phúc trình cơ học lưu chất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

PHÚC TRÌNH THỰC TẬP
KỸ THUẬT THỰC PHẨM
(CƠ HỌC LƢU CHẤT VÀ VẬT LIỆU RỜI)

Họ và tên: Trần Thị Tú Nhi
MSSV: B2007826
Số thứ tự 55, nhóm 3
Ngày thực tập: thứ 7, ngày 07/05/2022

Cần Thơ, 16/05/2022

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2


BÀI 1: XÁC ĐỊNH ĐỘ RỖNG KHỐI HẠT
I.

Mục đích thí nghiệm

- Biết cách tính độ rỗng hoặc thể tích của phân rỗng có thể sử dụng trong tính tốn
các q trình bảo quản, hơ hấp rau quả.
- Biết cách vận dụng phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng trong việc đo đạc độ rỗng
của khối hạt cũng nhƣ thể tích vật liệu góp phần cho việc tính tốn các thơng tin
liên quan đến thể tích vật liệu (tốc độ, hơ hấp,…).
II.

Thí nghiệm

1. Mơ tả thí nghiệm
a. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
-

Hai bình kim loại có thể tích bằng nhau.
Ba van điều khiển.
Ống bơm.
Một đồng hồ đo áp suất.
Mẫu vật: hạt lúa, hạt gạo, hạt đậu nành.

b. Các bước thực hiện
Hệ thống đo đạc độ rỗng khối hạt:
P
Van 1

Van 2

Van 3
Air out

Air in

Bình 1

Bình 2
(chứa mẫu vật)

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2


Thí nghiệm đƣợc thiết kế nhƣ hình trên:
Gồm 2 bình có thể tích giống nhau.
Bình 1 rỗng có nối với hệ thống đo áp suất và máy nén.
Bình 2 chứa vật liệu cần xác định độ rỗng, thơng với bình 1 qua van 2 và thơng bên
ngồi mơi trƣờng qua van 3.
Đầu tiên cho vật liệu vào đầy bình 2, bình 1 rỗng. Để cho kết quả đƣợc chính xác hơn
thì trƣớc khi đo thì ta phải xả hết khí ra ngồi, sau đó mở van 1, khóa van 2 và van 3.
Dùng ống bơm bơm lên đến áp suất cần đạt đƣợc, khóa van 1, đợi đến khi áp suất ổn
định thì ghi nhận áp suất P1. Sau đó khóa van 1 mở van 2, đợi đến khi áp suất ổn định
thì ghi nhận áp suất P2, mở van 3 để cho khí đi hết ra ngồi. Thực hiện 3 lần để lấy kết
quả.
2. Kết quả thí nghiệm
Áp suất P1 và P2 ghi nhận ở trạng thái 1 và 2 đƣợc sử dụng trong tính tốn độ rỗng
khối vật liệu.
V1 là thể tích bình (2 bình giống nhau, bỏ qua thể tích ống dẫn).

Gọi

V2 thể tích phần rỗng của vật liệu chứa trong bình 2.
Tỉ số

đƣợc định nghĩa là độ rỗng của khối hạt (tỉ số phần khơng khí so với

tổng thể tích khối hạt).
Phƣơng trình trạng thái lý tƣởng với trƣờng hợp đẳng nhiệt:

P1V1 – P2V1 = P2V2 (1)
Từ (1) ta tính đƣợc độ rỗng

Trần Thị Tú Nhi B2007826

đƣợc tính theo:

2


Số liệu thí nghiệm:

