Báo cáo thí nghiệm QUÁ TRÌNH CHÁY và sự LAN TRUYỀN NGỌN lửa thí nghiệm kỹ thuật hàng không 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT GIAO THƠNG
----------

Báo cáo thí nghiệm

Q TRÌNH CHÁY VÀ SỰ LAN TRUYỀN NGỌN LỬA
Thí nghiệm Kỹ thuật Hàng Không 1
GVHD: Đặng Trung Duẩn
Lớp: VL01

Sinh viên thực hiện

Mã số sinh viên

Ngô Anh Quyền

1914883

Trần Công Phong

1914638

Nguyễn Văn Công

1912807

Lương Xuân Hiếu

1913337

Huỳnh Quốc Huy

1913509

TP. HCM, ngày 20 tháng 3 năm 2022

download by :


Mục lục
1. Lý thuyết liên quan: Máy thủy khí ................................................................................ 5
2. Thiết bị thí nghiệm và vận hành: ................................................................................... 7
2.1.

Lắp đặt hệ thống thí nghiệm: .................................................................................. 8

2.2.

Phần mềm tương tác: .............................................................................................. 9

2.2.1.

Cài đặt: ............................................................................................................. 9

2.2.2.

Hướng dẫn cài đặt Driver: .............................................................................. 10

2.2.3.

Hướng dẫn sử dụng: ....................................................................................... 10

2.3.

Các đại lượng cần lưu ý: ....................................................................................... 12

3. Bài 1: Khảo sát đường đặc tính quạt ly tâm: ............................................................... 13
3.1.

Mục đích và yêu cầu thí nghiệm: .......................................................................... 13

3.2.

Nguyên lý: ............................................................................................................. 13

3.3.

Tiến hành thí nghiệm: ........................................................................................... 13

3.4.

Quy trình xử lý số liệu: ......................................................................................... 13

3.5.

Kết quả và nhận xét: ............................................................................................. 15

4. Bài 2: Khảo sát đồng dạng động lực học của quạt ly tâm: .......................................... 18
4.1.

Mục đích và yêu cầu thí nghiệm: .......................................................................... 18

4.2.

Nguyên lý: ............................................................................................................. 18

4.3.

Tiến hành thí nghiệm: ........................................................................................... 18

4.4.

Quy trình xử lý số liệu: ......................................................................................... 19

4.5.

Kết quả và nhận xét: ............................................................................................. 21

2

download by :


Danh mục hình ảnh
Hình 1 Máy nhận năng lượng (Turbine gió) và máy cung cấp năng lượng (bơm). ............. 5
Hình 2: Phân bố cột áp theo lưu lượng một số loại máy cánh dẫn. ...................................... 6
Hình 3: Mơ hình máy cánh dẫn ly tâm. ................................................................................ 6
Hình 4: Mơ hình quạt ly tâm FM40...................................................................................... 7
Hình 5: Vị trí đo của các cảm biến trên ống hút và ống đẩy. ............................................... 8

Hình 6: Hai bánh cơng tác của FM40. .................................................................................. 8
Hình 7: Nối dây thiết bị thí nghiệm. ..................................................................................... 9
Hình 8: Thư mục cài đặt chương trình tương tác của FM40. ............................................. 10
Hình 9: Giao diện FM40-308. ............................................................................................ 10
Hình 10: Giao diện FM40-306. .......................................................................................... 11
Hình 11: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích. ................................ 15
Hình 12: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra
theo lưu lượng thể tích. ....................................................................................................... 15
Hình 13: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo
lưu lượng thể tích. ............................................................................................................... 16
Hình 14: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng
thể tích. ............................................................................................................................... 16
Hình 15: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa cơng suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích. . 17
Hình 16: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích. ........................ 17
Hình 17: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt
(thuận) khác nhau. .............................................................................................................. 21
Hình 18: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra
theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau. ............................................. 21
Hình 19: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo
lưu lượng thể tích tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau. .............................................. 22
Hình 20: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng
thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau....................................................................... 22
Hình 21: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích ở
hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau....................................................................................... 23
Hình 22: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt
(thuận) khác nhau. .............................................................................................................. 23
Hình 23: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cpu và Cq (cánh thuận). ..................................... 24
Hình 24: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cq và CH (cánh thuận). ...................................... 24
Hình 25: Đồ thị so sánh giá trị Pu tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm (cánh thuận). .... 26
Hình 26: Đồ thị so sánh giá trị Qv tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm (cánh thuận). ... 26

