Kcl báo cáo
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (397.78 KB, 18 trang )
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
MỤC LỤC
I.
TRÍCH YẾU.......................................................................................................2
1. Mục đích..............................................................................................................2
2. Phương pháp thí nghiệm......................................................................................2
3. Kết quả thí nghiệm...............................................................................................2
II.
LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM............................................................................3
1. Khái niệm.............................................................................................................3
2. Xác định công suất khuấy P.................................................................................3
3. Giản đồ công suất và các chuẩn số đặc trưng......................................................4
4. Nguyên tắc khuếch đại đồng dạng.......................................................................6
5. Tiên đốn cơng suất cho hệ thống thực................................................................6
III. THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM............................................6
1. Thiết bị thí nghiệm...............................................................................................6
2. Phương pháp thí nghiệm......................................................................................7
3. Nội dung thí nghiệm............................................................................................7
IV.
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM.................................................................................8
V.
BÀN LUẬN.......................................................................................................12
VI.
PHỤ LỤC..........................................................................................................16
VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................17
1
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
I.
Bài: Khuấy Chất Lỏng
TRÍCH YẾU
1. Mục đích
-
Khảo sát giản đồ chuẩn số cơng suất khuấy Np với nhiều hệ thống có hình dạng khác nhau.
2. Phương pháp thí nghiệm
-
Đo lực ma sát F bằng cách đọc chỉ số trên lực kế sau mỗi giá trị vận tốc khuấy N.
-
Tính cơng suất cánh khuấy.
-
Tính chuẩn số Reynold.
-
Tính chuẩn số cơng suất .
-
Vẽ giản đồ thể hiện quan hệ giữa Re &
– gọi là giản đồ chuẩn số công suất (khi đã bỏ
qua ảnh hưởng của chuẩn số Froude) cho 2 hệ thống đồng dạng là bình dầu & bình nhớt.
3. Kết quả thí nghiệm
Bảng 1: Số liệu thơ của thí nghiệm
Lưu chất
Cánh khuấy
CT2 (khơng chặn)
CT2 (có chặn)
NHỚT
CT3 (khơng chặn)
CT3 (có chặn)
CP2 (khơng chặn)
N (vòng/phút)
200
400
600
800
1000
200
400
600
800
1000
200
400
600
800
1000
200
400
600
800
1000
200
400
600
F (lbf)
0,04
0,05
0,08
0,11
0,15
0,04
0,06
0,08
0,11
0,12
0,03
0,04
0,06
0,08
0,08
0,02
0,04
0,05
0,07
0,08
0,03
0,04
0,06
2
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
CP2 (có chặn)
CP2 (khơng chặn)
DẦU
CP2 (có chặn)
II.
Bài: Khuấy Chất Lỏng
800
1000
200
400
600
800
1000
50
400
700
900
1100
50
400
700
900
1100
0,07
0,08
0,02
0,04
0,05
0,06
0,06
0,04
0,05
0,06
0,08
0,10
0,04
0,06
0,10
0,12
0,18
LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM
1. Khái niệm
-
Khuấy là q trình làm giảm sự khơng đồng nhất trong chất lỏng. Đó là sự chênh lệch về
nồng độ, độ nhớt, nhiệt độ,… ở những vị trí khác nhau trong lịng chất lỏng
2. Xác định cơng suất khuấy P
-
Công suất khuấy P phụ thuộc nhiều yếu tố được biễu như sau:
các kích thước khác)
-
(1)
Bằng phương pháp phân tích thứ ngun, người ta thiết lập các phương trình chuẩn số tính
cơng suất khuấy dưới dạng:
(2)
-
Trong đó Np là chuẩn số cơng suất, nó phụ thuộc vào chế độ thủy động lực học của thiết bị:
(3)
Với:
: Chuẩn số công suất, vô thứ nguyên.