Vật liệu

P1 (kg/cm2) P2 (kg/cm2) Độ rỗng Độ rỗng trung bình

Đậu nành
Gạo
Lúa

4,47
4,59
5,11
5,16
4,79
5,04

3,09
3,17
3,55

3,59
3,15
3,17

0,4466
0,4479
0,4394
0,4373
0,5206
0,5899

0,447275734
0,438381263
0,555270142

3. Nhận xét
-

-

Theo nhƣ kết quả thí nghiệm trên, ta có thể thấy độ rỗng của hạt lúa là lớn nhất,
tiếp đến là đậu nành và sau cùng là hạt gạo.
Những hạt có vỏ xù xì, kích thƣớc dài, tỉ trọng nhỏ thì độ rỗng lớn ví dụ nhƣ hạt
gạo, ngƣợc lại những hạt có vỏ nhẳn, trịn, tỉ trọng lớn thì độ rỗng nhỏ nhƣ hạt
đậu nành.
Đối với việc bảo quản thì độ rỗng của hạt rất quan trọng, nếu khối hạt có độ
rỗng lớn thì khơng khí sẽ dễ dàng lƣu thơng, do đó các q trình đối lƣu của
khơng khí, truyền và dẫn nhiệt, ẩm trong khối hạt đƣợc tiến hành thuận lợi. Đặc
biệt độ rỗng rất quan trọng đối với hạt giống, vì nếu độ rỗng nhỏ sẽ làm hạt hơ
hấp yếm khí, làm giảm độ nảy mầm hạt.

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2


BÀI 2: XÁC ĐỊNH TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG KHI
CHẤT LỎNG CHẢY TRONG ỐNG
I.

Mục đích thí nghiệm

- Biết cách tính tổn thất năng lƣợng cho một hệ thống ống dẫn.
- Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng đến tổn thất năng lƣợng khi lƣu chất chảy trong hệ
thống thí nghiệm.
- Sự khác biệt giữa tính tốn lý thuyết và thực tế trong một hệ thống vận chuyển
lƣu chất.
II.

Thí nghiệm

1. Mơ tả thí nghiệm
a. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
- Một hệ thống vận chuyển chất lỏng theo sơ đồ.
- Bơm vận chuyển chất lỏng qua ống có kích thƣớc khác nhau, có bố trí các đo,
đột thu,…
- Các đồng hồ áp suất và hệ thống đo đạc chênh lệch áp suất đƣợc sử dụng trong
việc đo đạc nhằm tính tốn tổn thất áp lực trong q trình thực hiện thí nghiệm
b. Tiến hành thí nghiệm

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2


Các bước thực hiện:
 Mở bơm nƣớc điều chỉnh lƣu lƣợng thích hợp cho thí nghiệm.
+ Lúc đầu, mở van nhẹ, đợi cho lƣu lƣợng kế ổn định trong 5 phút và
đọc chỉ số lƣu lƣợng (Q1) trên lƣu lƣợng kế (L/min)
+ Sau đó, điều chỉnh van tăng từ từ nhỏ lại và đọc chỉ số lƣu lƣợng lúc
sau (Q2, Q3, Q4, Q5).
 Sau khi hệ thống chạy ổn định 5 phút tiến hành đọc dữ liệu từ các áp kế
với P1 là áp suất lớn, P2 là áp suất nhỏ.
Thực hiện lần lƣợt với 4 mức lƣu lƣợng khác nhau
2. Kết quả thí nghiệm
- Phƣơng trình Becnouli cho thống vận chuyển lƣu chất đƣợc tính theo cơng
thức (tính theo m cột chất lỏng).

Với
- P1,2: áp suất tại 2 điểm 1 và 2 (Pa).
- U1,2: vận tốc chảy trong ống tại hai điểm 1 và 2 (m/s).
- W: năng lƣợng cần thiết cung cấp cho hệ thống (m).
- h1,2: chiều cao cột áp tại hai điểm 1 và 2 (m).
-

: Tổn thất năng lƣợng (m).

Số liệu thí nghiệm:
P (kg/cm2)
Áp kế 1

Áp kế 2
Áp kế 3
Áp kế 4

Lƣu lƣợng (m3/s)
Q1=0,000312 Q2=0,000328 Q3=0,000274 Q4=0,000237
0,99
0,77
0,66
0,44
0,88
0,77
0,66
0,44
0,88
0,77
0,66
0,55
0,77
0,66
0,44
0,35

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2


-

Nhiệt độ trong ống dẫn là 30oC, sử dụng bảng thơng số vật lý của nƣớc trên
đƣờng bão hịa tra đƣợc:

-

Đƣờng kính ống dẫn 1 và 2: D = 2,5cm = 0,025m.
Chiều dài ống dẫn: L = 1,2m.
Tra bảng độ nhám thành ống ta đƣợc: 0,03mm = 3.10-5m.
Tính tốn tổn thất năng lƣợng thơng qua việc tính tốn tổn thất do ma sát và tổn
thất cục bộ trên 2 đoạn ống dẫn. So sánh kết quả thực tế và ghi nhận tƣơng ứng
với 4 mức năng lƣợng.