Hình 27: Đồ thị so sánh giá trị PtF tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm (cánh thuận). .. 26
Hình 28: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt
(ngược) khác nhau. ............................................................................................................. 27
Hình 29: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra
theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau. ............................................ 27
3

download by :


Hình 30: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo
lưu lượng thể tích tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau.............................................. 28
Hình 31: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa cơng suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng
thể tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau. .................................................................... 28
Hình 32: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích ở
hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau. .................................................................................... 29
Hình 33: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt
(ngược) khác nhau. ............................................................................................................. 29
Hình 34: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cp (Pu) và Cq (cánh ngược). .............................. 30
Hình 35: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cq và CH (cánh ngược). ..................................... 30
Hình 36: Đồ thị so sánh giá trị Pu tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm. ......................... 31
Hình 37: Đồ thị so sánh giá trị Q tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm. .......................... 31
Hình 38: Đồ thị so sánh giá trị PtF tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm. ........................ 32

Danh mục bảng biểu
Bảng 1: Bảng số liệu bài 1.1. .............................................................................................. 14
Bảng 2: Bảng số liệu bài 1.2. ............................................................................................. 14
Bảng 3: Bảng số liệu bài 2.1 (FS=57%) với vận tốc 2018 rpm.......................................... 19
Bảng 4: Bảng số liệu bài 2.1 (FS=85%) với vận tốc 3009 rpm......................................... 19
Bảng 5: Bảng số liệu bài 2.2 (FS=57%) với vận tốc 2018 rpm.......................................... 20

Bảng 6: Bảng số liệu bài 2.2 (FS=85%) với vận tốc 3009 rpm.......................................... 20

4

download by :


KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA QUẠT LY TÂM 1
Bài 1: Khảo sát đường đặc tính quạt ly tâm
Bài 2: Khảo sát đồng dạng động lực học của quạt ly tâm

1. Lý thuyết liên quan: Máy thủy khí
Máy thủy khí là thiết bị làm việc bằng cách trao đổi năng lượng với dịng chất lỏng đi qua
máy, ví dụ: bơm, turbine, quạt, máy nén…Ở bài thí nghiệm này ta tập trung vào quạt – máy
thủy khí có lưu chất tương tác là khơng khí.
Có thể phân loại máy thủy khí theo nhiều cách khác nhau:
•

Theo tính chất trao đổi năng lượng với chất lưu:
✓ Nhận năng lượng của lưu chất, biến đổi thành cơ năng (turbine nước, turbine
gió…)
✓ Cung cấp năng lượng cho lưu chất (bơm, quạt, máy nén…)

Hình 1 Máy nhận năng lượng (Turbine gió) và máy cung cấp năng lượng (bơm).

