ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -90- 4.4.1. Thiết bị tiết lu qui chuẩn 2- Cấu tạo: Nh hình vẽ Khi qua thiết bị tiết lu, chất lỏng sẽ bị mất mát áp suất (P dòng chảy bị thu hẹp nhiều thì P càng lớn thờng P < 1000mmHg (P đợc đo bằng hiệu áp kế). Xét về mặt cơ học chất lỏng thì quan hệ giữa lu lợng và độ chênh áp suất phụ thuộc rất nhiều yếu tố nh : kích thớc, hình dạng thiết bị, tiết lu, tình trạng lu chuyển của dòng chảy, vị trí chỗ đo áp suất, tình trạng ống dẫn chất lỏng. Quá trình tính toán tiết lu có quy định phơng pháp tính toán nh sau : - Dòng chảy liên tục (không tạo xung). - Đờng ống > 50 mm. Nếu dùng ống Venturi thì đờng ống > 100 mm, vành trong ống phải nhẵn trong khoảng 2D. Nhờ những nghiên cứu lý luận và thực nghiệm lâu dài và ngời ta đã giả định một số thiết bị tiết lu quy chuẩn. Hiện nay đây là phơng pháp đo lu lợng thông dụng nhất. -Thiết bị TL qui chuẩn là thiết bị TL mà quan hệ giữa lu lợng và giáng áp hoàn toàn có thể dùng phơng pháp tính toán để xác định. Thiết bị tiết lu quy chuẩn gồm 3 loại : 1- Định nghĩa : TBTL là thiết bị đặt tron g đờn g ốn g làm dòn g chả y có hiện tợn g thu hẹ p cục bộ do tác dụn g của lực q uán tính và lực ly tâm. d 0,03d 0,1d 0,02d 0,03d D 45 o + - ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -91- 3- Nguyên lý đo lu lợng: = = min 2 1 2 1 . FF F F F dP gd (1) Dựa vào phơng trình liên tục ta có : .F . = const (2) a/ Trờng hợp môi chất ít dãn nở = const : Giả sử trong dòng chảy tổn thất năng lợng không có, vận tốc tại các điểm trên tiết diện F 1 bằng vận tốc trung bình 1 , trên F 2 là 2 . P = p1- p2 F1, P1, 1 Fo F2, P2, 2 F2 p P2' P1' P1 P2 Pm p P1' P2' P2 P1 Pm F1, P1, 1 F2, P2, 2 Fo=F2 p P1' P1 Pm Fo=F2 P2=P2' - Voỡng chừn tióỳt lổu - ng phun - ng Venturi quy chuỏứn ( cổớa ngheợn) Ta chỉ xét vòng chắn : Nhờ sự tổn thất của dòn g khi q ua thiết bị tiết lu, dựa vào p hơn g trình Bécnuli tìm đợc tốc độ trung bình dòng tại tiết diện đo. Xét tiết diện I và II ta có sự thay đổi động năng và thế năng : P = p1- p2 Fo F2 F2, P2, 2, 1 F1, P1, 1, 1 ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -92- Nên từ (1) => g P g P 22 2 22 2 11 +=+ (3) (2) F 1 . 1 = F 2 . 2 (4) (4) 0 0 2 1 2 1 F F F F = Ký hiệu n F F o = 2 đặc trng cho chế độ dòng chảy. m F F o = 1 đặc trng cho kích thớc hình học. 1 = m .n . 2 ; )(2 .1 1 ' 2 ' 1 22 2 PPg nm = => )(2 .1 . ' 2 ' 1 22 0 0222 PPg nm Fn FnFQ === Do F 2 phụ thuộc vào chế độ dòng (n) => Q phụ thuộc vào chế độ dòng, độ mất mát áp suất và kích thớc tấm tiết lu. Trong thực tế F 2 rất khó xác định và khoảng cách giữa F 2 đến tấm chắn cũng không thể xác định đợc. Do đó thực tế ta đo áp suất P 1 và P 2 ngay trớc và sau tấm tiết lu và => ta đa ra hệ số . P g FQ = . 2 1 0 [ m /s ] : hệ số lu lợng và xác định bằng thực nghiệm. Thực tế = f (Re, m ) b/ Trờng hợp m/c dãn nở const : Để đơn giản ngời ta đa vào hệ số nhằm vẫn giữ nguyên công thức nh trớc : = > QF g P= . . 