- Vận tốc chất lỏng chảy trong ống: U =
-

Tính chuẩn số Reynold: Re =

-

Với độ nhám của thành ống dẫn tính độ nhám tƣơng đối

=

=1,2.10-3

- Tra giản đồ Moody tìm hệ số ma sát f hoặc tính theo phƣơng trình Cole Brook
nếu Re >2000:
-

√

= -4log(

+

√

).

Có thể sử dụng phƣơng pháp chiều dài tƣơng đƣơng để tính tốn tổn thất cục
bộ và do ma sát theo phƣơng trình

Với Ltđ = chiều dài + chiều dài do tổn thất (Lcb). D = 0,025m.
Đột thu

= 20 => Lcb = 20 x 0,025 = 0,5 (m).
Đột mở:

= 40 => Lcb = 40 x 0,025 = 1 (m).

Co 900

= 30 => Lcb = 30 x 0,025 = 0,75 (m).

=> Lcb = 0,5+1+0,75 = 2,25 (m).
 Ltd = 2,25 + 1,2 = 3,45 (m).

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2

Kết quả tính tốn:

Vận tốc
Tổn thất năng lượng (m)
Lưu
Chuẩn số Hệ số
chảy
Vị trí lượng
trong lịng Reynold ma sát
Q(m3/s)
Thực tế
Lý thuyết
ống
0,0003 0,635601 19740,115 0,0071 0,080694 0,028067
Áp
0,0003 0,668196 20752,429 0,007 0,088365 0,030735
kế
0,0003 0,558188 17335,87 0,0073 0,063787 0,022186
1-2
0,0002 0,482812 14994,895 0,0075 0,049114 0,017083

3. Nhận xét
- Theo thí nghiệm, ta có thể thấy lƣu lƣợng ảnh hƣởng đến tổn thất năng lƣợng. Khi
thay đổi lƣu lƣợng thì tổn thất năng lƣợng cũng thay đổi theo, lƣu lƣợng càng lớn thì
tổn thất năng lƣợng càng lớn.
- Tổn thất năng lƣợng theo thực tế lớn hơn lý thuyết.
- Tổn thất theo nhƣ thí nghiệm thì do ma sát thành ống dẫn gây ra, tổn thất có thể phụ
thuộc vào đặc tính chất lỏng, độ nhám ống dẫn, chế độ chảy trong ống dẫn.

- Khi chất lỏng chảy trong ống, tổn thất năng lƣợng luôn xảy ra do cách bố trí thí
nghiệm ống dẫn chất lỏng làm bằng nguyên liệu sắt để tạo sự gồ ghề, sét, nhám tạo sự
va chạm với nƣớc tăng lƣu lƣợng chảy rối của nƣớc làm tăng tổn thất năng lƣợng.

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2


BÀI 3: XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT DUNG DỊCH BẰNG
NHỚT KẾ MAO QUẢN
I.

Mục đích

- Biết cách xác định độ nhớt bằng dung dịch buret.
- Dựa vào phƣơng trình tính tốn độ nhớt bằng nhớt kế mao quản, với dung dịch
biết trƣớc độ nhớt và khối lƣợng riêng có thể tính bằng số dụng cụ K.

- Từ thông tin K là cơ sở tính tốn độ nhớt của dung dịch biết trƣớc khối lƣợng
riêng thời gian chảy hết lƣợng chất lỏng chứa trong buret.
II.

Thí nghiệm

1. Mơ tả thí nghiệm
a. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
- Buret.
- Cân điện tử.
- Bình định mức 50ml.

- Chiết quang kế.
- Nhiệt kế.
- Cốc thủy tinh
b. Tiến hành thí nghiệm
- Cho nƣớc biết trƣớc khối lƣợng riêng và độ nhớt (tra bảng tại nhiệt độ xác định)
vào nhớt kế mao quản. Tính thời gian chảy hết nƣớc cất. Từ thông tin độ nhớt, khối
lƣợng riêng và thời gian chảy tính tốn hằng số dụng cụ K.
- Cho dung dịch đƣờng cần xác định độ nhớt vào buret và xác định thời gian chảy
hết dung dịch, xác định khối lƣợng riêng dung dịch cần xác định và hằng số dụng
cụ K. Từ đây ta sẽ xác định đƣợc độ nhớt của dung dịch.