•

Theo nguyên lý tác dụng với chất lưu trong quá trình trao đổi năng lượng:
✓ Máy cánh dẫn dùng chuyển động quay của bánh công tác (gồm các lá cánh)
để trao đổi động năng và thế năng với lưu chất. Vận tốc lưu chất, áp suất lối

ra và lối vào là các thông số đặc trưng trong việc xác định trạng thái hoạt
động. Được chia làm 2 phân loại nhỏ: máy ly tâm và máy hướng trục.
✓ Máy thể tích trao đổi năng lượng với chất lưu theo nguyên lý nén chất lỏng
trong một thể tích kín dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh, với dạng trao đổi
năng lượng là áp năng. Máy thể tích có khả năng làm việc với áo suất cao
nhưng lưu lượng nhỏ. Vận tốc máy là thông số quyết định hoạt động máy

Tùy vào mục đích sử dụng (độ cao cột áp, lưu lượng) mà người ta lựa chọn các loại máy
thủy khí thích hợp. Hình 2 thể hiện vùng phân bố cột áp theo lưu lượng của 3 loại máy thủy
khí phổ biến (máy thể tích, máy cánh dẫn ly tâm, máy cánh dẫn hướng trục) dùng trong
bơm nước.
5

download by :


Hình 2: Phân bố cột áp theo lưu lượng một số loại máy cánh dẫn.

Đối với máy cánh dẫn ly tâm (Hình 3), lưu chất đi vào tâm các rotor có cánh xoay, đẩy ly
tâm ra bên ngồi và được một buồng góp gom lại, dẫn ra lối ra. Vận tốc quay cao, lưu chất
nhận động năng lớn. Chênh lệch áp suất giữa lối ra và lối vào được sinh ra do chuyển động
động năng này thành áp năng. Máy cánh dẫn ly tâm được dùng nhiều trong các lĩnh vực
khác nhau. Tuy nhiên có một số hạn chế về áp suất tĩnh sau máy thấp, tiếng ồn…

Hình 3: Mơ hình máy cánh dẫn ly tâm.

Các đại lượng đặc trưng của máy cánh dẫn ly tâm bao gồm:
Lưu lượng thể tích đo bằng vịng chắn:
Cd   d 2 2  P0
Qv =

4
• Vận tốc lưu chất:
•

V=
•

Qv
A

(2)

Áp suất tồn phần:
  (V2 2 − V12 ) 
PtF = 



(1)

2

 + ( P2 − P1 )



(3)
6

download by :

Trong đó: (đơn vị hệ SI)
𝑑: đường tính vịng chắn lưu lượng
𝑃0: chênh lệch áp suất khi qua vòng chắn lưu lượng
𝜌: khối lượng riêng khơng khí
𝐶d: hệ số lưu lượng
𝐴: diện tích tiết diện cắt ngang
𝑃1, 𝑃2: áp suất phía trước và phía sau bánh cơng tác
𝑉1, 𝑉2: vận tốc lưu chất ở lối vào và lối ra của quạt

2. Thiết bị thí nghiệm và vận hành:
Bộ thiết bị thí nghiệm gồm mơ hình quạt ly tâm như Hình 4, bộ xử lý dữ liệu IDF7, 2 bánh
công tác có chiều lá cánh khác nhau. Thiết bị được kết nối với máy tính thơng qua cổng
USB.

Hình 4: Mơ hình quạt ly tâm FM40.

FM40 hoạt động với một trong hai bánh cơng tác có sẵn (dạng backward-curved blades và
forward-curved blades) với tốc độ quay được điều khiển bởi chương trình tương tác. Bánh
cơng tác được đặt trong buồng góp và nối với hai ống dẫn (một ống hút, một ống đẩy) đặt
vng góc nhau. Trên hai ống này được lắp các cảm biến và thiết bị khác như sau (Hình 5):
Ống hút: cảm biến đo áp suất đầu vào và áp suất trước quạt, cảm biến đo nhiệt độ,
lưới tổ ong ổn định dịng trước khi vào quạt.
• Ống đẩy: cảm biến đo áp suất đầu ra của quạt, thiết bị điều khiển lưu lượng bằng
ống cao su.
•

Ngồi ra cịn có cảm biến đo moment xoắn trên trục của motor.

7

download by :


Hình 5: Vị trí đo của các cảm biến trên ống hút và ống đẩy.

