Đang tải... (xem toàn văn)
Thí nghiệm khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm
I Mục đích thí nghiệm: Khảo sát chảy nước phịng thí nghiệm hệ thống ống dẫn có đường kính khác có chưa lưu lượng kế màng chắn Venturi phận nối ống cút van chữ T nhằm xác định Thí nghiệm 1: hệ số lưu lượng kế C theo hệ số chảy ( Re) Thí nghiệm 2: hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống A B C D II Phương pháp thí nghiệm: Thí nghiệm 1: cho dịng chảy lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng kế màng chắn Venturi Đọc tổn thất cột áp tương ứng với lưu lượng dòng chảy lưu lượng kế Thí nghiệm 2: cho dịng chảy lưu chất qua ống A B C D với lưu lượng dòng chảy khác qua màng chắn Venturi Từ đọc tổn thất cột áp màng chắn Venturi III Lý thuyết thí nghiệm: Lưu lượng kế màng chắn Venturi: - Nguyên tắc hai dụng cụ đo lưu lượng dựa sở chênh lệch áp suất có giảm tiết diện đột ngột dòng lưu chất - Hai dụng cụ có cấu tạo sau: v v Ống venturi v v Màng chắn V =C √ ΔPP g (1− β ) - Vận tốc trung bình tính từ cơng thức: o C : hệ số màng chắn Venturi phụ thuộc vào chế độ chảy ( Re) o ΔPP : độ giảm áp suất qua màng chắn hay Venturi N/m2 o - β= d2 d1 : tỉ số đường kính cổ Venturi hay đường kính lỗ màng chắn đường kính ống Lưu lượng qua màng chắn hay Venturi sau: Q= V2A2=V1A1 Tổn thất lượng chảy ống dẫn: Khi lưu chất chảy ống có mát lượng ma sát thành ống Xét trường hợp ống tròn nằm ngang: Phương trình Becnoulli mặt cắt 1-1 2-2 giới hạn đoạn ống cho ta (− ΔPP) ΔP (α V ) +ΔZZ+Hƒ = + ρgg 2g Vì (− ΔPP) ΔP( α V 2) = ΔZZ = ❑ ⇒ Hƒ = ρgg 2g Hf : thủy đầu tổn thất ma sát ống m Tổn thất lượng lien hệ với thừa số ma sát phương trình Darceyweisbach: Lv H f f 2gD Trong đó: L: chiều dài ống m D: đường kính ống m f: hệ số ma sát vô thứ nguyên ( phụ thuộc vào chế độ dòng chảy): Nếu chế độ chảy tầng ( Re< 2320) f 64 Re f F(Re, ) D f tra từ đồ thị Nếu chế độ chảy rối ( Re> 2320) Moody hay từ số công thức thực nghiệm ( hệ số ma sát phụ thuộc vào Re e độ nhám tương đối D ) IV Dụng cụ thiết bị thí nghiệm: - Một hệ thống gồm ống dẫn van có kích thước khác lắp đặt tài liệu hướng dẫn - Bơm - Đồng hồ đo - Bình chứa - Venture - Màng - Số liệu kích thước bốn ống dẫn inox: Loại ống A B C D Đường kính ngồi (mm) 34 26.5 21.5 16.5 Đường kính (mm) 29 22 17 13.5 V Kết thí nghiệm: Thí nghiệm Lần Độ Thí Mở Nghiệm W (l) Thời gian (s) Q (l/s) ΔPm/ρg (cmH2O) Pv/g (cmH2O) Re Cm Cv ẳ ẵ ắ HT ẳ ẵ ắ HT ẳ 1.5 3.5 7.5 6.3 10 15 13 10 13 16 11 11 0.1 0.307 0.35 0.937 0.46 0.394 0.73 1.25 0.73 36 37.8 37.2 36.5 37 34 36.4 34 33.8 20 19.7 16.8 17.9 19 19.8 19.8 20.1 21.9 3183098 9772113 11140846 29825636 14642254 12541409 23236621 39788735 23236621 2.916 8.74 10.04 27.1 13.2 11.8 21.17 37.5 21.97 3.91 12.1 14.94 38.76 18.47 15.5 28.7 48.8 27.3 Van ẵ ắ HT 8.5 10 10 12 12 1.06 0.83 0.83 34.7 33.6 34 18.5 19.7 24.9 33740847 31.5 43.13 26419720 25.06 32.73 26419720 24.91 29.11 Bảng giá trị trung bình cho lần thí nghiệm: Độ ZPm/g M Va n7 ẳ ẵ ắ HT (cmH2O) (cmH2O) 35.6 35.5 35.73333 34.83333 ΔZPv/ρg 20.3 19.33333 