3
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
: Chuẩn số Reynolds của cánh khuấy, tỷ số giữa lực ly tâm & lực ma sát
: Chuẩn số Froude, tỷ số giữa lực ly tâm & lực trọng trường, đặc trưng cho sự
hình thành xốy phễu.
là các thừa số hình dạng của hệ thống.
Trong đó :
: Cơng suất khuấy (W).
: Vận tốc cánh khuấy (1/s).
: Đường kính cánh khuấy (m)
: Khối lượng riêng của chất lỏng khuấy (kg/m3).
: Độ nhớt động lực học chất lỏng khuấy (N/s.m).
-
Như vậy vấn đề ước đốn cơng suất khuấy rất phức tạp vì cần biết rõ cả ảnh hưởng của hình
dáng hệ thống.
3. Giản đồ công suất và các chuẩn số đặc trưng
-
Trên thực tế, người ta chỉ đo được ảnh hưởng của chuẩn số Reynolds và Froude trên chuẩn
số công suất sau khi đã xác định các thừa số hình dạng.
a. Chuẩn số cơng suất:
-
Ta có thể viết:
Trong đó :
: Lực ma sát.
: vận tốc lưu chất.
: Hệ số ma sát.
: Diện tích cánh khuấy vng góc với phương chuyển động của dịng.
: Đại lượng chiều dài.
-
Vậy
-
Ta thấy chuẩn số cơng suất có ý nghĩa của một thùa số ma sát.
(4)
4
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
b. Chuẩn số Reynolds cánh khuấy:
-
Suy thẳng từ định nghĩa chuẩn số Re của dòng chảy khi thay vận tốc v bằng số vòng quay N
(5)
c. Chuẩn số Froude:
-
Là tỉ số giữa lực ly tâm và gia tốc trọng trường
(6)
-
Chính qn bình giữa hai lực này tạo nên xốy lốc hình phễu. Xốy lốc này gây ra lực phụ
tác dụng ngang lên trục khuấy, lực này sẽ rất lớn nếu độ sâu xoáy phễu lớn hơn độ sâu cánh
khuấy tính từ mặt thống chất lỏng và khi đó khí sẽ lọt vào chất lỏng làm giảm đáng kể hiệu
suất khuấy. Sự tạo phễu còn gây sự đảo, lắc trục khuấy nếu trục khuấy khơng được lắp đặt
chính tâm. Vận tốc khuấy càng cao thì khả năng tạo xốy phễu càng lớn, để khắc phục hiện
tượng này, người ta bố trí những tấm chặn để ngăn cản sự tạo phễu, khi này hiệu suất khuấy
tăng lên nhưng công suất cánh khuấy cũng tăng lên do sức cản khuấy tăng.
-
Nếu lực ly tâm nhỏ
thì chuẩn số Fr chưa đáng kể (gần bằng số khơng) và cơng
suất khuấy trong trường hơp có tấm chắn và khơng có tấm chắn là như nhau, xốy lốc chưa
xuất hiện.
-
Ở chuẩn số Re cao trong bình khơng có tấm chắn người ta gộp ảnh hưởng của chuẩn số Fr
vào chuẩn số công suất qua định nghĩa của chuẩn số công suất hiệu chỉnh:
(7)
-
Lũy thừa m tùy thuộc hình dáng của cánh khuấy và của hệ thống
(8)
Trong đó : a, b là các hằng số phụ thuộc hình dạng cánh khuấy và các thừa số hình dạng.
-
Đối với chong chóng 3 cánh bước 2 có
-
Một cách tổng qt, ta có :
và
thì
và
.
(9)
Trong đó : CN, 1, 2, là các hằng số phụ thuộc chế độ khuấy.
5
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
-
Nếu lưu chất khuấy có chế độ chảy :
Chảy tầng :
Chảy rối có tấm cản :
Chảy rối khơng có tấm cản :
khi này
.
khi này
,
.
, trở lại trường hợp trên.