Lưu ý:
Thiết bị điều khiển bằng lưu lượng không giữ lưu lượng ổn định khi gần đóng,
lưu lượng nhỏ; nhưng sẽ ổn định hơn khi độ mở tăng dần.
Hai bánh công tác của FM40 được cánh số: (1) là backward-curved blades và (2) là forwardcurved blades như Hình 6.

Hình 6: Hai bánh cơng tác của FM40.

Lưu ý:
Bánh công tác số 2 bị lệch trục, rung động lớn nhất khi tốc độ motor là 25%.
Không được vận hành thiết bị tại tốc độ này!
2.1. Lắp đặt hệ thống thí nghiệm:
Tiến hành nối dây thiết bị thí nghiệm như Hình 11. Sau đó, bật 2 cơng tắc TỔNG và
MAINS, đèn “Power” sáng khi có điện và đèn “Active” sáng khi kết nối với máy tính.

8

download by :


Lưu ý:
-

Các công tắc TỔNG và MAINS phải ở vị trí OFF khi lắp đặt.

Hạn chế tháo – lắp nhiều lần.

Hình 7: Nối dây thiết bị thí nghiệm.

2.2. Phần mềm tương tác:
2.2.1. Cài đặt:
Phần mềm tương tác của FM40 kết nối với máy tính qua cổng USB. Có hai phiên bản của
chương trình là:
FM40-306 (/FM40-306/Setup.exe): đây là phiên bản cũ của chương trình, cần cài
đặt trước khi sử dụng, chỉ nhận giao tiếp các cổng COM có giá trị nhỏ hơn 9.
• FM40-308 (/FM40 new Software/FM40/Program/Cs308.exe): đây là phiên bản mới,
tự động quét các cổng COM giao tiếp với máy tính, chạy ngay khơng cần cài đặt.
•

Lưu ý:
- Trong một số trường hợp yêu cầu cài đặt FM40-306 trước khi sử dụng FM40308. Nếu máy tính khơng tự động nhận cổng COM cần cài đặt Driver.

9

download by :


-

Sinh viên có thể được yêu cầu trả lời các câu hỏi trắc nghiệm trong phần mềm FM40306.

Hình 8: Thư mục cài đặt chương trình tương tác của FM40.

2.2.2. Hướng dẫn cài đặt Driver:
Right click My Computer  Manager  Chọn Device manager ở cột bên trái. Kiểm tra

Mục Port (COM & LPT)  IDF7:
Nếu xuất hiện dấu chấm thang màu vàng thì Driver chưa được cài đặt  Right click
và chọn Update driver software…  Chỉ đến thư mục FM40-306 để chương trình tự
động cài đặt  Khởi động lại máy tính và kiểm tra kết nối;
• Nếu khơng có dấu chấm thang màu vàng và chỉ thị “Watchdog enable” trên phần
mềm tương tác sáng chứng tỏ chương trình đã kết nối thành cơng.
•

2.2.3. Hướng dẫn sử dụng:
Phần này sẽ trình bày cách sử dụng chương trình FM40-306, cách sử dụng FM40- 308
tương tự (thao tác trên các icon lớn hơn ở cột bên trái).

Hình 9: Giao diện FM40-308.

10

download by :


Hình 10: Giao diện FM40-306.

Các chức năng trên hình 10:
Thay đổi cửa sổ tổng quan, số liệu, bảng số liệu…
Nút ghi số liệu

Thiết đặt một số hằng số

Các số liệu tính tốn/đo đạc về momen xoắn, vận tốc góc, lưu
lượng…

Điều khiển quạt bật/tắt, vận tốc quạt…

Giá trị các cảm biến

11

download by :


Lưu ý:
“Set zero” giá trị các cảm biến trước khi tiến hành ghi nhận số liệu.
2.3. Các đại lượng cần lưu ý:
Các hằng số:
•
•
•
•
•
•

