Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc Contents Contents 1.TRÍCH YẾU .1 1.1 Mục đích : 1.2 Phương pháp TN: .2 1.3 Kết thí nghiệm: 2 LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 2.1 Khái niệm: 2.2 Xác đònh công suất cánh khuấy P: .3 2.3 Giản đồ công suất chuẩn số đặc trưng: 2.4 Nguyên tắc khuếch đại đồng dạng .5 2.5 Tiên đoán công suất hệ thống thực: .5 THIẾT BỊ & PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: .5 3.1 Thiết bò TN : 3.2 Phương pháp TN: .6 3.3 Nội dung TN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 4.1 Số liệu thơ 4.2 Trường hợp khuấy nhớt cánh khuấy CT2 4.3 Trường hợp khuấy nhớt cánh khuấy CT3 4.4 Trường hợp khuấy nhớt cánh khuấy CP2 4.5 Trường hợp khuấy dầu cánh khuấy CT2 10 4.6 Xây dựng giản đồ Công suất khuấy – Vận tốc khuấy cho bồn nhớt 50m3 đồng dạng bồn nhớt thí nghiệm: .11 BÀN LUẬN: .12 PHỤ LỤC .18 TÀI LIỆU THAM KHẢO .19 1.TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích : Khảo sát giản đồ chuẩn số công suất khuấy Np với nhiều hệ thống có hình dạng khác Trang 1 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc 1.2 Phương pháp TN:  Đo lực ma sát F cách đọc số lực kế sau giá trò vận tốc khuấy N  Tính công suất cánh khuấy  Tính chuẩn số Reynold  Tính chuẩn số công suất  Vẽ giản đồ thể quan hệ Re & N p – gọi giản đồ chuẩn số công suất ( bỏ qua ảnh hưởng chuẩn số Froude) cho hệ thống đồng dạng bình dầu & bình nhớt 1.3 Kết thí nghiệm: - Sau thí nghiệm, đo đạc tính toán ta thu giản đồ chuẩn số công suất khuấy (Np) theo chuẩn số Re cho trường hợp chất lỏng nhớt dầu (Đồ thò phần 4.4) - tất trường hợp, vận tốc khuấy 1100 vòng/phút Trên 1100 vòng/phút, máy bò lắc mạnh - Nhận xét kết TN: • Trong trường hợp có chặn chẩn số công suất lớn trường hợp chặn Nghóa công suất tiêu hao P cho khuấy có chặn lớn chặn với giá trò vận tốc khuấy • Khuấy dầu dễâ tạo lõm xoáy khuấy nhớt Trang 2 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: 2.1 Khái niệm: Khuấy trình làm giảm không đồng chất lỏng Đó chênh lệch nồng độ, độ nhớt, nhiệt độ… vò trí khác lòng chất lỏng 2.2 Xác đònh công suất cánh khuấy P: Công suất khuấy P phụ thuộc nhiều yếu tố biễu sau: P = f ( N , d , µ , ρ , D, H , Z , kích thước khác) (1) Bằng phương pháp phân tích thứ nguyên, người ta thiết lập phương trình chuẩn số tính công suất khuấy dạng: P = N p N d ρ (2) bò: Trong Np chuẩn số công suất, phụ thuộc vào chế độ thủy động lực học thiết N p = f (Re, Fr , Ga, ) (3) Với: • Np = P : Chuẩn số công suất, vô thứ nguyên N d 5ρ • Re = d2 Nρ : Chuẩn số Reynolds cánh khuấy, tỷ số lực ly tâm & lực ma sát µ N2 d : Chuẩn số Froude, tỷ số lực ly tâm & lực trọng trường, đặc trưng cho g hình thành xoáy phễu • Fr = d Z H , , , S1 , S2 , thừa số hình dạng hệ thống Dt Dt Dt Trong : ♦ P : Công suất khuấy (W) ♦ N : Vận tốc cánh khuấy (1/s) ♦ d : Đường kính cánh khuấy (m) ♦ ρ : Khối lượng riêng chất lỏng khuấy (kg/m3) ♦ µ : Độ nhớt động lực học chất lỏng khuấy (N/s.m) Như vấn đề ước đoán công suất khuấy phức tạp cần biết rõ ảnh hưởng hình dáng hệ thống 2.3 Giản đồ công suất chuẩn số đặc trưng: Trên thực tế, người ta đo ảnh hưởng chuẩn số Reynolds Froude chuẩn số công suất sau xác đònh thừa số hình dạng - Chuẩn số công suất: Ta viết: P = Ff.v = J.A.v A ~ d2 • Trang 3 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc v ~ πdN Trong : • Ff : Lực ma sát • v : vận tốc lưu chất • J : Hệ số ma sát • A : Diện tích cánh khuấy vuông góc với phương chuyển động dòng lưu chất • d : Đại lượng chiều dài P Jd3N J J P = ~ ~ 2 ~ Vậy 5 d Nρ d Nρ d Nρ vρ (4) Ta thấy chuẩn số công suất có ý nghóa thùa số ma sát - Chuẩn số Reynolds cánh khuấy: Suy thẳng từ đònh nghóa chuẩn số Re dòng chảy thay vận tốc v số vòng quay N D.v.