Bài Báo cáo quá trình khuấy chất lỏng

Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
I. TRÍCH YẾU
1. Mục đích
Khảo sát giản đồ chuẩn số công suất khuấy với nhiều hệ thống có hình dạng khác
nhau.
2. Phương pháp
− Ta thực hiện khuấy 2 chất lỏng là dầu và nhớt bằng các cánh khuấy turbine (C
T2
,
C
T3
) và chân vòt (C
P2
) ở các vận tốc khác nhau ứng với hai chế độ: có và không có tấm
chặn.
− Đo các giá trò lực ma sát (khi cánh khuấy quay, lực ma sát truyền lên cánh khuấy
và làm cho động cơ quay trên ổ bi) ứng với từng trường hợp thí nghiệm.
− Tính toán các giá trò công suất của động cơ, chuẩn số Re và chuẩn số công suất
khuấy N
p
ứng với từng trường hợp, từ đó xây dựng các giản đồ chuẩn số công suất khuấy
cho các trường hợp thí nghiệm.
3. Kết quả thí nghiệm
Bảng 1: Kết quả thí nghiệm với nhớt.
Bảng 2: Kết quả thí nghiệm với dầu.
Chế độ khuấy N(v/ph)
F(lbf)
C
T2
Có tấm chặn
50 0,068

400 0,079
700 0,148
900 0,183
1100 0,21
Không tấm chặn
50 0,07
400 0,078
700 0,113
900 0,138
1100 0,156
Trang 1
Chế độ khuấy N(v/ph)
F(lbf)
C
T2
C
T3
C
P2
Có tấm chặn
200 0,085 0,074 0,078
400 0,098 0,095 0,084
600 0,142 0,106 0,102
800 0,195 0,128 0,110
1000 0,222 0,152 0,123
Không tấm chặn
200 0,079 0,077 0,078
400 0,088 0,086 0,081
600 0,122 0,109 0,095
800 0,166 0,118 0,108

1000 0,189 0,128 0,111
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
II. LÝ THUYẾT TN
1. Khái niệm cơ bản:
− Khuấy là quá trình cung cấp năng lượng để tạo ra một dòng chảy thích hợp trong
thiết bò nhằm làm giảm sự không đồng nhất trong chất lỏng. Đó là sự chênh lệch về nồng
độ, độ nhớt, nhiệt độ ở những điểm khác nhau trong lòng chất lỏng.
Người ta có thể khuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí (dùng cánh khuấy), bằng khí nén
(sục khí) hoặc bằng tiết lưu hay tuần hoàn chất lỏng.
Trong cách khuấy trộn bằng cơ khí, một vài loại cánh khuấy thường được dùng là:
nhỏ quay vòng số khidùng Được
ghép neomỏ U), (chữ neomỏ Loại
chéặt thanh có chèo máivà thanh, 2 chèo mái Loại
bảnchèo mái loại tấm, Loại





+
+
+
lớn. quay vòng số khidùng Được
turbine Loại
vòt chân Loại



+
+

Phạm vi ứng dụng của hai loại mái chèo được sử dụng trong bài thí nghiệm là:
+ Loại cánh khuấy turbine: Loại này dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao (µ
= 5.10
5
cP), để điều chế huyền phù mòn, để hòa tan nhanh chất rắn hoặc để khuấy trộn
chất lỏng đã lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 80%.
+ Loại cánh khuấy chân vòt: Dùng để điều chế huyền phù, nhũ tương. Loại cánh
khuấy này dùng không thích hợp với chất lỏng có độ nhớt cao hoặc khuấy trộn hỗn hợp,
trong đó pha rắn có khối lượng riêng lớn.
− Trong các hệ thống khuấy, một số yếu tố được quan tâm là:
• Chọn cánh khuấy
• Thời gian khuấy
• Công suất tiêu tốn
• Số vòng quay
• Độ lớn của bề mặt truyền nhiệt.
Trong bài thí nghiệm này ta sẽ xem xét về yếu tố công suất khuấy và tiên đoán công
suất khuấy cho một hệ thống nhất đònh.
2. Phân tích thứ nguyên:
Công suất khuấy phụ thuộc vào tốc độ, tính chất của môi trường và đặc tính hình học
của thiết bò, tức là:
• Vận tốc cánh khuấy (v/ s).
• Đặc tính của chất lỏng: độ nhớt µ (Pa.s), khối lượng riêng ρ (kg/m
3
).
• Độ cao của chất lỏng trong bình chứa H (m).
• Đường kính cánh khuấy d (m).
• Đường kính bình khuấy D và cấu trúc bình khuấy (loại cánh khuấy, hình dáng
bình chứa, số tấm chặn,…)
Như vậy, ta có quan hệ :
P = f (N, d, µ, ρ, D, H, Z, các kích thước hình học khác)