Đường kính bánh cơng tác D = 180 mm
Hệ số lưu lượng Cd = 0.596
Áp suất khí quyển Pa = 101 kPa
Gia tốc trọng trường g = 9.81 m/s2
Đường kính ống hút d1 = 95 mm
Đường kính ống đẩy d2 = 75 mm

12

download by :

3. Bài 1: Khảo sát đường đặc tính quạt ly tâm:
3.1. Mục đích và yêu cầu thí nghiệm:
Hiểu phương pháp khảo sát và vẽ đường đặc tính của quạt ly tâm khi hoạt động ở tốc
độ khơng đổi.
Thực hiện thí nghiệm tại tốc độ quay của động cơ không đổi (FS=100%), thu thập số
liệu và vẽ được các đồ thị:
-

Đường đặc tính của quạt (các loại áp suất theo lưu lượng thể tích)
Các loại cơng suất theo lưu lượng thể tích
Hiệu suất theo lưu lượng thể tích

Sau đó nhận xét xu hướng biến thiên, điểm cực trị của các đại lượng.
3.2. Nguyên lý:
Việc lựa chọn quạt phù hợp cho một hệ thống có sẵn đươc dựa vào đường đặc tính của
quạt. Đường đặc tính thiết lập mối quan hệ giữa áp suất tạo ra bởi quạt và lưu lượng ở một
tốc độ động cơ nhất định, giúp cho việc lựa chọn chính xác và dễ dàng hơn.
3.3. Tiến hành thí nghiệm:
- Xoay phần miệng đầu ra của quạt để mở ra hoàn toàn. Đặt tốc độ quạt tối đa (FS =
100%) rồi ghi lại lưu lượng tối đa của quạt. Sau đó xoay miệng đầu ra của quạt về
vị trí mà lưu lượng nhỏ nhất rồi ghi lại giá trị này. Bấm nút
để ghi lại kết quả tại
vị trí này.
- Xác định bước nhảy lưu lượng bằng cách chia khoảng từ lưu lượng nhỏ nhất đến lớn
nhất thành các khoảng đều nhau (nhiều hơn 10 khoảng). Các khoảng chia lên lấy số
hợp lý để dễ thao tác.
- Mở từ từ miệng đầu ra của quạt; đồng thời, quan sát sự thay đổi của lưu lượng. Khi
lưu lượng dao động quanh giá trị cần lấy kết quả thì ta dừng thay đổi ở miệng đầu

thổi, chờ ổn định rồi bấm nút
để lấy kết quả. Tiếp tục mở từ từ miệng đầu ra
của quạt với mức lưu lượng tăng dần theo bước nhảy rồi làm như trên cho đến lấy
được kết quả ở lưu lượng tối đa.
- Lưu lại kết quả thí nghiệm (đồ thị, bảng số liệu): File => Save As.
3.4. Quy trình xử lý số liệu:
Thực hiện các bước thí nghiệm như trên, ta tiến hành đo và dùng các công thức để xử
lý số liệu, ta được bảng số liệu:

13

download by :


Bảng 1: Bảng số liệu bài 1.1.

Bảng 2: Bảng số liệu bài 1.2.

14

download by :


3.5. Kết quả và nhận xét:
Từ bảng số liệu trên, vẽ các đồ thị:

1.20

Tổng áp suất mà quạt cung cấp cho dịng khí theo lưu lượng thể
tích

1.00

Quay thuận
chiều

0.80

PtF

Quay
ngược
chiều

0.60
Poly. (Quay
ngược
chiều)

0.40
0.20
0.00
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

Poly. (Quay
thuận chiều)

120.00

Qv
Hình 11: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích.