4. Nguyên tắc khuếch đại đồng dạng
-
Hai hệ thống được gọi là đồng dạng hoàn toàn khi chúng thoả mãn đồng thời:
Đồng dạng hình học
Đồng dạng động học
Đồng dạng động lực học
-
Mơ hình đồng dạng hồn tồn địi hỏi tất cả các chuẩn số vô thứ nguyên tương ứng bằng
nhau.
-
Khi cần thiết kế một hệ thống khuấy lớn cho công nghiệp, người ta thường tạo một mơ hình
nhỏ rồi đo thực nghiệm giản đồ cơng suất của mơ hình này. Vì có đồng dạng hình học giữa
hai hệ thống nhỏ và lớn nên giản đồ áp được cho cả haivà có thể dùng để tiên đốn cơng
suất cũng như cường độ khuấy trong nhà máy: đây là nguyên tắc khuếch đại đồng dạng.
-
Trong thực tế, nhiều khi rất khó thực hiện mơ hình đồng dạng hồn tồn, nếu hai hệ thống
lớn nhỏ gần đống dạng nhưng có vài dị biệt thì ta có thể dùng hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm.
-
Tuy nhiên bằng thực nghiệm người ta nhận thấy :
. Có 3 phương pháp xác định
chuẩn số công suất
Xác định
theo phương pháp giải tích :
Xác định
theo phương trình chuẩn số :
, các giá trị C & m được xác
định qua các bảng tra.
Xác định
theo đồ thị (dùng giản đồ công suất)
5. Tiên đốn cơng suất cho hệ thống thực
-
Khi cần thiết kế một hệ thống khuấy trọn trong công nghiệp, người ta tạo một mơ hình mẫu
nhỏ rồi xây dựng giản đồ chuẩn số cơng suất cho mơ hình này. Mơ hình mẫu phải đồng dạng
với mơ hình thực tế. Vì sự đồng dạng này mà mơ hình lớn có thể dùng chung giản đồ của
mơ hình mẫu. Từ đó ta có thể tiên đốn cơng suất thực cần thiết.
III.
THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
6
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
1. Thiết bị thí nghiệm
-
2 bình chứa dầu và nhớt
-
2 cánh khuấy turbine CT2, CT3 & 1 cánh khuấy chân vịt CP2
-
1 trục gắn cánh khuấy
-
1 bộ tấm chặn 4 tấm
-
1 động cớ ¼ mã lực có thể thay đổi vận tốc 0 – 1200 v/ph bằng hộp số
-
1 lực kế lị xo có thang đo 0 – 2lbf
-
1 vận tốc kế có 3 thang đo ( 0- 300; 0- 600; 0 – 1200 v/ph)
2. Phương pháp thí nghiệm
a. Đo cơng suất khuấy
-
Cơng suất khuấy
được tính bằng cơng thức
(10)
Trong đó:
: là khoảng cách từ vị trí gắn trục lị xo đến động cơ
: lực ma sát giữa chất lỏng và cánh khuấy
: số vòng quay của cánh khuấy
b. Vận tốc khuấy N:
-
Đọc trên vận tốc kế (vòng/phút)
3. Nội dung thí nghiệm
(1) Chọn lưu chất dầu hay là nhớt để tiến hành TN
(2) Chọn cánh khuấy turbine (CT2 hay CT3) hay cánh khuấy chân vịt CP2 lắp vào trục khuấy
(3) Đối với nhớt điều chỉnh tốc độ khuấy là 200, 400, 600, 800, 1000. Cịn đối với dầu thì chọn
tốc độ khuấy là 50, 400, 700, 900, 1100 vòng/phút
-
Chú ý khi tiến hành TN :
Không nên chạy máy quá 1100 vịng/phút máy sẽ rung, nguy hiểm
Khi đọc vận tốc ln thử để vận tốc kế ở thang 0 – 1200prm trước. Nếu thấy chưa đủ chính
xác thì mới giảm xuống thang đo nhỏ hơn . Tránh để kim chỉ nhảy quá mức tối đa của thang
đo.