18.76667 20.96667 Re Cm Cv 13687324 18684790 20265729 32011364 12.69533 16.56 17.34667 23.57667 18.75667 25.45667 29.83667 38.89 Thí nghiệm 2: a Đối với ống A ( d=0.029m) Lần Độ Q Thí Mở (l/s) Nghim Van ẳ ẵ ắ HT ẳ ẵ ắ HT ẳ ẵ ắ 0.71 0.542 0.384 0.365 0.175 0.476 0.277 0.26 0.45 0.737 0.57 ΔPm/ρg (cmH2O) ΔPv/ρg (cmH2O) V (cm/s) 24 29 17.5 12.5 30 33 10 19 26 1 1.5 3 3.5 1.8 1075 820.56 581.36 552.59 264.94 720.6 419.36 393.63 681.28 1115.78 863 f 2.34x10-6 0.0113 0.0203 0.0255 6.7x10-3 0.0276 0.0324 5.67x10-3 6.58x10-3 0.01165 Re 31172416 23796408 16859447 16025256 7683342 20898690 12161632 14415251 19757165 32357846 25022742 HT 0.587 30 888.69 0.013 25772124 Ta có bảng giá trị trung bình: Độ Mở Va n4 ¼ ΔZPm/ρg ΔZPv/ρg V (cmH2O ) (cmH2O ) (cm/s) 9.166667 1.333333 12.83333 1.933333 26.66667 2.666667 30.66667 2.666667 ½ f Re 673.74 885.646 0.01039 0.00442 621.24 611.636 0.01685 ¾ HT 0.0219 1953764 2568431 1801460 1873754 b Đối với ống B ( d=0.022m) Lần Độ Q Thí Mở (l/s) Nghiệm Van ¼ ẵ ắ HT ẳ ẵ ắ HT ẳ 0.215 0.33 0.2 0.227 0.185 0.201 0.218 0.27 0.1 ΔPm/ρg (cmH2O) ΔPv/ρg (cmH2O) V (cm/s) 6.5 18 25.5 14 25 26 0.5 1 0 0 565.6 868.1 526.13 597.16 486.67 528.76 573.483 713.28 263.06 f 5.18x10-4 0.022 0.01 0.0125 8.438x10-3 0.005 0.0127 0.01 0.00056 Re 12443022 19098593 11574904 13137517 10706787 11632779 12616646 15626121 5787452 ẵ ắ HT 0.163 19 0.28 19.5 0.246 23.5 428.79 736.58 647.14 0.013 0.0077 0.01 9433547 16204866 14237133 Ta có bảng giá trị trung bình Độ M Va n3 ẳ ẵ ắ ZPm/g ZPv/g V f Re (cmH2O) (cmH2O) (cm/s) 5.166667 11.5 0.666667 20.83333 HT 25 0.333333 438.443 608.55 612.064 652.526 0.003172 9645754 0.013333 13388306 0.010133 13465472 0.010833 14333590 c Độ mở ống C (d= 0.017): Lần Độ Q Thớ M (l/s) Nghim Van 2 ẳ ẵ ắ HT ẳ ẵ 0.241 0.279 0.338 0.308 0.28 0.109 ΔPm/ρg (cmH2O) ΔPv/ρg (cmH2O) V (cm/s) f 14 18.5 2 0.5 1.5 1061.7 1229.2 1489.1 1356.9 1233.6 480.2 0.00043 0.00092 0.00213 0.00309 0.00092 0.00094 Re 18050042 20896107 25314998 23068104 20971004 8163712 ¾ HT ẳ ẵ ắ HT 0.199 0.326 0.15 0.107 0.241 0.588 13.5 29 6.5 11 20 0.5 1 876.7 1436 660.8 471.4 1061.7 2590.5 0.0035 0.00457 0.00222 0.00144 0.00248 0.0018 14904392 24416240 11234466 8013919 18050042 44039108 Ta có bảng giá trị trung bình: Độ Mở Va n2 ¼ ΔZPm/ρg ΔZPv/ρg V Re (cmH2O) (cmH2O) (cm/s) 2.833333 0.333333 3.333333 12.83333 0.833333 2.333333 22.5 ẵ ắ HT f 985.366 0.00119 16751837 726.933 0.0011 12357913 1142.5 0.002703 19423144 1794.46 0.003153 30507817 d Độ mở ống D (d=0.0135) Lần Độ Q Thí Mở (l/s) Nghim Van 1 ẳ ẵ ắ Pm/g (cmH2O) 0.195 0.183 0.183 ΔPv/ρg (cmH2O) V (cm/s) f 9.8 1.2 1362.3 1278.5 1278.5 0.0013 0.00014 0.00017 Re 18391237 17259469 17259469 HT ẳ ẵ ắ HT ẳ ẵ ắ HT 0.26 0.39 0.143 0.147 0.228 0.374 0.174 0.208 0.32 2 5 1 1.2 0.2 0.8 0 0 9.9x10-5 6.6x10-5 0.00036 3.5x10-4 5.6x10-4 3.44x10-4 1.48x10-4 1.24x10-4 8.05x10-5 1816.4 2724.6 999 1027 1592.8 2612.8 1215.6 1453.13 2235.6 24521650 36782475 13486907 13864163 21503601 35273451 16410643 19617320 30180492 Ta có bảng giá trị