Đồ thị này ta có thể thấy đường nội suy biểu diễn ở cả hai cánh quạt thuận và ngược
chiều khơng có sự khác biệt. Khi áp suất tổng có xu hướng tăng khi lưu lượng thể tích tăng,
giá trị cực tiểu của áp suất tổng là khoảng 0.84 - 0.85 (kPa) tại vị trí lưu lượng khoảng 11.4
– 11.5 (l/s), giá trị cực đại của áp suất tổng là khoảng 1.12 (kPa) tại vị trí lưu lượng khoảng
98 (l/s). Khi lưu lượng vượt qua ngưỡng cực đại của áp suất tổng ta có thể dự đốn rằng áp
suất tổng sẽ có xu hướng giảm khi tiếp tục tăng lưu lượng thể tích.

Chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra
theo lưu lượng thể tích

Quay
ngược
chiều

1.000

PDF

0.800

Quay
thuận
chiều

0.600
0.400
0.200
0.000
0.00

20.00

40.00

60.00

Qv

80.00

100.00

120.00

Poly.
(Quay
ngược
chiều)

Poly.
(Quay
thuận
chiều)

Hình 12: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích.

Chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra của máy có xu hướng tăng dần khi lưu
lượng tăng, và khi lưu lượng qua giá trị cực đại thì áp suất chêch lệch có xu hướng giảm
dần, ở cả hai trường hợp cánh quạt thuận và ngược chiều. Giá trị cực tiểu và cực đại lần
lượt là khoảng 0.72 và 0.94 (kPa) tại mức lưu lượng lần lượt là khoảng 58 và 114 (l/s).
15

download by :


Chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng
thể tích
1.200

Quay
ngược
chiều

PDO

1.000

Quay
thuận

chiều

0.800
0.600
0.400
0.200

0.000
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

Qv

Poly.
(Quay
ngược
chiều)
Poly.
(Quay

thuận
chiều)

Hình 13: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích.

Khi vịng chắn lưu lượng càng mở thì lưu lượng càng tăng. Khi vịng chắn đóng tại vị
trí bằng 0 thì lưu lượng cũng bằng 0. Lưu lượng đạt tại vị trí cực đại cũng là lúc vòng chắn
mở hết biên độ. Đường đồ thị của bài 1.1 và 1.2 trong trường hợp so sánh này khơng có sự
khác biệt.

Cơng suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích
300.0
Quay
ngược
chiều

250.0

Pm

200.0
Quay
thuận
chiều

150.0

Poly.
(Quay
ngược

chiều)

100.0
50.0
0.0
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

Poly.
(Quay
thuận
chiều)

Qv
Hình 14: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa cơng suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích.

Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa cơng suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích
của 2 cánh quạt khơng có sự khác biệt lớn. Hiệu suất cơ khí có xu hướng tăng dần khi lưu
lượng thể tích tăng.

16

download by :


140.00
120.00

Công suất do bánh công tác tạo ra theo lưu lượng thể
Quay
tích
ngược
chiều

100.00

Quay
thuận
chiều

Pu

80.00
60.00

Poly.
(Quay
ngược
chiều)
Poly.

(Quay
thuận
chiều)

40.00
20.00
0.00
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

Qv

Hình 15: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa cơng suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích.

Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích có xu
hướng giống với Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu
lượng thể tích.

Hiệu suất theo lưu lượng thể tích

Fan efficiency (egr)

60.000

50.000

Quay
ngược
chiều

40.000

Quay thuận
chiều

30.000

Poly.
(Quay
ngược
chiều)

20.000

Poly. (Quay
thuận
chiều)

10.000

0.000
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

Qv
Hình 16: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích.