Mỗi khi bật tắt động cơ hay thay đổi vận tốc khuấy, phải dùng tay giữ động cơ cho lực ban
đầu không làm động cơ xoay mạnh sẽ gây va chạm và làm hư máy.
Khi tháo lắp cánh khuấy , trục … không để rơi xuống làm vỡ bình.
Trước khi dùng lực kế phải chỉnh về 0 khi động cơ quay.
7
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Khi quay hộp số để điều chế vận tộc, phải tháo rời lò xo khỏi động cơ.
8
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
IV.
Bài: Khuấy Chất Lỏng
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 2: Tính tốn số liệu với lưu chất là nhớt và cánh khuấy
N (v/p)
N (v/s)
F (ldf)
F (N)
P (W)
Re
NP
200
3,33
0,04
0,1780
0,4735
181,463
5,8392
CT2
400
6,67
0,05
0,2225
1,1836
362,926
1,8248
(khơng
600
10,00
0,08
0,3560
2,8408
544,390
1,2976
chặn)
800
13,33
0,11
0,4895
5,2080
725,853
1,0036
1000
16,67
0,15
0,6675
8,8774
907,316
0,8759
200
3,33
0,04
0,1780
0,4735
181,463
5,8392
400
6,67
0,06
0,2670
1,4204
362,926
2,1897
600
10,00
0,08
0,3560
2,8408
544,390
1,2976
800
13,33
0,10
0,4450
4,7346
725,853
0,9124
1000
16,67
0,12
0,5340
7,1019
907,316
0,7007
CT2 (có
chặn)
Ghi chú
6.00000
4.50000
Khơng chặn
Có chặn
3.00000
1.50000
.00000
100
200
300
400
Hình 1: Giản đồ
500
600
700
800
900
1000
cho lưu chất là nhớt với cánh khuấy
9
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Bảng 3: Tính tốn số liệu với lưu chất là nhớt và cánh khuấy
N (v/p)
N (v/s)
F (ldf)
F (N)
P (W)
Re
NP
200
3,33
0,03
0,1335
0,3551
126,016
10,8974
CT3
400
6,67
0,04
0,1780
0,9469
252,032
3,6325
(không
600
10,00
0,06
0,2670
2,1306
378,048
2,4216
chặn)
800
13,33
0,08
0,3560
3,7877
504,065
1,8162
1000
16,67
0,08
0,3560
4,7346
630,081
1,1624
200
3,33
0,02
0,0890
0,2367
126,016
7,2649
400
6,67
0,04
0,1780
0,9469
252,032
3,6325
600
10,00
0,05
0,2225
1,7755
378,048
2,0180
800
13,33
0,07
0,3115
3,3142
504,065
1,5892
1000
16,67
0,08
0,3560
4,7346
630,081
1,1624
CT3 (có
chặn)
Ghi chú
012
010
008
Khơng chặn
Có chặn
006
004
002
000
100
200
300
Hình 2: Giản đồ
400
500
600
700
cho lưu chất là nhớt với cánh khuấy
10
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Bảng 4: Tính tốn số liệu với lưu chất là nhớt và cánh khuấy
N (v/p)
N (v/s)
F (ldf)
F (N)
P (W)
Re
NP
200
3,33
0,03
0,1335
0,3551
181,463
4,3794
