Thí nghiệm quá trình thiết bị - Cột chêm - Bài 2

Nội dung text: Thí nghiệm quá trình thiết bị - Cột chêm - Bài 2

1. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm I. TRÍCH YẾU: 2 1. Mục đích thí nghiệm 2 2. Phương pháp thí nghiệm: 2 3. Kết quả thí nghiệm: 2 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 3 1. Độ giảm áp của dòng khí: 3 2. Hệ số ma sát fck theo Rec khi cột khô: 3 3. Độ giảm áp Pcư khi cột ướt: 4 4. Điểm lụt của cột chêm: 5 III. THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: 6 1. Thiết bị thí nghiệm: 6 2. Các số liệu liên quan đến cột chêm: 6 3. Phương pháp thí nghiệm: 6 IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 7 V. BÀN LUẬN: 20 VI. PHỤ LỤC: 21 VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO: 22 -1 -
2. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 1. Độ giảm áp của dòng khí: Độ giảm áp Pck của dòng khí qua cột phụ thuộc vào vận tốc khối lượng G của dòng khí qua cột khô (không có dòng chảy ngược chiều). Khi dòng khí chuyển động trong các khoảng trống giữa các vật chêm tăng dần vận tốc thì độ giảm áp cũng tăng theo. Sự gia tăng này theo lũy thừa từ 1,8 đến 2,0 của vận tốc dòng khí. n Pck = G với n = 1,8 – 2,0. (1) Khi có dòng lỏng chảy ngược chiều, các khoảng trống giữa những vật chêm bị thu hẹp lại. Dòng khí do đó di chuyển khó khăn hơn vì một phần thể tích tự do giữa các vật chêm bị lượng chất lỏng chiếm cứ. Khi tăng vận tốc dòng khí lên, ảnh hưởng cản trở của dòng lỏng tăng lên đều đặn cho đến một trí số tới hạn của vận tốc khí, lúc đó độ giảm áp của dòng khí tăng vọt lên. Điểm ứng với trị số tới hạn của vận tốc khí này được gọi là điểm gia trọng. Nếu tiếp tục tăng vận tốc dòng khí quá trị số tới hạn này, ảnh hưởng cản trở hỗ tương giữa dòng lỏng và dòng khí rất lớn, Pc tăng mau chóng không theo phương trình (1) nữa. Dòng lỏng lúc này chảy xuống cũng khó khăn, cột chêm ở điểm lụt. Đường biểu diễn log( Pc/Z) (độ giảm áp suất của dòng khí qua một đơn vị chiều cao của phần chêm trong cột) dự kiến như trình bày trên hình 1. 2. Hệ số ma sát fck theo Rec khi cột khô: Chilton và Colburn đề nghị một hệ thức liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí qua cột chêm khô với vận tốc khối lượng của dòng khí qua cột. -3 -
3. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm 12,7mm, chêm ngẫu nhiên, độ xốp  = 0,586; giá trị của L từ 0,39 đến 11,7 kg/m2s và cột hoạt động trong vùng dưới điểm gia trọng.  = 0,084 pcư Một số tài liệu còn biểu diễn sự phụ thuộc giữa tỉ số với hệ số xối tưới như sau: pck 1,75 G L q A 33 2 ReL F L 2g Khi A< 0,3 cho vật chêm bằng sứ có d < 30mm, ta có: pcư 1 3 pck (1 A ) 4G L ReL FaL 4. Điểm lụt của cột chêm: Khi cột chêm bị ngập lụt, chất lỏng chiếm toàn bộ khoảng trống trong phần chêm, các dòng chảy bị xáo trộn mãnh liệt, hiện tượng này rất bất lợi cho sự hoạt động của cột chêm. Gọi giá trị của GL tương ứng với trạng thái này là GL*. Zhavoronkov kết luận rằng trạng thái ngập lụt xảy ra khi hai nhóm số sau có sự liên hệ nhất định với nhau cho mỗi cột. 2 f ck a v G 0,2 1 3 tđ  2g L L G và  2 G L Với fck: hệ số ma sát cột khô. v: vận tốc dài của dòng khí ngay trước khi vào cột, m/s. -5 -
4. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm • Mở quạt và điều chỉnh lưu lượng khí qua cột khoảng 15 – 20%. • Mở van 1 và cho bơm chạy. Dùng van VL tại lưu lượng kế để chỉnh lưu lượng lỏng (lưu lượng kế lỏng có vạch chia 0,1; 0,2; ;1,6). Nếu VL đã mở tối đa mà phao vẫn không lên thì dùng van 1 để tăng lượng lỏng. • Ứng với lưu lượng lỏng đã chọn (ví dụ: 0,1; 0,2 ) cố định, ta chỉnh lưu lượng khí và đọc độ giảm áp Pcư giống như Pck trước đó. Chú ý là tăng lượng khí đến điểm lụt thì thôi. Chú ý: 1) Trong quá trình đo độ giảm áp của cột ướt cần canh giữ mức long ở đáy cột luôn ổn định ở ¾ chiều cao đáy bằng cách chỉnh van 4. Nếu cần, tăng cường van 2 để nước trong cột thoát về bình chứa (van 2 dùng để xả nhanh khi giảm lưu lượng khí). 2) Khi tắt máy phải tắt bơm lỏng BL trước, mở tối đa van 4 sau đó tắt quạt BK. 3) Nếu sơ xuất để nước tràn vào ống dẫn khí thì mở van xả nước ở phía bảng. IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: -7 -
5. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm Đồ thị LogΔPck/Z theo LogG với L = 0 log ∆ Pck/Z logG Bảng 2: Các trị số kết quả trường hợp cột ướt L = 0,2 σ 2 ∆Pcư ∆Pcư ∆Pcư/Z G% G (kg/m .s) 2 fcư Recư 2 (mm H2O) (N/m ) (N/m) (kg/m s) 0.085 3 29.4 49 1.106 43.104 1.500 10 0.127 4 39.2 65.33 2.160 43.104 1.333 15 0.169 6 58.8 98 2.295 43.104 1.500 20 0.211 9 88.2 147 1.647 43.104 1.125 25 0.254 14 137.2 228.67 1.975 43.104 1.400 30 0.296 17 166.6 277.67 1.661 43.104 1.214 35 0.338 20 196 326.67 1.665 43.104 1.250 40 0.38 24 235.2 392 1.561 43.104 1.200 45 0.423 29 284.2 473.67 1.606 43.104 1.261 50 0.465 34 333.2 555.33 1.574 43.104 1.259 55 0.507 37 362.6 604.33 1.378 43.104 1.121 60 0.55 40 392 653.33 1.273 43.104 1.053 65 -9 -
6. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm 30 0.254 13 127.4 212.33 1.834 86.209 1.300 35 0.296 20 196 326.67 1.954 86.209 1.429 40 0.338 22 215.6 359.33 1.832 86.209 1.375 45 0.38 28 274.4 457.33 1.821 86.209 1.400 50 0.423 36 352.8 588 1.994 86.209 1.565 55 0.465 52 509.6 849.33 2.407 86.209 1.926 60 0.507 74 725.2 1208.67 2.756 86.209 2.242 65 0.55 79 774.2 1290.33 2.513 86.209 2.079 70 0.592 84 823.2 1372 2.274 86.209 1.909 75 0.634 94 921.2 1535.33 2.254 86.209 1.918 80 0.676 107 1048.6 1747.67 2.216 86.209 1.911 85 0.719 128 1254.4 2090.67 2.328 86.209 2.032 90 0.761 146 1430.8 2384.67 2.397 86.209 2.116 95 0.803 164 1607.2 2678.67 2.357 86.209 2.103 100 0.845 175 1715 2858.33 2.181 86.209 1.966 Đồ thị ΔPcư/Z theo G với L = 0.4 /Z (N/m) cư ΔP G (kg/m2.s) -11 -
7. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm /Z (N/m) c ư ∆ P Bảng 5: Các trị số kết quả trường hợp cột ướt L = 0,8 ∆P cư ∆P ∆P /Z σ G% G (kg/m2.s) (mm cư cư f Re (N/m2) (N/m) cư cư (kg/m2s) H2O) 10 0.085 5 49 81.67 1.843 129.3129 2.500 15 0.127 6 58.8 98 3.240 129.3129 2.000 20 0.169 8 78.4 130.67 3.060 129.3129 2.000 25 0.211 13 127.4 212.33 2.379 129.3129 1.625 30 0.254 17 166.6 277.67 2.399 129.3129 1.700 35 0.296 25 245 408.33 2.443 129.3129 1.786 40 0.338 30 294 490 2.498 129.3129 1.875 45 0.38 35 343 571.67 2.277 129.3129 1.750 50 0.423 54 529.2 882 2.991 129.3129 2.348 55 0.465 89 872.2 1453.67 4.120 129.3129 3.296 60 0.507 93 911.4 1519 3.464 129.3129 2.818 65 0.55 94 921.2 1535.33 2.991 129.3129 2.474 70 0.592 98 960.4 1600.67 2.653 129.3129 2.227 -13 -
8. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm Δ P/Z (N/m) G (kg/m2 s) L=0 L=0.2 L=0.4 L=0.6 L=0.8 Đồ thị mô tả ảnh hưởng của LogG lên Log(ΔP/Z) (độ giảm áp suất qua một đơn vị chiều cao) và tương quan so sánh giữa các lưu lượng chảy L khác nhau -15 -
9. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm Đồ thị mô tả ảnh hưởng của Re lên logfck và logfcư và tương quan so sánh giữa các lưu lượng L khác nhau Logfc LogReck -17 -
10. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm Giản đồ lụt của cột logΠ1 theo logΠ2 log∏₂ log∏₁ Giản đồ lụt của cột chêm ∏ ₂ ∏₁ Bảng 9: Các kết quả, hệ thức thực nghiệm Mối liên hệ Kết quả thực nghiệm 2 ΔPck/Z theo G tại L = 0 y = 1637.x + 155.3x + 8.959 2 ΔPcư/Z theo G tại L = 0.2 y = 3411.x + 367.4x + 37.88 2 ΔPcư/Z theo G tại L = 0.4 y = 3281.x - 7.168x + 46.79 2 ΔPcư/Z theo G tại L = 0.6 y = 3533.x + 148.1x + 50.76 2 ΔPcư/Z theo G tại L = 0.8 y = 8450.x - 1068.x + 189.8 2 ΔPcư/Z theo G tại L = 1 y = 9497.x - 1553.x + 213.4 -19 -
11. Thí nghiệm quá trình thiết bị Cột chêm o Log( Pck/Z) và logG là phụ thuộc tuyến tính với nhau theo đường thẳng giống như lý thuyết đã nhận định. o P cư/Z và G cũng gần như được chia thành hai vùng rõ rệt: vùng dưới điểm gia trọng và vùng trên điểm gia trọng. +Vùng dưới điểm gia trọng thì P tăng chậm và đều đặn nên các điểm này thu được gần như cùng nằm trên một đường thẳng. +Vùng trên điểm gia trọng thì P tăng nhanh, đột ngột nên đoạn thẳng rất dốc; nếu tăng lưu lượng lỏng và khí lên cao nữa sẽ tiến đến điểm lụt của cột. o Log và L: hoàn toàn phụ thuộc tuyến tính với nhau nên được thể hiện thành một đường thẳng trên đồ thị. 4. Tuy nhiên trong quá trình làm thí nghiệm cũng có nhiều sai số. Những nguyên nhân dẫn đến sai số có thể là do: • Lưu lượng dòng lỏng không ổn định do bơm • Lưu lượng dòng khí không ổn định do quạt • Cột nước duy trì ở đáy cột không đảm bảo yêu cầu làm cho nước xâm nhập vào ống đo độ chênh áp làm ảnh hưởng đến kết quả. • Sai số khi đọc và trong thao tác thí nghiệm. • Điều kiện thí nghiệm không như nhau ở các lần đo. Chú ý: Khi chỉnh xong lưu lượng dòng khí và dòng lỏng xong phải tiến hành đọc ngay kết quả. Giữa quá trình thí nghiệm phải dừng khoảng 10 phút để làm nguội thiết bị, ổn định hệ thống rồi mới tiếp tục vận hành thiết bị. Nếu sơ suất để nước tràn vào ống dẫn khí thì mở van xả nước ở phía sau bảng. VI. PHỤ LỤC: 1. Tính fck bằng công thức: P . 2 . .D f ck K e ck 2.G 2 .Z 2. Tính fcư bằng công thức: fcư = .fck 3. Tính Reck bằng công thức: GD 4G Re e c  a : độ nhớt của không khí lấy ở 450C. 4. Tính  bằng công thức: Pcư = . Pck 5. Tính chuyển đổi lưu lượng: • Lưu lượng khí: G(%). .0,286 G(kg / s.m 2 ) K 60.F V = 0.286 m3/ph 0 K: khối lượng riêng của dòng khí lấy ở 45 C. -21 -