ρ d2 N.ρ Re = = (5) µ µ - Chuẩn số Froude: Là tỉ số lực ly tâm gia tốc trọng trường d.N2 v2 Fr = = g d.g (6) Chính quân bình hai lực tạo nên xoáy lốc hình phễu Xoáy lốc gây lực phụ tác dụng ngang lên trục khuấy, lực lớn độ sâu xoáy phễu lớn độ sâu cánh khuấy tính từ mặt thoáng chất lỏng khí lọt vào chất lỏng làm giảm đáng kể hiệu suất khuấy Sự tạo phễu gây đảo, lắc trục khuấy trục khuấy không lắp đặt tâm Vận tốc khuấy cao khả tạo xoáy phễu lớn, để khắc phục tượng này, người ta bố trí chặn để ngăn cản tạo phễu, hiệu suất khuấy tăng lên công suất cánh khuấy tăng lên sức cản khuấy tăng - Nếu lực ly tâm nhỏ (Re < 300) chuẩn số Fr chưa đáng kể (gần số không)và công suất khuấy trường hơp có chắn chắn nhau, xoáy lốc chưa xuất - Ở chuẩn số Re cao bình chắn người ta gộp ảnh hưởng chuẩn số Fr vào chuẩn số công suất qua đònh nghóa chuẩn số công suất hiệu chỉnh: Np Np* = (7) Fr m Lũy thừa m tùy thuộc hình dáng cánh khuấy hệ thống a − log(Re) m= (8) b Trong : a,b số phụ thuộc hình dạng cánh khuấy thừa số hình dạng Đối với chong chóng cánh bước có H/D t = 3,3 Z/d = a = 1,7 b = 18,0 Trang 4 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc Một cách tổng quát, ta có : Np = f ( Re, Fr ) = C N Re α Fr α (9) Trong : CN, α1, α2, số phụ thuộc chế độ khuấy Nếu lưu chất khuấy có chế độ chảy : • Chảy tầng : α1 = -1, α2 = P0 = CNRe-1 • Chảy rối có cản : α1 = 0, α2 = P0 = CN a − log(Re) • Chảy rối cản : α1 = 0, α2 = , trở lại trường hợp b 2.4 Nguyên tắc khuếch đại đồng dạng Hai hệ thống gọi đồng dạng hoàn toàn chúng thỏa mãn đồng thời : • Đồng dạng hình học • Đồng dạng động học • Đồng dạng động lực học Mô hình đồng dạng hoàn toàn đòi hỏi tất chuẩn số vô thứ nguyên tương ứng Khi cần thiết kế hệ thống khuấy lớn cho công nghiệp, người ta thường tạo mô hình nhỏ đo thực nghiệm giản đồ công suất mô hình Vì có đồng dạng hình học hai hệ thống nhỏ lớn nên giản đồ áp cho haivà dùng để tiên đoán công suất cường độ khuấy nhà máy: nguyên tắc khuếch đại đồng dạng Trong thực tế, nhiều khó thực mô hình đồng dạng hoàn toàn, hai hệ thống lớn nhỏ gần đống dạng có vài dò biệt ta dùng hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm Tuy nhiên thực nghiệm người ta nhận thấy : N p = f (Re) Có phương pháp xác đònh chuẩn số công suất Np • Xác đònh Np theo phương pháp giải tích : −m • Xác đònh Np theo phương trình chuẩn số : N p = C Re , giá trò C & m xác đònh qua bảng tra • Xác đònh Np theo đồ thò (dùng giản đồ công suất) 2.5 Tiên đoán công suất hệ thống thực: Khi cần thiết kế hệ thống khuấy trọn công nghiệp, người ta tạo mô hình mẫu nhỏ xây dựng giản đồ chuẩn số công suất cho mô hình Mô hình mẫu phải đồng dạng với mô hình thực tế Vì đồng dạng mà mô hình lớn dùng chung giản đồ mô hình mẫu Từ ta tiên đoán công suất thực cần thiết THIẾT BỊ & PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: 3.1 Thiết bò TN : bình chứa dầu nhớt • Trang 5 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc cánh khuấy turbine CT2, CT3 & cánh khuấy chân vòt CP2 trục gắn cánh khuấy • chặn • động cớ ¼ mã lực thay đổi vận tốc – 1200v/ph hộp số • lực kế lò xo có