CP2
400
6,67
0,04
0,1780
0,9469
362,926
1,4598
(không
600
10,00
0,06
0,2670
2,1306
544,390
0,9732
chặn)
800
13,33
0,07
0,3115
3,3142
725,853
0,6387
1000
16,67
0,08
0,3560
4,7346
907,316
0,4671
200
3,33
0,02
0,0890
0,2367
181,463
2,9196
400
6,67
0,04
0,1780
0,9469
362,926
1,4598
600
10,00
0,05
0,2225
1,7755
544,390
0,8110
800
13,33
0,06
0,2670
2,8408
725,853
0,5474
1000
16,67
0,06
0,2670
3,5509
907,316
0,3504
CP2 (có
chặn)
Ghi chú
5.00000
4.00000
3.00000
Khơng chặn
Có chặn
2.00000
1.00000
.00000
100
200
300
400
Hình 3: Giản đồ
500
600
700
800
900
1000
cho lưu chất là nhớt với cánh khuấy
11
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Bảng 5: Tính tốn số liệu với lưu chất là dầu và cánh khuấy
N (v/p)
N (v/s)
F (ldf)
F (N)
P (W)
Re
NP
50
0,83
0,04
0,1780
0,1184
75,768
98,0774
CT2
400
6,67
0,05
0,2225
1,1836
606,144
1,9156
(không
700
11,67
0,06
0,2670
2,4857
1060,752
0,7506
chặn)
900
15,00
0,08
0,3560
4,2611
1363,825
0,6054
1100
18,33
0,10
0,4450
6,5101
1666,897
0,5066
50
0,83
0,04
0,1780
0,1184
75,768
98,0774
400
6,67
0,06
0,2670
1,4204
606,144
2,2987
700
11,67
0,10
0,4450
4,1428
1060,752
1,2510
900
15,00
0,12
0,5340
6,3917
1363,825
0,9081
1100
18,33
0,18
0,8010
11,7181
1666,897
0,9119
CT2 (có
chặn)
Ghi chú
120
100
80
Khơng chặn
Có chặn
60
40
20
0
0
200
400
600
Hình 4: Giản đồ
800
1000
1200
1400
1600
1800
cho lưu chất là dầu với cánh khuấy
12
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bảng 6: Tính tốn số liệu cho bồ thực
Bài: Khuấy Chất Lỏng
với lưu chất là nhớt và cánh khuấy
không chặn
N (v/p)
N (v/s)
F (ldf)
F (N)
P (W)
Re
NP
Ghi chú
0,5514
0,0092
0,04
0,1780
0,0013
181,463
0,3066
CT2
1,1028
0,0184
0,05
0,2225
0,0033
362,926
0,0958
(khơng
1,6542
0,0276
0,08
0,3560
0,0078
544,390
0,0681
chặn)
2,2056
0,0368
0,11
0,4895
0,0144
725,853
0,0527
2,7570
0,0460
0,15
0,6675
0,0245
907,316
0,0460
0,000
0,000
.005000
.010000
.015000
.020000
.025000
.030000
.035000
.040000
.045000
.050000
0,000
Hình 5: Đồ thị biểu diễn cơng suất khuấy theo vận tốc khuấy
V.
BÀN LUẬN
Câu 1: Ảnh hưởng của tấm chặn đến cơng suất khuấy
-
Trong các thí nghiệm, ta luôn thấy với cùng một vận tốc khuấy, trường hợp lắp tấm chặn sẽ
có chuẩn số cơng suất (hay công suất) khuấy cao hơn so với không lắp tấm chặn.