Bằng phương pháp phân tích thứ nguyên, người ta thiết lập các phương trình chuẩn
số tính công suất khuấy dưới dạng :
Trang 2
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
ρ

53
dN
P
= f
*








, ,,,
.
,

22
D
H
D
Z
D
d

g
dNNd
µ
ρ
hay là:
P = f (Re
K
, Fr
k
, , Eu
k
…)
Trong đó:
• N
P

=
ρ

53
dN
P
: chuẩn số công suất, có ý nghóa của một thừa số ma sát. Nó phụ
thuộc vào chế độ thủy động lực học trong thiết bò.
• Re =
µ
ρ

2
Nd

: chuẩn số Reynolds của cánh khuấy, tỷ số giữa lực ly tâm và lực
ma sát. Nó đặc trưng cho chế độ chảy của lưu chất trong bình khuấy.
• Fr =
g
dN .
2
: chuẩn số Froude, tỷ số giữa lực ly tâm và lực trọng trường, đặc
trưng cho sự hình thành xoáy phễu.
•
D
d
,
D
Z
,
D
H
,… các thừa số hình dạng của hệ thống.
Giữa các hệ thống thỏa mãn điều kiện đồng dạng hình học, các thừa số hình dạng
bằng nhau, ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của chúng. Vì thế:
N
P
= f
*
(Re, Fr,…) (*)
3. Giản đồ công suất:
Trong mỗi chế độ chảy (dòng, quá độ, chảy xoáy có xuất hiện xoáy phễu và không
có suất hiện xoáy phễu), ta có công thức tính công suất khuấy riêng. Ở đây ta chỉ xét đến
trường hợp chảy xoáy.
Công thức tổng quát để xác đònh công suất khuấy trộn:

P = N
P
.N
3
.d
5
.ρ (W)
Trong đó N
P
phụ thuộc vào hai chuẩn số Re và Fr. Ta có 3 cách để xác đònh chuẩn số
công suất khuấy:
• Xác đònh chuẩn số công suất theo giải tích.
• Xác đònh chuẩn số công suất theo đồ thò.
• Xác đònh chuẩn số công suất theo phương trình chuẩn số.
Việc xác đònh chuẩn số công suất bằng giải tích đến nay vẫn còn là một vấn đề khó
khăn. Vì thế, người ta dùng thực nghiệm để xây dựng quan hệ giữa 3 chuẩn số nói trên.
Thông thường, người ta giữ cố đònh một trong hai thông số ở một giá trò nào đó (giả
sử là Re ở Re
1
), làm thí nghiệm với các giá trò Fr
1,
Fr
2
,… để được các N
P
tương ứng. Sau đó
sẽ thay đổi nó đến các giá trò khác (chẳng hạn Re
2
, Re
3,…

) và
ø
cứ lặp lại quy trình. Ta có thể
dùng một mặt phẳng 3 chiều Re – Fr - N
P
để mô tả phương trình (*)
Trang 3
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
Từ giản đồ 3 chiều , ta có thể quy về giản đồ 2 chiều để sử dụng. Tuy nhiên người ta
nhận thấy, đối với đa số hệ thống thực, Fr không phải là yếu tố ảnh hưởng quyết đònh lên
N
P
. Ví dụ như chuẩn số Fr thường chỉ được tính đến khi mặt thoáng chất lỏng không còn ở
dạng phẳng do ảnh hưởng của tốc độ quay. Do đó ta vẽ đồ thò quan hệ giữa N
P
và Re, bỏ
qua ảnh hưởng của Fr. Đồ thò mô tả đó gọi là giản đồ công suất khuấy. Ta có ví dụ về
giản đồ công suất khuấy như hình.
4. Tiên đoán công suất cho các hệ thống thực:
Khi cần thiết xây dựng một hệ thống khuấy trộn công nghiệp, người ta thường tạo
những mô hình mẫu nhỏ rồi xây dựng giản đồ công suất cho các hệ thống này. Mô hình
mẫu phải đồng dạng với các mô hình thực tế và do đó, ta có thể dùng chung giản đồ công
suất của mô hình nhỏ cho mô hình lớn. Từ đó, ta có thể tiên đoán công suất khuấy trộn
cần thiết.
Trang 4
Baùo caùo thí nghieäm: KHUAÁY CHAÁT LOÛNG
Trang 5
Baùo caùo thí nghieäm: KHUAÁY CHAÁT LOÛNG
Trang 6
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG

III. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
1. Thiết bò thí nghiệm:
− 2 bình chứa dầu và nhớt.
− 2 cánh khuấy turbine C
T2
(lớn), C
T3
và 1 cánh khuấy chân vòt C
P2
.
− 1 trục gắn cánh khuấy.
− 1 bộ tấm chặn 4 tấm.
− 1 động cơ ¼ mã lực có thể thay đổi được vận tốc từ 0 đến 1200 vòng/phút (rpm)
bằng hộp số. Động cơ được đặt trên ổ bi.
− 1 lực kế lò xo có thang đo từ 0 đến 2 lbf.
− 1 vận tốc kế có 3 thang đo hoạt động theo nguyên tắc điện từ (0 – 300 rpm, 0 –
600 rpm, 0 – 1200 rpm).
2. Phương pháp thí nghiệm:
2.1. Phương pháp đo:
2.1.1. Công suất khuấy:
Khi cánh khuấy quay, lực ma sát truyền lên cánh khuấy và làm cho động cơ quay
trên ổ bi. Ta gắn lò xo lực kế vào động cơ để hãm nó lại, đọc số đo trên lực kế. Số đo này
chính là độ lớn của lực ma sát F giữa chất lỏng và cánh khuấy.
Công sinh ra khi điểm đặt lò xo chuyển động tương đối một khoảng ds:
dA = Fds
Khi chuyển động trọn một vòng:
∫
π
π==
r

rFFdsA
2
0
2
với r là khoảng cách từ vò trí gắn lò xo đến trục động cơ. Trong hệ thống thí nghiệm này,
r = 5 inch.
Công suất của động cơ:
T
A
P =
với
N
T
1
=
là thời gian động cơ quay hết một vòng.
Như vậy:
P = 2πFrN
2.1.2. Vận tốc khuấy N
Đọc trên vận tốc kế theo đơn vò vòng/phút (rpm).
2.2. Nội dung thí nghiệm
Thí nghiệm được thực hiện với hai chất lỏng là nhớt và dầu. Đối với nhớt tiến hành
lần lượt với cả ba cánh khuấy, với dầu chỉ dùng cánh khuấy CT
2
. Ứng với mỗi cánh khuấy
phải đo hai chế độ: có và không có tấm chặn. Vận tốc khuấy thay đổi từ 100 đến 1100
vòng/phút. Với nhớt có thể chọn vận tốc 200, 400, 600, 800 và 1000. Với dầu nên để 50,
400, 700, 900 và 1100.
Chú ý:
− Không nên chạy máy quá 1100 vòng/phút, máy sẽ rung, nguy hiểm.

− Khi đọc vận tốc luôn thử để ở thang đo 0 – 1200 rpm 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.
Trang 7

0
2
4
6
8
10
12
14
0
200
400
600
800
1000
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
− Mỗi khi bật tắt động cơ hay thay đổi vận tốc khuấy, phải dùng tay giữ động cơ để
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 bình làm vỡ bình.
− Trước khi dùng lực kế phải chỉnh về 0 khi động cơ không quay.
− Khi quay hộp số để điều chỉnh vận tốc, phải tháo rời lò xo khỏi động cơ.
IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 3: Kết quả tính cho trường hợp khuấy nhớt bằng cánh khuấy C
T2
Chế độ
khuấy