thang đo – 2lbf • vận tốc kế có thang đo ( 0- 3000; 0- 600; – 1200v/ph) (ở chọn thang đo • 0-3000) 3.2 Phương pháp TN: 3.2.1 Đo công công suất khuấy: Công suất khuấy P tính công thức: P = 2π r.F N (10) Trong đó: r = inch khoảng cách từ vò trò gắn lò xo đến trục động cơ; F-lực ma sát chất lỏng cánh khuấy, N- số vòng quay cánh khuấy 3.2.2 Vận tốc khuấy N: Đọc vận tốc kế (v/ph) 3.3 Nội dung TN (1) Chọn lưu chất dầu nhớt để tiến hành TN (2) Chọn cánh khuấy turbine (CT2 hay CT3) hay cánh khuấy chân vòt CP2 lắp vào trục khuấy (3) Đôi với nhớt điều chỉnh tốc độ khuấy 300,400,500,600 Còn dầu chọn tốc độ khuấy 200,300,400,500 vòng/phút * Chú ý tiến hành TN : • Không nên chạy máy 1100vòng/phút máy rung, nguy hiểm • Khi đọc vận tốc thử để vận tốc kế thang -1200prm trước Nếu thấy chưa đủ xác giảm xuống thang đo nhỏ Tránh để kim nhảy mức tối đa thang đo • Mỗi bật tắt động hay thay đổi vận tốc khuấy, phải dùng tay giữ động cho lực ban đầu không làm động xoay mạnh gây va chạm làm hư máy • Khi tháo lắp cánh khuấy , trục … không để rơi xuống làm vỡ bình • Trước dùng lực kế phải chỉnh động quay • Khi quay hộp số để điều chế vận tộc, phải tháo rời lò xo khỏi động • KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 4.1 Số liệu thơ Chất lỏng Nhớt -cánh khuấy CT2 Không có Trang Vận tốc khuấy (vòng/ph) 300 F(lbf) 0.035 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc chặn Có chặn - cánh khuấy CT3 Không có chặn Có chặn - cánh khuấy CP2 Không có chặn Có chặn Dầu -cánh khuấy CT2 Không có chặn Có chặn 400 500 600 300 400 500 600 300 400 500 600 300 400 500 600 300 400 500 600 300 400 500 600 200 300 400 500 200 300 400 500 4.2 Trường hợp khuấy nhớt cánh khuấy CT2 CT2 Nhớt-Không có chặn N(v/ph) N(v/s) F(lbf) F(N) P(W) Re 300 5.000 0.035 0.156 0.621 272.195 400 6.667 0.045 0.200 1.065 362.926 500 8.333 0.065 0.289 1.923 453.658 600 10.000 0.07 0.312 2.486 544.390 Nhớt- Có chặn Trang 0.045 0.065 0.07 0.055 0.06 0.085 0.085 0.021 0.04 0.045 0.05 0.05 0.06 0.08 0.07 0.03 0.04 0.045 0.03 0.045 0.05 0.08 0.06 0.028 0.038 0.045 0.05 0.036 0.04 0.058 0.07 Np 2.271 1.642 1.518 1.135 Ghi Khuấy chất lỏng N(v/ph) 300 400 500 600 GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc N(v/s) 5.000 6.667 8.333 10.000 F(lbf) 0.055 0.06 0.085 0.085 F(N) 0.245 0.267 0.378 0.378 P(W) 0.977 1.420 2.515 3.018 Re 272.195 362.926 453.658 544.390 4.3 Trường hợp khuấy nhớt cánh khuấy CT3 Nhớt-Không có chặn N(v/ph) N(v/s) F(lbf) F(N) P(W) Re 300 5.000 0.021 0.093 0.373 189.024 400 6.667 0.04 0.178 0.947 252.032 500 8.333 0.045 0.200 1.332 315.040 600 10.000 0.05 0.223 1.775 378.048 CT3 Nhớt- Có chặn N(v/ph) N(v/s) F(lbf) F(N) P(W) Re 300 5.000 0.05 0.223 0.888 189.024 400 6.667 0.06 0.267 1.420 252.032 500 8.333 0.08 0.356 2.367 315.040 600 10.000 0.07 0.312 2.486 378.048 Trang Np 3.568 2.190 1.985 1.379 Ghi Np 3.390 3.632 2.615 2.018 Ghi Np 8.072 5.449 4.650 2.825 Ghi Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc 4.4 Trường hợp khuấy nhớt cánh khuấy CP2 CP2 N(v/ph) 300 400 500 600 N(v/s) 5.000 6.667 8.333 10.000 N(v/ph) 300 400 500 600 N(v/s) 5.000 6.667 8.333 10.000 Nhớt-Không có chặn F(lbf) F(N) P(W) Re 0.03 0.134 0.533 272.195 0.04 0.178 0.947 362.926 0.045 0.200 1.332 453.658 0.03 0.134 1.065 544.390 Nhớt- Có chặn F(lbf) F(N) P(W) Re 0.045 0.200 0.799 272.195 0.05 0.223 1.184 362.926 0.08 0.356 2.367 453.658 0.06 0.267 2.131 544.390 