0 1 2 : hệ số hiệu chỉnh (hệ số bành trớng), đợc xác định bằng thực nghiệm. = f ( m , 1 P P , số mũ đoạn nhiệt k ) Trong một số trờng hợp không cần độ chính xác cao ta tính theo công thức sau ( < a ) : ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -93- = k k k k k kk P P P P k k PP P P P mn mn 1 1 2 /2 1 2 21 1 /2 1 2 2.2 22 1 1 .1 Trong trờng hợp ống Venturi = 1 : Thay Fo = m . F 1 ta có : )( 2 21 1 1 PP g FmQ = 4- Các tham số cần thiết : a- Số Re : Vì muốn đơn giản, ở trên ta xem phân bố tốc độ trong tiết diện ống dẫn là không đổi, thực tế không đúng nh vậy, do có ma sát giữa môi chất và vách ống mà sự phân bố tốc độ của môi chất trong ống khác nhau và đặc tính của bất kỳ dòng chảy nào đều cũng đợc xác định bằng số Re ứng với trạng thái lúc làm việc. D. Re = ; Re th = 2.300 - Dòng chảy tầng Re < Re th - Dòng chảy rối Re > Re th Ngời ta xác định Re bằng cách dự đoán lu lợng nằm trong khoảng nào đó => vận tốc dòng D D Q == Re 4. 2 Sau khi xác định đợc Re ta suy ra các giá trị khác => Q rồi so sánh 2 giá trị đó cho đến khi sai số nằm trong khoảng cho phép. b- Hệ số lu lợng = f {m, n sự phân bố tốc độ dòng, tổn thất do ma sát và cách lấy áp suất P} Bằng thực nghiệm thì = f ( m, Re ) Đồ thị tính : Nếu Re > Re th thì = f ( m ) = e t Nếu Re < Re th thì = a 1 . a 2 . a 3 . bđ Trong đó bđ = f ( m ) - a 1 là hàm (Re,m ) (Re < Re th ) - a 2 tính đến độ nhám của vách ống a 2 = f (D, m) D 400mm thì a 2 = 1 ban õỏửu Re m1 m2 mn m1 < m2 < m3 ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -94- - a 3 = f (D, m) đặc trng độ côn của đờng ống a 3 đợc tính cho trờng hợp ống chắn. Trong trờng hợp này m = 0,05 ữ 0,7. Trong công nghiệp thờng m = 0,2 ữ 0,4. c- Hệ số hiệu chỉnh = f ( m, P P 1 , k ) đợc tra bảng hoặc đồ thị. Trong trờng hợp này coi quá trình xảy ra là đoạn nhiệt. Thờng đồng hồ đo ta chọn ứng với P trong khoảng 2/3 Q max Trờng hợp P P 1 < 0,06 Thì ta sử dụng công thức : [] = +1041035 2 1 ,,. . m P KP ; Sai số khoảng 0,05%. Chú ý khi tính : Khi Q thay đổi => P thay đổi => cũng biến đổi => khi tính toán ta lấy lu lợng trung bình. d- P : P = g. .h Ngoài ra ta có m = f(D) mà D = f(t o ) Ví dụ : D t = D 20 [1-C (t -20 )] d t = d 20 [1-C (t -20 )] Chú ý : trong công thức là 1 (cha ảnh hởng của tiết lu), đối với chất nớc thì chỉ quan hệ với t 0 , khi ở áp suất cao thì mới chịu ảnh hởng của áp suất, khi đo lu lợng khí và hơi bão hòa thì phải tính đến điều kiện làm việc để có các hệ số hiệu chỉnh. 4- Cách đặt thiết bị tiết lu: Các thiết bị tiết lu có thể đặt trên đờng ống nằm ngang, thẳng đứng, hoặc giữa hai mặt bích và phải đảm bảo đúng vị trí mới giảm đợc sai số đo. Đoạn ống P P1 k m . ' 2 ' 1 22 0 0222 PPg nm Fn FnFQ === Do F 2 phụ thuộc vào chế độ dòng (n) => Q phụ thuộc vào chế độ dòng, độ mất mát áp suất và kích thớc tấm tiết lu. Trong thực tế F 2 rất khó xác định và khoảng cách giữa F 2 đến. Nhờ sự tổn thất của dòn g khi q ua thiết bị tiết lu, dựa vào p hơn g trình Bécnuli tìm đợc tốc độ trung bình dòng tại tiết diện đo. Xét tiết diện I và II ta có sự thay đổi động năng và thế. phân bố tốc độ của môi chất trong ống khác nhau và đặc tính của bất kỳ dòng chảy nào đều cũng đợc xác định bằng số Re ứng với trạng thái lúc làm việc. D. Re = ; Re th = 2.300 - Dòng chảy