13
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
-
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Lắp tấm chặn sẽ làm tăng trở lực cản trở dịng chảy xốy trịn của chất lỏng trong bồn
khuấy. Từ đó làm tăng lực ma sát của dịng chảy. Trong trường hợp khơng có tấm chặn nếu
dùng một cơng suất bằng với trường hợp khơng lắp tấm chặn thì do trở lực dịng chảy đó,
vận tốc khuấy sẽ đạt giá trị thấp hơn. Vì vậy, để đảm bảo được vận tốc khuấy cần thiết, ta
phải cung cấp một công suất lớn hơn trường hợp không lắp tấm chặn.Tuy nhiên, khi lắp tấm
chặn sẽ ngăn cản được sự hình thành xốy phễu, làm tăng hiệu suất khuấy, bên cạnh đó công
suất khuấy cũng tăng do trở lực cản của tấm chặn lên sự khuấy tăng
-
Tuy nhiên, với trường hợp của dầu, khi vận tốc khuấy đạt đến một giá trị nào đó thì chuẩn
số cơng suất ở hai trường hợp lại tiến về gần bằng nhau. Có vẻ như kết quả trên hoàn toàn
ngược lại so với hai giản đồ trong sách hướng dẫn thí nghiệm. Cịn đồ thị 3 thì lại giống với
2 giản đồ trong sách hướng dẫn. Nguyên nhân có thể do thiết bị: khi quay lâu trong nhớt
(dầu) do có độ nhớt cao nên khi hệ thống khuấy hoạt động lâu sẽ làm lỏng khớp nối cánh
khuấy với trục khuấy. Điều này làm cho việc đo lực khó khăn hơn, số liệu thu nhận được từ
lực kế khơng cịn tính chính xác nữa. Ngồi ra, hệ thống gồm: động cơ, hộp số được đỡ trên
ổ bi, khi hệ thống hoạt động không ngừng dao động
số đo lực kế dao động liên tục
khó xác định chính xác giá trị và sai số do không kể đến ma sát trong ổ bi đỡ động cơ
(chống lại ma sát giữa cánh khuấy và chất lỏng làm sai kết quả đo lực).
Câu 2: Sự tiêu thụ năng lượng của từng loại cánh khuấy
-
Với cùng một loại cánh khuấy và cùng điều kiện thí nghiệm về các thơng số khác, đường
kính cánh khuấy càng lớn thì năng lượng tiêu thụ càng lớn.
-
Trong trường hợp đó, năng lượng tiêu thụ phụ thuộc vào tiết diện vng góc với vận tốc dài
của cánh khuấy. Tiết diện càng lớn, lực cản của chất lỏng lên cánh khuấy càng lớn
năng
lượng tiêu hao để thắng lực cản đó càng lớn.
-
Lực cản này được biểu diễn bởi phương trình của Newton :
Trong đó :
: Lực cản
: Hệ số nhớt động lực học
: Tiết diện vng góc với vận tốc dòng chảy.
: Gradient vận tốc lưu chất theo phương vng góc dịng chảy.
-
.
.
Trong thí nghiệm, ta thấy
14
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Cánh khuấy CT2 tiêu thụ năng lượng lớn hơn cánh khuấy CT3, thể hiện ở chỗ công suất khuấy
lớn hơn. Vì: cánh khuấy CT2 có đường kính 3 inch, cánh khuấy CT3 có đường kính 2.5 inch
diện tích bề mặt vng góc vận tốc dài cánh khuấy của cánh khuấy CT3 lớn hơn.
Cánh khuấy CP2, tuy có đường kính bằng với cánh khuấy CT3, tuy nhiên cấu tạo của nó có
dạng chong chóng, phần tiết diện vng góc với vận tốc dài của nó bé hơn cả cánh khuấy
CT3 vì thế nó tiêu thụ năng lượng thấp nhất. Có một điểm cần lưu ý là do cấu tạo như chong
chóng, cánh khuấy CP2 sẽ làm tăng lực đẩy theo chiều trục, vì vậy nó sẽ tăng cường khuấy
trộn dọc.
Câu 3: Khoảng cách giữa các vận tốc trong trường hợp khuấy dầu lớn hơn khuấy nhớt:
-
Trong cuốn hướng dẫn thí nghiệm : với nhớt có thể chọn vận tốc 200, 400, 600, 800 và
1000; với dầu có thể chọn 50, 400, 700, 900, 1100.
-
Do độ nhớt của dầu nhỏ hơn nhiều so với nhớt, chỉ gần bằng phân nữa. Vì vậy lực ma sát đo
được khi khuấy dầu sẽ nhỏ hơn khi khuấy nhớt. Nếu lấy khoảng vận tốc khuấy hai chất lỏng
giống nhau thì khoảng cách giữa các lực đo được khi khuấy dầu sẽ nhỏ
khó phân biệt. Vì
vậy, khoảng cách vận tốc của thí nghiệm khuấy dầu phải lớn hơn thí nghiệm khuấy nhớt để
tăng khoảng cách các lực ma sát đo được
dễ đọc giá trị trên lực kế.