Trang Np 1.946 1.460 1.051 0.487 Ghi Np 2.920 1.825 1.869 0.973 Ghi Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc 4.5 Trường hợp khuấy dầu cánh khuấy CT2 Dầu-Không có chặn N(v/ph) N(v/s) F(lbf) F(N) P(W) Re 200 3.333 0.028 0.125 0.331 303.072 300 5.000 0.038 0.169 0.675 454.608 400 6.667 0.045 0.200 1.065 606.144 500 8.333 0.05 0.223 1.480 757.680 CT2 Dầu- Có chặn N(v/ph) N(v/s) F(lbf) F(N) P(W) Re 200 3.333 0.036 0.160 0.426 303.072 300 5.000 0.04 0.178 0.710 454.608 400 6.667 0.058 0.258 1.373 606.144 500 8.333 0.07 0.312 2.071 757.680 Trang 10 Np 4.291 2.588 1.724 1.226 Ghi Np 5.517 2.724 2.222 1.716 Ghi 10 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc 4.6 Xây dựng giản đồ Công suất khuấy – Vận tốc khuấy cho bồn nhớt 50m3 đồng dạng bồn nhớt thí nghiệm: Đường kính bồn nhớt thực tế: D = 4.572m Chọn loại cánh khuấy mái chèo đồng dạng với cánh khuấy CT2 có đường kính d = 1.45161 m (trường hợp có chặn) Vận tốc khuấy (vòng/s) 0.0152 0.0182 0.0202 0.0253 Re Np 300 360 400 500 3.15 2.25 2.05 1.7 P (W) 0.06058 0.07477 0.09345 0.15136 4.4 Đồ thò Trang 11 11 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc BÀN LUẬN: 5.1 Ảnh hưởng chặn đến công suất khuấy: - Trong thí nghiệm, ta thấy với vận tốc khuấy, trường hợp lắp chặn có chuẩn số công suất (hay công suất) khuấy cao so với không lắp chặn Khi vận tốc khuấy nhỏ, công suất khuấy có chặn chênh lệch không nhiều.Vì lúc ảnh hưởng lực ly tâm không đáng kể, lúc chưa xuất xoáy phễu, dòng lưu chất không tác dụng nhiều với chặn nên ảnh hưởng chặn rõ Khi vận tốc khuấy lớn, lực ly tâm lớn, xuất xoáy phễu thiết bò chặn.Nếu có chặn, trở lực cản trở dòng chảy xoáy tròn chất lỏng bồn khuấy tăng, chất lỏng va đập vào chặn, truyền bớt lượng, giảm vận tốc, chảy theo biên chặn, không tạo thành xoáy phễu Khi chất lỏng tiếp xúc với bình ma sát với chặn, thêm lượng , đồng thời chất lỏng dội ngược va chạm nhiều với cánh khuấy, nên công suất khuấy có chặn cần phải lớn Trong trường hợp có chặn dùng công suất với trường hợp không lắp chặn trở lực dòng chảy đó, vận tốc khuấy đạt giá trò thấp Vì vậy, để đảm bảo vận tốc khuấy cần thiết, ta phải cung cấp công suất lớn trường hợp không lắp chặn -Trong thí nghiệm, công suất khuấy (P) tính theo công thức : P = N P.N3.d5.ρ (W) Có thể thấy công suất khuấy tỉ lệ thuận với chuẩn số công suất khuấy N P Do Trang 12 12 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc dựa vào giản đồ công suất khuấy để nhận xét Kết thí nghiệm thực tế tương đối xác so với lí thuyết Trường hợp lắp chặn chuẩn số công suất khuấy cao hẳn so với thành trơn => Công suất khuấy cao Sự tiêu thụ lượng loại cánh khuấy Với loại cánh khuấy điều kiện thí nghiệm thông số khác, đường kính cánh khuấy lớn lượng tiêu thụ lớn Trong trường hợp đó, lượng tiêu thụ phụ thuộc vào tiết diện vuông góc với vận tốc dài cánh khuấy Tiết diện lớn, lực cản chất lỏng lên cánh khuấy lớnnăng lượng tiêu hao để thắng lực cản lớn Lực cản biểu diễn phương trình Newton : dv P = µ A dy Trong : • P : Lực cản (N) • µ : Hệ số nhớt động lực học (N.s/m2) • A : Tiết diện vuông góc với vận tốc dòng chảy • dv/dy : Gradient vận tốc lưu chất theo phương vuông góc dòng chảy Trong thí nghiệm, ta thấy - Cánh khuấy CT2 tiêu thụ lượng lớn cánh khuấy C T3, thể chỗ công suất khuấy lớn Vì: cánh khuấy C T2 có đường kính inch, cánh khuấy C T3 có đường kính 2.5 inch diện tích bề mặt vuông góc vận tốc dài