trung bình : Độ Mở Va n1 ¼ ΔZPm/ρg ΔZPv/ρg f Re (cmH2O) (cmH2O) (cm/s) 2.333333 3.333333 1.333333 0.666667 1.333333 3.333333 0.4 0.666667 ẵ ắ HT V 2233.23 0.00057 30149054 1164.36 0.000216 15719006 1252.87 0.000215 16913651 1881.6 0.000247 25401914 Ở thí nghiệm tính lưu lượng dựa vào cơng thức Q=w/t l/s w: thể tích nước l t: thời gian s Các đại lượng Re Cm Cv f tính theo cơng thức sau: Re= vd ρg Q dρg Qρg = = μ πdd μ πddμ Trong : d :đường kính ống.m ( 0.04m) v: vận tốc dòng chảy m/s ρg : khối lượng riêng chất lỏng kg/m3 (1000 g/l) µ: độ nhớt động học ( 10-3 Pa.s) V =C Dựa vào công thức : ⇒C= √ V2 √ gΔPP 1−β ΔPP g (1− β ) = 4Q gΔPP πdd 1−β √ Trong đó: β= 17/40 = 0.425 ΔPP LV H f = =f ρgg D 2g Xác định hệ số ma sát f: ΔPP D g ρgg ⇒f= L V VI Vẽ đồ thị: ΔP Pm Lưu lượng Q hiệu số thủy dầu áp suất ρgg chắn ống Venturi ΔP Pv ρgg qua màng Q (l/s) Q-Pm Q-Pv 10 15 20 Hệ số lưu lượng kế Cm Cv theo Re: C Q-Cm Q-Cv 10000000 20000000 Thừa số ma sát theo Re: a Đối với ống A: 30000000 40000000 0.03 0.02 0.02 f 0.01 0.01 10000000 20000000 30000000 40000000 b Đối với ống B: f 0.01 0.01 0.01 f 0.01 0.01 0 10000000 20000000 30000000 40000000 c Đối với ống C: f 0 f 0 0 10000000 20000000 30000000 40000000 d Đối với ống D: f 0 f 0 0 10000000 20000000 30000000 40000000 VII Bàn luận: Nhận xét giản đồ so sánh kết quả: a Thí nghiệm 1: Hệ số lưu lượng kế Cm Cv theo chế độ chảy (Re): Theo lý thuyết, với đường kính lỗ đường kính lỗ màng( venture) nên công thức: V =C √ ΔPP g (1− β ) Có: β V2 Do C tỉ lệ với ∆P Cấu tạo chắn venture khác Màng chắn thay đổi kích thước đột ngột nên tổn thất áp suất lớn Venturi => Cm < Cv Vì kết thí nghiệm Sự phụ thuộc Cm Cv theo Re: theo phương trình trên, hệ số lưu lượng tỉ lệ thuận với vận tốc dòng chảy tỉ lệ nghịch với ∆P Mà, Re tăng kéo theo ∆P tăng, C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay Re ∆P So sánh lưu lượng kế màng venture: ∆Pm> ∆Pv nên sử dụng lưu lượng kế venture cho kết xác b Thí nghiệm 2: Hệ số ma sát f theo chế độ chảy Re cho ống A, B, C, D: Theo lý thuyết: Khu vực chảy tầng: f=f1(Re) Khu vực chảy rối thành trơn: f=f2(Re) Khu vực độ từ chảy rối thành trơn sang chảy rối thành nhám : f=f3( Re,∆/d) Khu vực chảy với thành nhám hoàn toàn: f=f4 ( ∆/d) Tỉ số e D khơng đổi đường biểu diễn f khơng phụ thuộc chiều dài ống Theo thực nghiệm: Chiều dài ống ảnh hưởng đến f Điều giải thích độ nhám ống khơng đồng đều, khơng suốt chiều dài ống, đóng cặn bên đường ống… ... D Đường kính ngồi (mm) 34 26.5 21.5 16.5 Đường kính (mm) 29 22 17 13.5 V Kết thí nghiệm: Thí nghiệm Lần Độ Thí Mở Nghiệm W (l) Thời gian (s) Q (l/s) ΔPm/ρg (cmH2O) ΔPv/ρg (cmH2O) Re Cm Cv ẳ ẵ... kết xác b Thí nghiệm 2: Hệ số ma sát f theo chế độ chảy Re cho ống A, B, C, D: Theo lý thuyết: Khu vực chảy tầng: f=f1(Re) Khu vực chảy rối thành trơn: f=f2(Re) Khu vực độ từ chảy rối thành... 12.69533 16.56 17.34667 23.57667 18.75667 25.45667 29.83667 38.89 Thí nghiệm 2: a Đối với ống A ( d=0.029m) Lần Độ Q Thí Mở (l/s) Nghiệm Van ẳ ẵ ắ HT ẳ ẵ ắ HT ẳ ½ ¾ 0.71 0.542 0.384 0.365 0.175