Câu 4: Trong trường hợp nào thì có xốy phễu? Xốy phễu có lợi hay khơng. Có những phương
án nào làm mất xoáy phễu? Bề mặt của xoáy phễu lõm xuống hay lồi lên? Tại sao?
Xoáy phễu xuất hiện khi lực ly tâm đủ lớn, vận tốc xoay của dòng lưu chất lớn sẽ tạo ra một
trường lực cân bằng với trọng lực chất lỏng làm cho bề mặt phần chất lỏng phân bố theo
dạng cong lõm. Dạng cong lõm của xốy được giải thích theo 2 cách:
-
Theo giải tích:
Mặt thoáng chất lỏng trong thiết bị là mặt cong được biểu diễn bởi phương trình:
Trong đó:
z0 – là độ sâu của phễu,
;
B – tham số phụ thuộc vào thông số phân bố tốc độ,
.
được biễu
diễn trên đồ thị.
h1 – khoảng cách từ mực chất lỏng ban đầu đến đến đáy của lõm xoáy, m
h2 – mực chất lỏng dâng lên ở thành thiết bị, m
Rõ ràng lấy tích phân của phương trình trên thì
, do vậy bề mặt của
lõm xốy (dạng parabol) sẽ lõm xuống.
15
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
-
Bài: Khuấy Chất Lỏng
Theo bản chất: lực ly tâm có xu hướng đem các phần tử chất lỏng từ tâm ra ngoài. Đến
thành bình, chúng bị cản lại và ứ đọng tại đó. Vì vậy mật độ các phần tử chất lỏng ở tâm
bình sẽ ít hơn ở ngồi thành bình vì vậy sẽ xuất hiện dạng lõm (do thiếu chất lỏng ở tâm
bình khuấy).
-
Cánh khuấy chân vịt có tác dụng tăng cường khuấy trộn dọc nên sẽ ít tạo xốy phễu hơn.
-
Thường thì xốy phễu khơng có lợi, vì trên bề mặt chất lỏng sẽ xuất hiện nhiều chỗ xoáy
lớn và sự chuyển động của chất lỏng trong lịng đơi khi bị hạn chế do sự mất mát năng
lượng nhiều và sự tạo bọt trong khi khuấy. Hơn nữa, xoáy phễu hình thành và tồn tại làm
giảm lực khuấy trộn ,đơi khi cịn có tác dụng ngược lại làm xuất hiện khả năng phân li làm
giảm hiệu quả của quá trình khuấy. Do vậy thực tế người ta thường tránh khả năng tạo xoáy
phễu bằng các phương án sau:
Đặt lệnh tâm cánh khuấy vào bể (thùng) khuấy: đặt nghiêng hay đặt nằm ngang
Ghép thanh chặn trong thùng khuấy: Ghép thanh chặn ở thành thùng, dùng vòng cản, thanh
rối dòng, các ống thẳng đứng đặt trong thùng, các vòng ống,…
-
Tuy nhiên, việc đặt lệch tâm cánh khuấy và ghép thanh chặn trong thùng chắn sẽ xuất hiện
thêm trở lực cục bộ và xuất hiện vùng tù
để giảm thỉu vùng tù ta phải tăng vận tốc khuấy
trộn.
Câu 5: Nhận xét mức độ tin cậy của phương pháp đồng dạng.Phân tích trường hợp bồn “50m 3”
ở trên:
-
Phương pháp đồng dạng là phương pháp được ứng dụng nhiều trong nghiên cứu và thiết kế
các hệ thống. Như đã đề cập ở phần lý thuyết, hai quá trình được gọi là đồng dạng phải thỏa:
Đồng dạng hình học.
Đồng dạng động học.
Đồng dạng động lực học.