cánh khuấy cánh khuấy C T3 lớn - Cánh khuấy CP2, có đường kính với cánh khuấy C T3, nhiên cấu tạo có dạng chong chóng, phần tiết diện vuông góc với vận tốc dài bé cánh khuấy CT3 tiêu thụ lượng thấp Có điểm cần lưu ý cấu tạo chong chóng, cánh khuấy CP2 làm tăng lực đẩy theo chiều trục, tăng cường khuấy trộn dọc • Xét thực tế thí nghiệm, kết tương đối xác so với lí thuyết Vẽ giản đồ so sánh công suất tiêu thụ loại cánh khuấy trường hợp khuấy nhớt (có chặn chắn) thấy mối tương quan Như ta thấy mức tiêu thụ lượng loại cánh khuấy CT2 > CT3 > CP2 Ngoài ra, đồ thò có số điểm không xác sai số trình thí nghiệm Trang 13 13 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc Khoảng cách vận tốc trường hợp khuấy dầu lớn khuấy nhớt: Theo hướng dẫn thí nghiệm : với nhớt chọn vận tốc 200, 400,600, 800 1000; với dầu chọn 50, 400, 700, 900, 1100 Trang 14 14 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc Do độ nhớt dầu nhỏ nhiều so với nhớt, gần phân nửa Vì lực ma sát đo khuấy dầu nhỏ khuấy nhớt Nếu lấy khoảng vận tốc khuấy hai chất lỏng giống khoảng cách lực đo khuấy dầu nhỏ khó phân biệt Vì vậy, khoảng cách vận tốc thí nghiệm khuấy dầu phải lớn thí nghiệm khuấy nhớt để tăng khoảng cách lực ma sát đo đượcdễ đọc giá trò lực kế Khi làm thí nghiệm, vận tốc chọn với nhớt 300, 400, 500, 600; với dầu 200, 300, 400, 500 Khoảng cách vận tốc đo với dầu nhớt không chênh lệch nên đọc giá trò có phần khó khăn biên độ dao động lực kế nhỏ Trong trường hợp có xoáy phễu ? Xoáy phễu có lợi hay không Có phương án làm xoáy phễu ? Bề mặt xoáy phễu lõm xuống hay lồi lên? Tại sao? • Chất lỏng chuyển động thùng khuấy chòu tác dụng trường lực ly tâm cánh khuấy, bề mặt thoáng chất lỏng thiết bò từ phẳng chuyển thành parabol mà đáy tâm Hiện tượng gọi tạo phễu thiết bò khuấy Xoáy phễu xuất vận tốc xoay dòng lưu chất lớn, lực ly tâm đủ lớn, tạo trường lực cân với trọng lực chất lỏng làm cho bề mặt phần chất lỏng phân bố theo dạng cong lõm Dạng cong lõm xoáy giải thích theo cách: + Theo giải tích: Mặt thoáng chất lỏng thiết bò mặt cong biểu diễn phương trình: dz vt2 = dr rg B.N d Trong đó: z0 – độ sâu phễu, z0 = h1 + h2; z = 2g B- tham số phụ thuộc vào thông số phân bố tốc độ,ψ B = f(ψ ) • biễu diễn đồ thò h1-khoảng cách từ mực chất lỏng ban đầu đến đến đáy lõm xoáy,m h2- mực chất lỏng dâng lên thành thiết bò,m Rõ ràng lấy tích phân phương trình z0 = - f(vt , r, g, …) < 0, bề mặt lõm xoáy (dạng parabol) lõm xuống + Theo chất: lực ly tâm có xu hướng đem phần tử chất lỏng từ tâm Đến thành bình, chúng bò cản lại ứ đọng Vì mật độ phần tử chất lỏng tâm bình thành bình xuất dạng lõm (do thiếu chất lỏng tâm bình khuấy) Cánh khuấy chân vòt có tác dụng tăng cường khuấy trộn dọc nên tạo xoáy phễu • Thường xoáy phễu lợi,vì : - Sự tạo phễu ảnh hưởng không tốt đến trình khuấy Từ phễu khí xâm nhập vào môi trường lỏng làm giảm hiệu trình khuấy (ta xét khuấy chất lỏng), đồng thời cánh khuấy chòu tác dụng lực phụ làm tăng công suất khuấy - Chất lỏng bò tổn thất bò tràn Trang 15 15 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc Ngoài chất lỏng đem khuấy thường có tính chất vật lý khác (độ nhớt, khối lượng riêng), nên tác dụng trường lực ly tâm xuất khả phân ly (phân lớp) chất lỏng, làm giảm hiệu trình khuấy (mục đích khuấy làm giảm không đồng nhất, phân lớp chất) - • Người ta thường tránh khả tạo xoáy phễu phương án sau: + Đặt lệnh tâm cánh khuấy vào bể ( thùng) khuấy: đặt nghiêng hay đặt nằm ngang, nhằm làm cho xoáy phễu tạo thành lệch tâm va đậm vào thành dội ngược trở lại, phá vỡ lõm xoáy mà không làm tăng diện tích tiếp xúc, tăng lực ma sát tăng công suất động + Ghép chặn thùng khuấy: Ghép chặn thành thùng, dùng vòng cản, rối dòng, ống thẳng đứng đặt thùng, vòng ống … Nhược điểm tăng diện tích tiếp xúc làm tăng lực ma sát công suất động Tuy nhiên, việc đặt lệch tâm cánh khuấy ghép chặn thùng chắn xuất thêm trở lực cục xuất vùng tù => để giảm thiểu vùng tù ta phải tăng vận tốc khuấy trộn Nhận xét mức độ tin cậy phương pháp đồng dạng.Phân tích trường hợp bồn “50m3” trên: Phương pháp đồng dạng phương pháp ứng dụng nhiều nghiên cứu thiết kế hệ thống Nguyên tắc hai hệ thống đồng dạng hình học sử dụng giản đồ công suất hệ thống nhỏ thí nghiệm để suy cho hệ thống lớn thực tế.Phương pháp có lợi ta tiến hành thí nghiệm quy mô nhỏ, tốn kém, dễ kiểm soát trình thí nghiệm Tuy mức độ tin cậy phương pháp đồng dạng không cao chấp nhận chưa có mô hình giải tích xác để tính toán hệ thống thực Mô hình thí nghiệm mô hình hệ thống thực đồng dạng hoàn toàn đáp ứng yêu cầu - Đồng dạng hình học - Đồng dạng động học - Đồng dạng động lực học Thực tế để đạt yếu tố không thế.Ta tạo mô hình gần * Ở yêu cầu đồng dạng hình học : thiết kế thật sự, ta gặp sai số chế tạo thiết bò đo, cách đọc giá trò.Ở mô hình nhỏ, sai số nhỏ, bò tăng lên chuyển sang mô hình lớn Khi kích thước không gian mô hình khác biệt nhau, dùng tỷ lệ cho chiều không gian kích thước mô hình nhỏ thí nghiệm được, ảnh hưởng sức căng bề mặt trở nên rõ rệt, làm sai lệch Trang 16 16 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc kết Trong trường hợp đó, ta làm mô hình với tỷ lệ mô hình khác cho nhiều chiều không gian * Ở yêu cầu đồng dạng động học động lực học : ta xem xét hết tất loại lực tác dụng lên hệ thống Việc lựa chọn, xét lực đáng kể khiến mô hình trở nên gần Khi mô hình nhỏ, có lực không đáng kể, ta bỏ qua, hệ thống lớn, lực ảnh hưởng đáng kể đến trình Ví dụ với hệ thống lớn, khối lượng lưu chất lớn, ta phải xét thêm lực quán tính Như phương pháp khuếch đại đồng dạng đáng tin cậy khoảng biến đối không lớn kích thước phải có yếu tố hình học hoàn toàn phù hợp Chính đem áp dụng vào thực tế người ta thường nhân thêm hệ số hiệu chỉnh để phương pháp hiệu • Phân tích trường hợp “bồn nhớt 50m3” trên: Ta thiết kế bồn 50m3 theo tiêu chuẩn đồng dạng hình học (tỉ lệ kích thước với mô hình thí nghiệm) tiêu chuẩn động học (dựa vào giản đồ chuẩn số công suất khuấy).Do thiết kế chắn chắn có nhiều sai số Nguyên nhân - Quá trình thí nghiệm có nhiều sai số (chỉnh vận tốc không xác,đọc lực kế không xác, sai số tính toán) dẫn đến kết thiếu xác - Khi đo gặp sai số hệ thống (của thước đo đo kích thước hệ thống, lực kế, vận tốc kế) - Hệ thống thực tế có kích thước lớn nhiều lần so với thí nghiệm nên sai số bò nhân lên nhiều lần, khiến cho việc thiết kế tiên đoán không xác, khó áp dụng vào hệ thống - Đồng thời điều kiện vận hành thực tế bồn nhớt ( nhiệt độ, áp suất ) chưa thật tương đồng với điều kiện thí nghiệm Chuyển giao giản đồ Sau xây dựng thành công bồn chứa 50m3, điều phải làm làm thực nghiệm lập nên giản đồ N P – Re Sau đối chiếu với giản đồ thí nghiệm lí thuyết Từ xác đònh hệ số hiệu chỉnh Sau làm xong bước đó, ta có giản đồ hoàn chỉnh dùng giản đồ để tính toán cho thiết bò có dung tích lớn dựa giản đồ hoàn chỉnh Và