Báo cáo Thí nghiệm quá trình thiết bị - Mạch lưu chất - Nguyễn Văn Quốc

Nội dung text: Báo cáo Thí nghiệm quá trình thiết bị - Mạch lưu chất - Nguyễn Văn Quốc

1. Phúc trình TN QT&TB Mạch Lưu Chất MỤC LỤC I. TRÍCH YẾU 2 1. Mục đích thí nghiệm 2 2. Nội dung thí nghiệm 2 3. Kết quả thí nghiệm 2 II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 4 1. Lưu lượng kế màng chắn và venturi 4 2. Tổn thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn 4 III. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 6 1. Dụng cụ và thiết bị 6 2. Phương pháp thí nghiệm 6 IV. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 7 V. BÀN LUẬN 12 VI. PHỤ LỤC 15 1. Đổi đơn vị 15 2. Tình lưu lượng 15 3. Tính toán Re 15 4. Xác định hệ số ma sát của BC 15 5. Xác định chiều dài tương đương 16 VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO: 16 1
2. Phúc trình TN QT&TB Mạch Lưu Chất 6 11 305 657 6 12 283 662 7 12 320 689 7 13 306 710 8 15 330 699 8 15 322 730 Bảng 2: Kết quả thí nghiệm 2 Ống 1" Ống 1/2" l = 0,9 m l = 1,5 m l = 0,9 m l = 1,5 m P P P P P màng P màng P màng P màng ống ống ống ống 287 44 281 57 105 202 55 166 385 66 399 84 214 382 180 521 489 80 565 105 336 495 194 559 560 90 660 122 421 729 260 742 612 98 690 128 447 771 335 938 651 105 711 133 462 796 393 1093 678 108 721 135 437 1206 700 117 728 136 460 1270 717 117 730 137 723 129 730 131 730 130 Bảng 3: Kết quả thí nghiệm 3 1 3/4 1/2 1/4 P màng P van P màng P van P màng P van P màng P van 189 2 36 0 46 0 24 48 200 0 194 1 183 23 44 81 370 1 324 0 318 3 168 327 427 1 423 4 510 72 337 652 515 3 519 8 600 89 370 722 585 4 597 9 646 102 462 889 639 4 648 9 677 101 510 995 722 5 707 11 687 105 542 1062 3
3. Phúc trình TN QT&TB Mạch Lưu Chất P V 2 Z H 0 g 2g f V 2 Vì 0 vaø Z 0 2g P H f g H f : thủy đầu tổn thất ma sát trong ống (m) - Tổn thất năng lượng này liên hệ với thừa số ma sát bằng phương trình Darceyweisbach: LV 2 H f f 2gD Trong đó f : hệ số ma sát, vô thứ nguyên. L : chiều dài ống, m. D : đường kính ống, m. a. Trong chế độ chảy tầng - Tổn thất ma sát được tính theo công thức sau: 32lV H f gD2 - Hệ số ma sát f có thể tính theo công thức của Hagen – Poiseuille 64 64 f DV Re b. Đối với sự chảy rối  - Hệ số ma sát f tùy thuộc vào Re và độ nhám tương đối của ống ( ). Độ nhám tương đối D của ống là tỷ số giữa độ nhám thành  trên đường kính ống D. - Người ta có thể tính f từ một số phương trình thực nghiệm như phương trình Nikuradse,  hay để thuận tiện người ta sử dụng giản đồ f theo Re và (giản đồ Moody). D - Ngoài sự mất mát năng lượng do ma sát trong ống dẫn nói trên, ta còn có sự mất mát năng lượng do trở lực cục bộ. - Trong trường hợp này ta có công thức tính trở lực cục bộ như sau: 5
4. Phúc trình TN QT&TB Mạch Lưu Chất - Thí nghiệm 2: Cho dòng chảy lưu chất qua màng chắn và lần lượt qua ống 1” và ống ½”. Chỉnh van để thay đổi lưu lượng dòng chảy, đọc tổn thất cột áp của màng chắn và ống. Lặp lại thí nghiệm với chiều dài ống l=0.9m và l=1.5m - Thí nghiệm 3: Cho dòng chảy lưu chất qua màng chắn và van - Ứng với từng độ mở của van, đọc tổn thất cột áp qua màng và van. IV. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Bảng 4: Tính toán kết quả cho thí nghiệm 1 3 Pv/ g Pm/ g STT W ttb Q (m /s) v (m/s) Re Cv Cm (mH2O) (mH2O) 1 1 4,0 0,000250 1,259 0,0750 0,1055 24800,26 1,35 1,13 2 1 4,0 0,000250 1,259 0,0755 0,1095 24800,26 1,34 1,11 3 2 7,5 0,000267 1,343 0,0985 0,1625 26453,61 1,25 0,98 4 3 8,0 0,000375 1,889 0,1425 0,2980 37200,40 1,46 1,01 5 4 8,5 0,000471 2,370 0,1985 0,4420 46682,85 1,56 1,04 6 5 10,0 0,000500 2,518 0,2665 0,5640 49600,53 1,43 0,98 7 6 11,5 0,000522 2,628 0,2940 0,6595 51757,07 1,42 0,95 8 7 12,5 0,000560 2,820 0,3130 0,6995 55552,59 1,48 0,99 9 8 15,0 0,000533 2,686 0,3260 0,7145 52907,23 1,38 0,93 0.0006 0.0005 0.0004 0.0003 Màng chắn 3 Q m / s Venturi 0.0002 0.0001 P 0 mH O .00000 .20000 .40000 .60000 .80000 g 2 7
5. Phúc trình TN QT&TB Mạch Lưu Chất P Pm 3 mH2O mH2O Q m / s v m / s Re f g g 0,057 0,281 0,000347 0,685 21556,00 0,00297 0,084 0,399 0,000404 0,797 25073,23 0,04395 0,105 0,565 0,000469 0,926 29129,90 0,04070 0,122 0,660 0,000502 0,990 31148,44 0,04136 0,128 0,690 0,000511 1,009 31751,10 0,04176 0,133 0,711 0,000518 1,022 32164,14 0,04229 0,135 0,721 0,000521 1,028 32358,38 0,04241 0,136 0,728 0,000523 1,033 32493,45 0,04237 0,137 0,730 0,000524 1,034 32531,90 0,04258 Bảng 7: Thừa số ma sát cho ống ½” tại l 0,9m P Pm 3 mH2O mH2O Q m / s v m / s Re f g g 0,202 0,105 0,000227 1,793 56406,04 0,03481 0,382 0,214 0,000309 2,437 76671,21 0,03563 0,495 0,336 0,000375 2,960 93131,33 0,03129 0,729 0,421 0,000413 3,262 102640,54 0,03794 0,771 0,447 0,000424 3,347 105326,71 0,03810 0,796 0,462 0,000430 3,395 106836,12 0,03823 Bảng 8: Thừa số ma sát cho ống ½” tại l 1,5m P Pm 3 mH2O mH2O Q m / s v m / s Re f g g 0,166 0,055 0,000172 1,357 42683,62 0,02997 0,521 0,180 0,000286 2,262 71160,49 0,03384 0,559 0,194 0,000296 2,336 73495,76 0,03404 0,742 0,260 0,000336 2,650 83384,62 0,03510 0,938 0,335 0,000374 2,956 93011,74 0,03567 1,093 0,393 0,000401 3,167 99639,96 0,03621 1,206 0,437 0,000420 3,315 104304,36 0,03646 1,270 0,460 0,000429 3,389 106636,49 0,03674 9
6. Phúc trình TN QT&TB Mạch Lưu Chất Bảng 9: Kết quả tính toán thí nghiệm 3 2 P Pm v Độ mở mH2O mH2O Q m / s v m / s f Re l m g g 3 2g e 0,002 0,189 0,000293 0,577 0,0170 0,00352 18168,27 0,849 0,000 0,200 0,000300 0,592 0,0178 0,00344 18616,80 0,000 0,001 0,370 0,000391 0,771 0,0303 0,04304 24270,72 0,019 Mở 0,001 0,427 0,000416 0,820 0,0343 0,04276 25817,16 0,017 hoàn toàn 0,003 0,515 0,000451 0,890 0,0403 0,04241 27989,24 0,045 0,004 0,585 0,000476 0,940 0,0450 0,04216 29570,03 0,054 0,004 0,639 0,000495 0,976 0,0486 0,04200 30717,25 0,050 0,005 0,722 0,000521 1,029 0,0540 0,04177 32377,72 0,056 0,000 0,036 0,000143 0,282 0,0041 0,00720 8889,00 0,000 0,001 0,194 0,000296 0,584 0,0174 0,00348 18373,94 0,420 0,000 0,324 0,000369 0,728 0,0270 0,00279 22920,65 0,000 0,004 0,423 0,000414 0,817 0,0340 0,04278 25712,62 0,070 Mở 3/4 0,008 0,519 0,000452 0,892 0,0406 0,04239 28082,75 0,118 0,009 0,597 0,000480 0,948 0,0458 0,04213 29830,02 0,118 0,009 0,648 0,000498 0,982 0,0492 0,04197 30903,02 0,111 0,011 0,707 0,000517 1,020 0,0530 0,04181 32086,01 0,126 0,000 0,046 0,000159 0,314 0,0050 0,00648 9879,75 0,000 0,023 0,183 0,000289 0,569 0,0165 0,00357 17917,34 9,896 0,003 0,318 0,000366 0,723 0,0266 0,00281 22736,69 1,017 0,072 0,510 0,000449 0,886 