Ở đồ thị hiệu suất theo lưu lượng này ta thấy 1 đường hiệu suất cao hơn đường cịn lại
từ đó có thể dự đốn đường cao hơn là đường hiệu suất của cánh quạt quay thuận chiều và
ngược lại. Hiệu suất cực đại của cánh thuật là khoảng 50% tại lưu lượng là 100 (l/s) và
hiệu suất cực đại của cánh ngược là khoảng 47% tại lưu lượng là 107 (l/s).
17

download by :


4. Bài 2: Khảo sát đồng dạng động lực học của quạt ly tâm:
4.1. Mục đích và yêu cầu thí nghiệm:

Dự đoán được hoạt động của quạt tại một vận tốc từ một vận tốc khác cho trước dựa
vào đồng dạng động lực học.
Thực hiện thí nghiệm tại 2 tốc độ quay của động cơ không đổi (3009 rpm và 2018 rpm),
thu thập số liệu và vẽ các đồ thị:
- Các loại áp suất, công suất, hiệu suất theo lưu lượng thể tích tại 2 tốc độ khác
nhau. Vẽ các đồ thị hệ số đồng dạng để chứng minh sự đúng đắn của đồng dạng
động lực học.
- Hoặc tính các hệ số đồng dạng trước, sau đó dự đốn các giá trị tại tốc độ
thứ 2 từ tốc độ thứ 1, sau đó vẽ đồ thị so sánh giá trị tính được với đo được.
4.2. Nguyên lý:
Việc kiểm nghiệm tất cả các loại quạt tại các tốc độ khác nhau là rất khó khăn và khơng
thực tế. Đồng dạng động lực học được sử dụng để dự đoán các yếu tố về áp suất, công suất,
lưu lượng của một loại quạt khi đã biết đặc tính của một loại quạt khác đồng dạng. Một số
các đại lượng vô thứ nguyên dung trong đồng dạng động lực học như:
•

Hệ số cơng suất:

•

Hệ số lưu lượng:

•

Hệ số cột áp:

P
 n3 D 5
Q
CQ =

nD3
gH
CH = 2 2
nD
CP =

(4)
(5)
(6)

Đồng dạng động lực học giúp ta kiểm soát được dễ dàng các yếu tố ảnh hưởng được kết
quả với độ chính xác cao. Độ chính xác càng cao khi càng nhiều các yếu tố ảnh hưởng được
xét đến trong mơ hình đồng dạng như ma sát, độ nhám… Hai quạt được xem là động dạng
hình học khí thỏa điều kiện:
-

Có cùng số lá cánh
Các kích thước về góc giống nhau
Các kích thước tuyến tính tỉ lệ với nhau

4.3. Tiến hành thí nghiệm:
Thực hiện tương tự mục 3.3 nhưng với 2 tốc độ động cơ khác nhau (2018 rpm và 3009
rpm).

18

download by :


4.4. Quy trình xử lý số liệu:

Thực hiện các bước thí nghiệm như trên, ta tiến hành đo và dùng các công thức để xử lý số liệu, ta được bảng số liệu:

Bảng 3: Bảng số liệu bài 2.1 (FS=57%) với vận tốc 2018 rpm

Bảng 4: Bảng số liệu bài 2.1 (FS=85%) với vận tốc 3009 rpm

19

download by :


Bảng 5: Bảng số liệu bài 2.2 (FS=57%) với vận tốc 2018 rpm

Bảng 6: Bảng số liệu bài 2.2 (FS=85%) với vận tốc 3009 rpm

20

download by :


4.5. Kết quả và nhận xét:
Từ bảng số liệu trên, vẽ các đồ thị:
❖ Trường hợp 1 (Bài 2.1): Quay thuận chiều

0.90

Tổng áp suất mà quạt cung cấp cho dòng khí theo lưu
lượng thể tích

0.80

rpm=2018

0.70

ptF

0.60

rpm=3009

0.50
Poly.
(rpm=2018)

0.40
0.30

Poly.
(rpm=3009)

0.20
0.10
0.00
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

Qv
Hình 17: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau.

Chênh lệch áp suất tĩnh giữ đầu vào và đầu ra theo lưu
lượng thể tích
0.800
0.700

PDF

0.600

rpm=2018

0.500
rpm=3009

0.400

0.300

Poly.
(rpm=2018)

0.200

Poly.
(rpm=3009)

0.100
0.000
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

Qv
Hình 18: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích ở
hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau.