giản đồ lập áp dụng để thiết kế thiết bò công nghiệp đưa vào sản xuất theo qui mô công nghiệp Trang 17 17 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc PHỤ LỤC * Các thông số cần thiết: - Đường kính bình nhớt dầu : DN = 24cm, Dd = 30cm - Đường kính cánh khuấy: CT2 : d = inch; CT3 : d = 2,5 inch; CP2 : d = inch - Khối lượng riêng nhớt dầu là: ρ N = 852,15kg / m , ρ d = 811,75kg / m - Độ nhớt nhớt dầu là: µ N = 90,89cP = 0.09089 Pa.s µ d = 51,84cP = 0.05184 Pa.s - Chiều cao mực chất lỏng: nhớt :HN = 16cm; dầu : Hd= 25cm - Chiều cao mực chất lỏng từ đáy bình đến cánh khuấy : ZN = 10 cm; - Bề dày chặn: δ = 3mm , bề ngang chặn : b = 2.5 cm * Tính toán giá trò: N (v / ph) N (v / s ) = 60 F ( N ) = F (lbf ) × 4.45 P Np = N d ρ d2 Nρ Re = µ P = 2π r.F N với r = inch *Tính toán trường hợp bồn nhớt thực tế 50m3: πD H = 0.007235m - Thể tích bồn nhớt thí nghiệm: VTN = VTT = 19.05 - Tỉ số đồng dạng hình học: l = VTN Với VTT = 50m3 Đường kính bồn nhớt thực tế: DTT = D × l =4.572m - Đường kính cánh khuấy thực tế: d TT = d × l = 1.45161 m - Chọn giá trò N(v/s) cho giá trò Re (tính theo dTT ) ≈ giá trò Re (tính theo d) - Từ giản đồ Np – Re cánh khuấy CT2 trường hợp khuấy nhớt, tra giá trò Np cho trường hợp thực tế - Tính công suất khuấy thực tế: PTT = NpN d TT ρ o Đơn vò: lbf = 4,45 N inch = 0,0254m Trang 18 18 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc v/ph = 1rpm = 1/60 v/s cP = 10-3Pa.s TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Tập thể Tác giả môn Máy & Thiết bò – Khoa Công nghệ Hóa học & Dầu khí – Trường Đại học Bách khoa –Đại học Quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, “ Thí nghiệm Quá trình & Thiết bò”,9/2003 [2] Tập thể tác giả, “ Sổ tay Quá trình & Thiết bò Công nghệ Hóa chất – tập 1”,Nhà xuất Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội,1992 [3] Nguyễn văn Lụa, “Quá trình & Thiết bò Công nghệ Hóa học & Thực phẩm – tập – Các Quá trình & Thiết bò Cơ học – 1- Khuấy Lắng Lọc ”,NXB –Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2001 Trang 19 19 [...]... chất lỏng ở tâm bình khuấy) Cánh khuấy chân vòt có tác dụng tăng cường khuấy trộn dọc nên sẽ ít tạo xoáy phễu hơn • Thường thì xoáy phễu không có lợi,vì : - Sự tạo phễu ảnh hưởng không tốt đến quá trình khuấy Từ phễu khí có thể xâm nhập vào môi trường lỏng làm giảm hiệu quả của quá trình khuấy (ta xét khuấy chất lỏng) , đồng thời cánh khuấy chòu tác dụng của lực phụ làm tăng công suất khuấy - Chất lỏng. .. ra ngoài Trang 15 15 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc Ngoài ra các chất lỏng đem khuấy thường có tính chất vật lý khác nhau (độ nhớt, khối lượng riêng), nên dưới tác dụng của trường lực ly tâm có thể xuất hiện khả năng phân ly (phân lớp) của các chất lỏng, làm giảm hiệu quả của quá trình khuấy (mục đích của khuấy là làm giảm sự không đồng nhất, sự phân lớp của các chất) - • Người ta thường... Trang 14 14 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc Do độ nhớt của dầu nhỏ hơn nhiều so với nhớt, chỉ gần bằng phân nửa Vì vậy lực ma sát đo được khi khuấy dầu sẽ nhỏ hơn khi khuấy nhớt Nếu lấy khoảng vận tốc khuấy hai chất lỏng giống nhau thì khoảng cách giữa các lực đo được khi khuấy dầu sẽ nhỏ khó phân biệt Vì vậy, khoảng cách vận tốc của thí nghiệm khuấy dầu phải lớn hơn thí nghiệm khuấy nhớt... Gradient vận tốc lưu chất theo phương vuông góc dòng chảy Trong thí nghiệm, ta