.9 33.761 13.0068 10 39.6 11 0.0001833 0.92624 994.25 0.0008 0.0268 19116.7 46.425 13.3318 11 47.1 12 0.0002000 1.01044 994.25 0.0008 0.0262 20854.6 46.398 13.6319

BẢNG 5: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TRƯỜNG HỢP VAN KIM MỞ ¼

Trang 17

Hình 6.3: Đồ thị hệ số ma sát theo Reynolds ống co 90°

Hình 6.4: Đồ thị hệ số ma sát theo Reynolds ống van mở ½

00.0050.010.0150.020.0250.03

Trang 18

Hình 6.5: Đồ thị hệ số ma sát theo Reynolds ống van mở ¼

6.2 Lưu lượng Q theo độ mở van ở một vài áp suất:

Hình 6.6: Đồ thị biểu diễn lưu lượng Q theo độ mở của van

00.000050.00010.000150.00020.000250.0003

Trang 19

6.3 Vẽ đường đặc tuyến riêng của van:

Hình 6.6: Đồ thị biểu diễn Đường đặc tuyến mở của van VII BÀN LUẬN

Nhận xét kết quả thô:

ϕ 21 ống nhám có tổn thất áp suất nhiều hơn so với ϕ 21 ống trơn khi tăng lưu lượng

ϕ 21 có co 90° tổn thất áp suất thấp hơn so với ϕ 21 ống nhám và ống trơn khi cũng tăng lưu lượng

Câu 1: Nhận xét về các đồ thị đã vẽ và so sánh với kết quả trong lý thuyết

- Đồ thị Re theo f

Từ đồ thị ta thấy chuẩn số Re tăng thì hệ số ma sát f giảm Điều này giống với lý thuyết vận tốc tăng khi lưu lượng tăng, làm cho chuẩn số Re tăng theo dẫn đến hệ số ma sát f giảm Trong thí nghiệm các ống chủ yếu là ống chảy rối, lưu lượng đo tăng lên dẫn đến vận tốc tăng làm cho Re tăng lên và làm cho f giảm dần

- Đồ thị Q theo ∆P độ mở van

Ta thấy ở mỗi một lưu lượng khác nhau ứng với những tổn thất áp suất khác nhau theo từng chế độ mở van.Với mở van 1/2 và 1/4 thì lưu lượng càng tăng lên thì tổn thất áp suất càng lớn

0.570.580.590.60.610.620.630.640.650.66

Trang 20

Ngoài ra ta thấy mức độ tổn thất năng lượng cũng thể hiện qua chiều dài tương đương trong bảng tính toán Với mở van càng lớn thì mức độ tổn thất cục bộ càng nhỏ Do mở càng lớn thì lưu lượng ở hai bên van là như nhau nên tổn thất áp suất do van gây ra cũn g ít hơn Khi ta mở van hoàn toàn trở lực sẽ bằng trở lực của đường ống và khi đóng van trở lực sẽ tăng lên

- Đồ thị theo đường đặc tuyến riêng của van

Với việc mở van khác nhau sẽ ảnh hưởng đến tổn thất năng của hệ thống Nếu cùng lưu lượng thì độ mở van ¼ gây tổn thất qua van là lớn nhất

Câu 2: Nhận xét về mức tin cậy của kết quả và các nguyên nhân của sai số

Mức độ tin cậy của kết quả trên không cao vì có nhiều nguyên nhân tác động - Nguyên nhân khách quan:

Lưu lượng dòng bơm vào không ổn định do bơm hoạt động không ổn định

Nhiệt độ lưu chất thay đổi trong quá trình làm thí nghiệm, là ảnh hưởng đến hệ số ma sát gây ra sai lệch trong các lần thí nghiệm

- Nguyên nhân chủ quan:

Thao tác điều chỉnh lưu lượng dòng không đều, đồng thời bơm hoạt động không ổn định nên khi ghi số liệu ổn định thì độ giảm áp đã thay đổi gây ra sự chênh lệch của các kết quả đo Việc mở van ở thí nghiệm 2 có sự chênh lệch giữa các lần mở Tuy nhiên trong quá trình thí nghiệm có nhiều nguyên nhân gây sai số, có những nguyên nhân do máy móc thiết bị ta có thể tạm chấp nhận nhưng những tao tác thí nghiệm cần hạn chế để giảm tránh việc sai số

Câu 3: Dựa trên đồ thị đặc tuyến van đề nghị mục đích sử dụng của van

Qua giản đồ ta thấy được mở không hoàn toàn ¼ và ½ gây ra tổn thất áp suất và tạo ra trở lực lớn Điều này không tốt trong quá trình vận chuyển chất lỏng làm tiêu tốn năng lượng do tổn thất áp suất và tiêu tốn thời gian

Ta thấy trong quá trình mở van gây tổn thất áp suất nên ta có thể ứng dụng trong van tiết lưu thay đổi áp suất đầu vào và ra của hệ thống dẫn khí