-
Mơ hình đồng dạng hồn tồn địi hỏi tất cả các chuẩn số vô thứ nguyên tương ứng bằng
nhau.
-
Tuy nhiên, khi áp dụng mơ hình đồng dạng của mơ hình thí nghiệm vào mơ hình sản xuất
cơng nghiệp sẽ khó tránh khỏi những sai khác về một số thông số kĩ thuật. Vì vậy, để có thể
áp dụng những nghiên cứu trong phịng thí nghiệm vào thực tế thường người ta sẽ thêm 1
hay 1 vài thông số hiệu chỉnh.
-
Mức độ tin cậy của phương pháp đồng dạng là có thể chấp nhận được trong khi chưa có một
mơ hình giải tích chính xác để tính tốn các hệ thống thực.
-
Trong mơ hình sản xuất cơng nghiệp, u cầu năng suất được đặt lên hàng đầu và công suất
khuấy trộn lớn hơn rất nhiều so với thí nghiệm. Theo thí nghiệm trên
rất nhỏ
16
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
so với thực tế. Vì vậy, để có thể tính tốn cho hệ thống thực nghiệm u cầu ta phải làm thí
nghiệm ở điều kiện có Re cao hơn rất nhiều so với thí nghiệm (
vận tốc khuấy trộn lớn)
Câu 6: Chuyển giao giản đồ
-
Sau khi xây dựng thành cơng bồn chứa 50m3, điều đầu tiên phải làm đó là làm thực nghiệm
và lập nên giản đồ
. Sau đó đối chiếu với giản đồ thí nghiệm lí thuyết. Từ đó xác
định các hệ số hiệu chỉnh. Sau khi đã làm xong những bước đó, ta đã có một giản đồ hồn
chỉnh và có thể dùng giản đồ đó để tính tốn cho các thiết bị có dung tích lớn hơn dựa trên
giản đồ hoàn chỉnh. Và giản đồ đã lập được có thể áp dụng để thiết kế các thiết bị công
nghiệp và đưa vào sản xuất theo qui mơ cơng nghiệp.
VI.
PHỤ LỤC
-
Các thơng số cần thiết
Đường kính bình nhớt
:
Đường kính bình dầu
:
Đường kính cánh khuấy
:
Khối lượng riêng nhớt
:
Khối lượng riêng dầu
:
Độ nhớt của nhớt
:
Độ nhớt của dầu
:
Chiều cao mực chất lỏng
:
;
;
:
Chiều cao mực chất lỏng từ đáy bình đến cánh khuấy:
Bề dầy tấm chặn
:
Bề ngang tấm chặn
:
-
Tính tốn các giá trị
17
Báo cáo Thí nghiệm Q trình và Thiết bị
Bài: Khuấy Chất Lỏng
-
Tính tốn cho trường hợp bồn nhớt thực tế
Thể tích bồn thí nghiệm
:
Thể tích bồn thực tế
:
Tỉ số đồng dạng hình học
:
Đường kính bồn thực tế
:
Đướng kính cánh khuấy
:
-
Chọn giá trị
sao cho Re (tính theo
-
Từ giản đồ
của cánh khuấy
)
Re (tính theo d )
trường hợp khuấy nhớt, tra giá trị
cho trường
hợp thực tế
-
Tính cơng suất khuấy thực tế :
VII.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Tập thể Tác giả bộ môn Máy & Thiết bị – Khoa Cơng nghệ Hóa học & Dầu khí – Trường Đại
học Bách khoa –Đại học Quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, “ Thí nghiệm Q trình & Thiết bị”, 09/2003.
[2]. Tập thể tác giả, “ Sổ tay Quá trình & Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – tập 1”, Nhà xuất bản Khoa
học & Kỹ thuật Hà Nội, 1992.
[3]. Nguyễn Văn Lụa, “Q trình & Thiết bị Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm – tập 1 – Các Quá
trình & Thiết bị Cơ học – quyển 1- Khuấy Lắng Lọc”,NXB –Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh,
2001.
18