thấy - Cánh khuấy CT2 tiêu thụ năng lượng lớn hơn cánh khuấy C T3, thể hiện ở chỗ công suất khuấy lớn hơn Vì: cánh khuấy C T2 có đường kính 3 inch, cánh khuấy C T3 có đường kính 2.5 inch diện tích bề mặt vuông góc vận tốc dài cánh khuấy của cánh khuấy C T3 lớn hơn - Cánh khuấy CP2, tuy có đường kính bằng với cánh khuấy C T3, tuy... Tại sao? • Chất lỏng khi chuyển động trong thùng khuấy chòu tác dụng của trường lực ly tâm cánh khuấy, cho nên bề mặt thoáng chất lỏng trong thiết bò từ phẳng chuyển thành parabol mà đáy của nó tại tâm Hiện tượng này gọi là sự tạo phễu trong thiết bò khuấy Xoáy phễu xuất hiện khi vận tốc xoay của dòng lưu chất lớn, lực ly tâm đủ lớn, sẽ tạo ra một trường lực cân bằng với trọng lực chất lỏng làm cho... khuấy (P) được tính theo công thức : P = N P.N3.d5.ρ (W) Có thể thấy công suất khuấy tỉ lệ thuận với chuẩn số công suất khuấy N P Do đó có thể Trang 12 12 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc dựa vào giản đồ công suất khuấy để nhận xét Kết quả thí nghiệm thực tế tương đối chính xác so với lí thuyết Trường hợp lắp tấm chặn chuẩn số công suất khuấy cao hơn hẳn so với thành trơn => Công suất khuấy. . .Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc 4.6 Xây dựng giản đồ Công suất khuấy – Vận tốc khuấy cho bồn nhớt 50m3 đồng dạng bồn nhớt thí nghiệm: Đường kính bồn nhớt thực tế: D = 4.572m Chọn loại cánh khuấy mái chèo đồng dạng với cánh khuấy CT2 có đường kính d = 1.45161 m (trường hợp có tấm chặn) Vận tốc khuấy (vòng/s) 0.0152 0.0182 0.0202 0.0253 Re Np... 0.07477 0.09345 0.15136 4.4 Đồ thò Trang 11 11 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn Thò Như Ngọc 5 BÀN LUẬN: 5.1 Ảnh hưởng của tấm chặn đến công suất khuấy: - Trong các thí nghiệm, ta luôn thấy với cùng một vận tốc khuấy, trường hợp lắp tấm chặn sẽ có chuẩn số công suất (hay công suất) khuấy cao hơn so với không lắp tấm chặn Khi vận tốc khuấy nhỏ, công suất khuấy khi có và không có tấm chặn chênh lệch không... Khi đó chất lỏng ngoài tiếp xúc với bình còn ma sát với tấm chặn, mất thêm năng lượng , đồng thời chất lỏng dội ngược về va chạm nhiều hơn với cánh khuấy, nên công suất khuấy khi có tấm chặn cần phải lớn hơn Trong trường hợp có tấm chặn nếu dùng một công suất bằng với trường hợp không lắp tấm chặn thì do trở lực dòng chảy đó, vận tốc khuấy sẽ đạt giá trò thấp hơn Vì vậy, để đảm bảo được vận tốc khuấy. .. đến đến đáy của lõm xoáy,m h2- mực chất lỏng dâng lên ở thành thiết bò,m Rõ ràng lấy tích phân của phương trình trên thì z0 = - f(vt , r, g, …) < 0, do vậy bề mặt của lõm xoáy (dạng parabol) sẽ lõm xuống + Theo bản chất: lực ly tâm có xu hướng đem các phần tử chất lỏng từ tâm ra ngoài Đến thành bình, chúng bò cản lại và ứ đọng tại đó Vì vậy mật độ các phần tử chất lỏng ở tâm bình sẽ ít hơn ở ngoài thành ... làm giảm hiệu trình khuấy (ta xét khuấy chất lỏng) , đồng thời cánh khuấy chòu tác dụng lực phụ làm tăng công suất khuấy - Chất lỏng bò tổn thất bò tràn Trang 15 15 Khuấy chất lỏng GVHD: Cô Nguyễn... lên trục khuấy, lực lớn độ sâu xoáy phễu lớn độ sâu cánh khuấy tính từ mặt thoáng chất lỏng khí lọt vào chất lỏng làm giảm đáng kể hiệu suất khuấy Sự tạo phễu gây đảo, lắc trục khuấy trục khuấy. .. : ♦ P : Công suất khuấy (W) ♦ N : Vận tốc cánh khuấy (1/s) ♦ d : Đường kính cánh khuấy (m) ♦ ρ : Khối lượng riêng chất lỏng khuấy (kg/m3) ♦ µ : Độ nhớt động lực học chất lỏng khuấy (N/s.m) Như