Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị - Mạch lưu chất

Nội dung text: Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị - Mạch lưu chất

1. Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Mạch lưu chất 1. TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống dẫn có đường kính khác nhau và có chứa lưu lượng kế màng chắn, venturi, cùng các bộ phận nối ống như cút, van chữ T nhằm xác định : ▪ Thí nghiệm 1 : Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo chế độ chảy (Re) ▪ Thí nghiệm 2 : Hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống 1” và ½” ▪ Thí nghiệm 3 : Đặc tuyến van, xác định chiều dài tương đương ( Ltđ ) và phạm vi ứng dụng của van. 1.2 Phương pháp thí nghiệm ▪ Thí nghiệm 1 : Cho dòng chảy lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng kế màng chắn và venturi. Đọc tổn thất cột áp ứng với từng lưu lượng dòng chảy và từng lưu lượng kế. ▪ 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. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lưu lượng kế màng chắn và venturi : Nguyên tắc: đo sự giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua dụng cụ để xác định lưu lượng . 1 2 1 2 v v v v 1 2 1 2 Oáng Venturi Màng chắn Vận tốc trung bình ở vị trí (2) được tính từ cơng thức tổng kê năng lượng: P V C  .(1  4 ) C : hệ số của màng chắn và venturi, phụ thuộc vào chế độ chảy (Re) P : Độ giảm áp suất qua màng chắn hay venture, N/m2  : Trọng lượng riêng của lưu chất , N/m3 d  2 , tỉ số đường kính cổ venturi hay lỗ màng chắn trên đường kính d1 ống. Do đĩ lưu lượng qua màng chắn hay venturi: 1
2. Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Mạch lưu chất Đối với van hay khúc nối, tổn thất được biểu diễn bởi phương trình : L v2 P f e cb 2gD Le: chiều dài tương đương của van hay khớp nối được định nghĩa là chiều dài của một ống thẳng có cùng sự tổn thất năng lượng với van hay khúc nối trong những điều kiện giống nhau. Trở lực này bằng thế năng riêng tiêêu tốn đđể thắng trở lực do bộ phận ta đđang xét gây ra: v2 P  cb 2g L so sánh 2 công thức trên ta có:  f e D  từ đó ta có: L D e f 3. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 3.1 Dụng cụ & thiết bị : ▪ Một hệ thống ống dẫn và van có kích thước khác nhau, lắp đặt như trong tài liệu hướng dẫn. ▪ Bơm ▪ Đồng hồ đo thời gian. Số liệu kích thước 4 ống dẫn bằng đồng: Đường kính gọi Đường kính ngoài Đường kính trong 1” (2.54cm) 1.125” (2.68cm) 1.025” (2.6cm) ¾” (1.90cm) 0.875” (2.22cm) 0.785” (2,0cm) ½” (1.27cm) 0.625” (1.59cm) 0.545” (1.39cm) 3/8” (0.951cm) 0.5” (1.27cm) 0.43” (1.09cm) Độ nhám e= 0.000005 Màng chắn: lối vào: 2.6cm đường kính lỗ: 1.59cm Venture: lối vào: 2.6cm đường kích cổ: 1.59cm 4. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ▪ TN1 : Cho dòng chảy lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng kế màng chắn và venturi. Đọc tổn thất cột áp ứng với từng lưu lượng dòng chảy và từng lưu lượng kế. ▪ TN2 : 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 ▪ TN3 : 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. 5. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍNGHIỆM: 3
3. Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Mạch lưu chất Bảng 3: Thí nghiệm 3 Thí nghiệm 3 Độ mở hoàn toàn 3/4 1/2 1/4 STT DPm DPvan9 DPm DPvan9 DPm DPvan9 DPm DPvan9 1 2.7 0.1 2 0.2 0.8 0.2 0.5 0.5 2 7 0.2 15.5 0.4 16.3 1.3 7.4 15 3 18 0.5 35.5 0.8 42 6 20.2 39.5 4 21.2 0.7 48.2 1.4 50.5 7.5 32.2 62 5 45 1 54 1.5 55.4 8.2 40.5 78 6 54.5 1.2 57.5 1.7 60 8.5 43.3 84 7 58.5 1.5 59 1.8 60.5 9 47 90 8 60.8 1.7 - - 61 9.5 48.6 93.5 9 - - - - - - 49.5 94 5.2. Tính toán: Bảng 4: Hệ số lưu lượng kế màng chắn và venturi: 4 3 W(lít) t (s) Q.10 (m /s) Pm /ρg (mH2O) Pv /ρg (mH2O) Re Cm Cv 1 7 1.43 0.049 0.00049 8670.861 0.68 1.23 1 2 5.00 0.13 0.0013 30348.01 1.46 2.15 2 3 6.67 0.225 0.00225 40464.02 1.48 2.76 3 6 5.00 0.38 0.0038 30348.01 0.86 1.59 4 8 5.00 0.45 0.0045 30348.01 0.79 1.19 5 11 4.55 0.59 0.0059 27589.1 0.62 1.07 6 12 5.00 0.71 0.0071 30348.01 0.63 1.23 7 13 5.38 0.76 0.0076 32682.48 0.65 1.15 8 15 5.33 0.78 0.0078 32371.22 0.64 1.08 5
4. Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Mạch lưu chất • Thừa số ma sát trong ống dẫn đường kính 1/2”_ dài 1,5m Ống 1/2''- l=1.5 ∆P ∆P1 Q m V(cm/s) f Re Số TT (cmH2O) (cmH2O) (l/s) 1 1 3 0.139 109.784 0.004 4318.021 2 12.3 37.5 0.320 252.573 0.010 9934.207 3 32.9 92 0.443 350.144 0.012 13771.9 4 38 103 0.465 367.304 0.013 14446.84 5 40 109.4 0.473 373.613 0.013 14694.97 6 41 112.7 0.477 376.688 0.013 14815.93 7 41.5 114 0.479 378.207 0.013 14875.68 8 42 116 0.481 379.714 0.013 14934.94 • Thừa số ma sát trong ống dẫn đường kính 1/2”_ dài 0,9 cm Ống 1/2''- l=0.9 ∆P ∆P1 Q m V(cm/s) f Re Số TT (cmH2O) (cmH2O) (l/s) 1 1.3 3 0.152 29.944 0.093 4711.009 2 9.8 18 0.297 58.555 0.145 9212.379 3 21.5 39 0.385 76.006 0.187 11957.88 4 29.5 51.5 0.428 84.423 0.200 13282.07 5 32.5 51.2 0.442 87.181 0.187 13716.08 6 36.7 62.5 0.460 90.771 0.210 14280.84 7 37.5 66 0.463 91.423 0.219 14383.45 8 39.4 68 0.471 92.936 0.218 14621.42 9 40.4 70 0.475 93.712 0.221 14743.59 10 41.6 71.1 0.479 94.627 0.220 14887.57 11 41.7 72 0.480 94.703 0.222 14899.44 Bảng 6: chiều dài tương đương của van: Ống mở hồn tịan Số ∆Pm ∆Pvan 2 TT Q (l/s) V(cm/s) V /2g f Re le (cmH2O) (cmH2O) 1 2.7 0.1 0.19 38.167 0.007 0.012 12009.57 5.69 2 7 0.2 0.27 52.366 0.014 0.016 16477.35 4.41 3 18 0.5 0.36 71.652 0.026 0.022 22545.78 4.31 7
5. Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Mạch lưu chất 5.3. Đồ thị ✓ Giản đồ thể hiện mối quan hệ của lưu lượng Q đối với hiệu số thủy đầu áp suất P Pv m và qua màng chắn và ống venturi. g g 9
6. Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Mạch lưu chất ✓ Thừa số ma sát f theo Re 11
7. Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Mạch lưu chất ✓ Lưu lượng Q theo áp suất ở 1 vài độ mở của van: 13
8. Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Mạch lưu chất ✓ Đặc tuyến riêng và đặc tuyến van gắn vào mạng ống này : - Chọn Pvan / g = 20cm H2O - Từ đồ thị lưu lượng Q theo độ mở của van ta tìm được các lưu lượng. - Tính Q/Q max ta có bảng số liệu sau: Độ mở Q Q/Qmax 0.25 0.32 0.18 0.5 0.73 0.42 0.75 1.75 1.00 1 1.42 0.81 6. BÀN LUẬN 1. Giản đồ biểu diễn lưu lương Q đối với hiệu số thủy dầu áp suất qua màng chắn và Venturi : Độ chênh cột áp tăng theo lũy thừa 2 đối với lưu lượng p=K1Q Ứng với một giá trị Q, Pm > Pv thì tổn thất năng lượng qua màng lớn hơn qua venturi 15
9. Thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Mạch lưu chất - f tăng khi Re tăng từ 10000 ÷35000 : Khoảng Re này thể hiện chế độ dòng chảy là chảy tầng. Kết quả không phù hợp với lý thuyết. - f không đổi khi Re > 35000 : Khoảng Re này thể hiện chế độ dòng chảy quá độ là chảy rối thành trơn sang chảy rối thành nhám, khi này f đạt giá trị gần bằng 0,027 . Ống 1/2": f thay đổi theo Re chia làm hai khu vực : - f tăng khi Re tăng từ 15000 ÷76000 : Khoảng Re này thể hiện chế độ dòng chảy là chảy tầng - f không đổi khi Re > 76000 : Khoảng Re này thể hiện chế độ dòng chảy quá độ là chảy rối thành trơn sang chảy rối thành nhám, khi này f đạt giá trị gần bằng 0,026. 4. Giản đồ biểu diễn lưu lượng Q theo độ mở của van tại một vài áp suất : Từ giản đồ ta nhận thấy : Van càng mở lớn thì lưu lượng qua van càng lớn ứng với một tổn thất cột áp cho trước. Mức độ tổn thất năng lượng cũng thể hiện ở chiều dài tương đương Le (bảng số liệu cho thí nghiệm 3). Độ mở càng lớn thì Le càng nhỏ tức tổn thất cục bộ càng nhỏ. 5. Đặc tuyến riêng của van tại các độ mở khác nhau : Đường đặc tuyến riêng của van nằm dưới đường 450 tức là van sử dụng là van cửa. Độ mở của van ảnh hưởng nhiều đến tổn thất năng lượng của hệ thống, giản đồ cho thấy ứng với cùng một trị số lưu lượng Q thì tổn thất áp suất qua van mở 1/4 là cao nhất và qua van mở hoàn toàn là nhỏ nhất do đó để giảm tổn thất ta phải mở van hoàn toàn khi sử dụng. Do tổn thất năng lượng qua van nên áp suất ở đầu ra của van giảm. Điều này được ứng dụng làm van tiết lưu thay đổi áp suất trong hệ thống dẫn khí . 6. Các nguyên nhân gây sai số : - Sự rò rỉ chất lỏng dọc đường ống, làm tổn thất năng lượng . -Sự hoạt động không ổn định của bơm. -Sự gỉ sét không đồng đều bên trong ống dẫn đến độ nhám thành ống không đều, bị đóng cặn -Độ mở của các van không đồng nhất giữa các lần thí nghiệm . -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. 7. PHỤ LỤC 7.1 Đổi đơn vị : ▪ Nước 30oC :  = 0.804.10-3Pa.s = 996kg/m3. ▪ Ống 1” D = 0.026m ▪ Ống ½” D = 0.0139m 17