0,0400 0,04242 27871,76 1,078 Mở 1/2 0,089 0,600 0,000481 0,950 0,0460 0,04212 29894,54 1,167 0,102 0,646 0,000497 0,981 0,0490 0,04198 30861,87 1,259 0,101 0,677 0,000507 1,001 0,0511 0,04189 31491,82 1,200 0,105 0,687 0,000510 1,007 0,0517 0,04186 31691,51 1,232 0,048 0,024 0,000120 0,237 0,0029 0,00858 7463,46 49,582 0,081 0,044 0,000156 0,308 0,0048 0,00660 9692,22 64,430 0,327 0,168 0,000278 0,549 0,0154 0,00371 17268,78 145,987 0,652 0,337 0,000375 0,741 0,0280 0,04322 23312,68 13,696 Mở 1/4 0,722 0,370 0,000391 0,771 0,0303 0,04304 24270,72 14,051 0,889 0,462 0,000430 0,849 0,0367 0,04261 26709,03 14,430 0,995 0,510 0,000449 0,886 0,0400 0,04242 27871,76 14,897 1,062 0,542 0,000461 0,909 0,0421 0,04231 28612,65 15,128 11
7. Phúc trình TN QT&TB Mạch Lưu Chất  Tổn thất năng lượng của lưu lượng khi dòng chảy qua lưu lượng kế venturi nhỏ hơn tổn thất năng lượng của lưu lượng của lưu lượng kế màng - Trong thí nghiệm:với đường kính lỗ và đường kính lỗ màng (venturi) bằng nhau nên V 2 và  bằng nhau. Do đó C tỉ lệ nghịch với P . - Kết quả thí nghiệm cho thấy kết luận trên là phù hợp với thực tế. ▪ Sự phụ thuộc của Cm và Cv theo Re : - Theo phương trình trên, hệ số lưu lượng tỉ lệ thuận với vận tốc dòng chảy và tỉ lệ nghịch với P . (V) Re tăng kéo theo P tăng do đó C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay ít của Re và P . ▪ So sánh lưu lượng kế màng và venturi : -Sử dụng lưu lượng kế màng và venturi đđều cho kết quả chính xác. Tuy nhiên, đđộ chính xác của lưu lượng kế venturi có thể tốt hơn, do kích thước cổ ống thay đđổi từ từ, không xảy ra hiện tượng đđột ngột thay đđổi, lực ma sát cục bộ sẽ nhỏ hơn nhiều so với lưu lượng kế màng có sự thay đđổi đđường kính đđột ngột. - Nhưng trong quá trình thí nghiệm ta lại sử dụng lưu lượng kế màng chắn do Pm> Pv nên khoảng Q tra trên đồ thị nhiều hơn. Câu 3: Giản đồ biểu diễn thừa số ma sát f theo Re - Theo lý thuyết : • Khu vực chảy tầng f=f1(Re) • Khu vực chảy rối thành trơn f=f2(Re) • Khu vực quá 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) - Theo thực nghiệm : • Từ giản đồ ta nhận thấy cùng một độ nhám tương đối nhưng sự phụ thuộc của f theo Re khác nhau khi khảo sát trên những chiều dài ống khác nhau sự khác biệt ở trên là do sự không đồng nhất độ mở của van 13 giữa các lần thí nghiệm , sự rò rỉ chất lỏng dọc đường ống , độ nhám của ống không đồng đều dọc theo ống (do gỉ sét) • Sự phân chia các khu vực chế độ chảy phụ thuộc vào độ nhám tương đối, đường kính của ống và vận tốc lưu chất trong ống do đó vùng Re chảy tầng của ống này có thể là vùng Re chảy rối của ống kia 13
8. Phúc trình TN QT&TB Mạch Lưu Chất - Các giá trị tổn thất cột áp xác định bằng mắt và dao động liên tục nên kết quả thu được có sai số.Một vài số liệu xác định được là do kết quả của thí nghiệm trước nên sẽ dẫn đến hiện tượng sai số được lặp lại nhiều lần. - Sử dụng phương trình để tra Q. VI. PHỤ LỤC 1. Đổi đơn vị ▪ Nước 30oC :  = 0.804.10-3Pa.s = 996kg/m3. ▪ Ống 1” D = 0.026m ▪ Ống ½” D = 0.0139m 2. Tình lưu lượng W Q (l/s) t P.2g V C (1  4 ) V 4Q C 2 2g P 2g P d 2 1  4 1  4 1.59  0.6115 2.6 P : mH2O d = 0.0159m Q : m3/s 3. Tính toán Re vd 4Q d 4Q Re  d 2  d 4. Xác định hệ số ma sát của BC L V 2 H P f f D 2g 15