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2


2. Kết quả thí nghiệm
-

Nhiệt độ nƣớc đo đƣợc: 29,7oC. Tra các thông số vật lý của nƣớc ta xác định:
(

-

);

= 806,934*10-6 (Pa.s).

Thời gian để nƣớc chảy hết nhớt kế mao quản: 9,99 (s).
Hằng số dụng cụ K:

suy ra K =

=

= 8,11*10-8

Số liệu thí nghiệm:
TT

Mẫu

1
2
3
4

Nƣớc
Dung dịch đƣờng 20%
Dung dịch đƣờng 40%
Dung dịch đƣờng 60%

Khối
lượng
riêng
995,77
1086
1210
1245

Thời
gian
chảy(s)
99,99
10,22
11,285
13,725

Độ nhớt

Hằng số K

806,934*10-6
9*10-4
1,107*10-3
1,38*10-3

8,11*10-8

3. Nhận xét
-

-

Từ kết quả thí nghiệm trên, có thể thấy đƣợc nồng độ khác nhau thì thời gian để
dung dịch đƣờng chảy hết khỏi nhớt kế mao quản cũng khác nhau.
Đối với chất lỏng phi Newton, độ nhớt của các chất là khác nhau, nó cịn phụ
thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi thì độ nhớt cũng thay đổi.
Các chất lỏng khác nhau sẽ chảy với tốc độ rất khác nhau với cùng một lực tác
dụng, Nồng độ càng lớn thì độ nhớt càng cao do độ ma sát giữa các lớp chất

lỏng lớn.
Độ nhớt ảnh hƣởng rất nhiều đến sự vận chuyển của lƣu chất.

Vì vậy ta có thể thấy rằng nƣớc có độ nhớt thấp nên thời gian vận chuyển lƣu chất
ngắn, cịn dung dịch đƣờng có độ nhớt càng cao thì thời gian vận chuyển càng lâu.

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2


BÀI 4: ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU ĐẾN GÓC
NGHIÊN TỰ NHIÊN CỦA KHỐI HẠT
I.

Mục đích
- Cho thấy sự thay đổi góc nghiêng tự nhiên (do ma sát giữa hạt và hạt) khi độ
ẩm vật liệu thay đổi.
- Góc nghiêng tự nhiên đƣợc định nghĩa là góc hợp bởi đƣờng sinh và mặt
phẳng khi trải lớp vật liệu rời trên một mặt phẳng.
- Ma sát giữa hạt và hạt do thay đổi trạng thái bề mặt hình thành góc nghiêng tự
nhiên có ảnh hƣởng đến việc thiết kế kho và các hệ thống vận chuyển. Việc xác
định góc nghiêng tự nhiên giúp tính tốn các hệ thống bảo quản và vận chuyển
hiệu quả.

II.

Thí nghiệm

1. Mơ tả thí nghiệm

a. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
- Thùng chứa hình chữ nhật.
- Thƣớc đo góc.
- Các loại vật liệu.
- Mẫu vật: lúa, gạo, đậu nành.
b. Tiến hành thí nghiệm
- Cho vật liệu chuẩn bị với các độ ẩm khác nhau lần lƣợt vào thùng chứa 1, mở đáy
cho vật liệu chảy 2. Dùng thƣớc để đo góc tự nhiên.
1

2
Góc nghiên
tư nhiên

Mở

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2


2. Kết quả thí nghiệm
Góc nghiên
TT Mẫu vật
tự nhiên
(độ)
30
1 Đậu nành
30
30

40
2
Gạo
40
40
45
3
Lúa
45
45

Góc nghiên
trung bình
30

40

45

3. Nhận xét
- Theo thí nghiệm trên, ta có thể thấy rằng góc nghiên tự nhiên của hạt lúa là lớn
nhất và của hạt đậu nành là nhỏ nhất. Vì vậy, góc nghiên phụ thuộc rất nhiều
vào hình dáng, kích thƣớc và độ nhám của vật liệu.
- Hình dạng dài, kích thƣớc của hạt lúa lớn hơn hạt gạo, gạo có bề mặt nhẵn hơn
lúa, lúa có độ nhám cao hơn gạo nên góc nghiên tự nhiên của lúa lớn hơn góc
nghiên tự nhiên của gạo.

Trần Thị Tú Nhi B2007826

2