21

download by :


chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu
lượng thể tích
0.800

0.700
0.600

rpm=2018

PDO

0.500
rpm=3009

0.400
0.300
0.200
0.100
0.000
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

Qv
Hình 19: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích tích ở
hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau.

Cơng suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích
180.0
160.0
140.0

rpm=2018

Pm

120.0
rpm=3009

100.0
80.0

Poly.
(rpm=2018)

60.0

Poly.
(rpm=3009)

40.0
20.0
0.0
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

Qv
Hình 20: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa cơng suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt
(thuận) khác nhau.

22

download by :


Công suất do bánh công tác tạo ra theo lưu lượng thể tích
80.00
70.00
60.00
rpm=2018

Pu

50.00
40.00

rpm=3009

30.00

Poly.
(rpm=2018)

20.00

Poly.
(rpm=3009)

10.00
0.00
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

Qv
Hình 21: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận)
khác nhau.

Hiệu suất theo lưu lượng

50.000

45.000

Fan efficiency (egr)

40.000
35.000

rpm=2018

30.000
rpm=3009

25.000
20.000

Poly.
(rpm=2018)

15.000
10.000

Poly.
(rpm=3009)

5.000
0.000
0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

Qv
Hình 22: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau.

Nhận xét: ta thấy cả 6 đồ thị đều có xu hướng giống với những nhận xét cho từng đồ thị
ở phần 3.5.
23

download by :


Biểu đồ đồng dạng cho trường hợp quay thuận chiều tại 2 mức vận tốc:

Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cpu và Cq
350
300
y = -5.0827x2 + 129.3x + 5.6089

Cq

250

200

rpm = 2018

150
100
rpm = 3009
50

0
0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Cp (Pu)
Hình 23: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cpu và Cq (cánh thuận).

Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cq và CH
0.12
0.1

CH

0.08
y = -1E-07x2 + 0.0001x + 0.0708
0.06
rmp = 2018
rpm = 3009

0.04
0.02
0
0

50

100

150

200

250

300

350

Cq
Hình 24: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cq và CH (cánh thuận).

Từ các điểm giá trị trên cả 2 đồ thị rất sát nhau và cùng xu hướng nên ta có thể nhận xét
chúng có đồng dạng động lực học. Từ đó ta đi kiểm tra lại nhận xét trên.

24

download by :


Kiểm tra sự đồng dạng:
Giả sử tại Fan setting = 57%, với vận tốc 2018 rpm: công suất Pu=17.17 W, Qv=49.85
(l/s), tổng áp suất mà quạt cung cấp cho dòng khí PtF=0.34 kPa.
Tại đó ta tính được:
•

Hệ số cơng suất:

Cp =

P
17.17
=
= 2.1325
3 5
 n D 1.12  ( 2018 / 60 )3  0.185

Hệ số lưu lượng:

•

CQ =
•

Q
49.85
=
= 254.1428
3
nD
( 2018 / 60 )  0.183

Hệ số cột áp:

CH =

gH
9.81 0.34
=
= 0.091
2
2 2
n D
( 2018 / 60 )  0.182

Từ các hệ số vơ thứ ngun trên, ta dự đốn các giá trị tại tốc độ thứ 2, vận tốc 3009
rpm:
•

P = C p   n3 D 5 = 2.1325 1.12  ( 3009 / 60 )  0.185
3

 P = 56.9223 W
•

(So sánh với kết quả đo được là 56.59 W)

Q = CQ  nD 3 = 254.1428  ( 3009 / 60 )  0.183

 Q = 74.3304 (l/s)

(So sánh với kết quả đo được là 74 W)

2
CH  n 2 D 2 0.091 ( 3009 / 60 )  0.18
PtF =
=
g
9.81
2

•

 PtF = 0.756 (kPa)

(So sánh với kết quả đo được là 0.76 W)

25

download by :