N(v/ph) N(v/s) F(lbf) F(N) P(W) Re N
p
Có tấm
chặn
200 3,333 0,085 0,378 1,006 181,463 12,408
400 6,667 0,098 0,436 2,320 362,926 3,577
600 10,000 0,142 0,632 5,042 544,390 2,303
800 13,333 0,195 0,868 9,232 725,853 1,779
1000 16,667 0,222 0,988 13,139 907,316 1,296
Không có
tấm chặn
200 3,333 0,079 0,352 0,935 181,463 11,532
400 6,667 0,088 0,392 2,083 362,926 3,212
600 10,000 0,122 0,543 4,332 544,390 1,979
800 13,333 0,166 0,739 7,859 725,853 1,515
1000 16,667 0,189 0,841 11,185 907,316 1,104
Hình 5 : Giản đồ chuẩn số công suất khuấy cho trường hợp khuấy nhớt bằng cánh khuấy C
T2
Trang 8
Re
N
p
Có tấm chặn
Không có tấm chặn
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
Bảng 4: Kết quả tính cho trường hợp khuấy nhớt bằng cánh khuấy C
T3
Chế độ
khuấy
N(v/ph) N(v/s) F(lbf) F(N) P(W) Re N

p
Có tấm
chặn
200 3.333 0.074 0.329 0.876 126.016 26.880
400 6.667 0.095 0.423 2.249 252.032 8.627
600 10.000 0.106 0.472 3.764 378.048 4.278
800 13.333 0.128 0.570 6.060 504.065 2.906
1000 16.667 0.152 0.676 8.996 630.081 2.209
Không có
tấm chặn
200 3.333 0.077 0.343 0.911 126.016 27.970
400 6.667 0.086 0.383 2.036 252.032 7.810
600 10.000 0.109 0.485 3.871 378.048 4.399
800 13.333 0.118 0.525 5.587 504.065 2.679
1000 16.667 0.128 0.570 7.575 630.081 1.860

0

5

10

15

20

25

30

0

100

200

300

400

500

600

700

Hình 6 : Giản đồ chuẩn số công suất khuấy cho trường hợp khuấy nhớt bằng cánh khuấy C
T3
Trang 9
N
p
Re
Có tấm chặn
Không có tấm chặn
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
Bảng 5: Kết quả tính cho trường hợp khuấy nhớt bằng cánh khuấy C
P2
Chế độ
khuấy
N(v/ph) N(v/s) F(lbf) F(N) P(W) Re N

p
Có tấm
chặn
200 3,333 0,078 0,347 0,923 181,463 11,387
400 6,667 0,084 0,374 1,989 362,926 3,066
600 10,000 0,102 0,454 3,622 544,390 1,654
800 13,333 0,11 0,490 5,208 725,853 1,004
1000 16,667 0,123 0,547 7,279 907,316 0,718
Không có
tấm chặn
200 3,333 0,078 0,347 0,923 181,463 11,387
400 6,667 0,081 0,360 1,918 362,926 2,956
600 10,000 0,095 0,423 3,373 544,390 1,541
800 13,333 0,108 0,481 5,113 725,853 0,985
1000 16,667 0,111 0,494 6,569 907,316 0,648

0
3
6
9
12
15
0
200
400
600
800
1000
Hình 7 : Giản đồ chuẩn số công suất khuấy cho trường hợp khuấy nhớt bằng cánh khuấy C
P2

Trang 10
Re
Có tấm chặn
Không có tấm chặn
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
Bảng 6: Kết quả tính cho trường hợp khuấy dầu bằng cánh khuấy C
T2
Chế độ
khuấy
N(v/ph) N(v/s) F(lbf) F(N) P(W) Re N
p
Có tấm
chặn
50 0,833 0,068 0,303 0,201 75,768 166,647
400 6,667 0,079 0,352 1,869 606,144 3,025
700 11,667 0,148 0,659 6,128 1060,752 1,851
900 15,000 0,183 0,814 9,742 1363,825 1,384
1100 18,333 0,210 0,935 13,664 1666,897 1,063
Không có
tấm chặn
50 0,833 0,070 0,312 0,207 75,768 171,548
400 6,667 0,078 0,347 1,846 606,144 2,987
700 11,667 0,113 0,503 4,679 1060,752 1,413
900 15,000 0,138 0,614 7,347 1363,825 1,044
1100 18,333 0,156 0,694 10,151 1666,897 0,790

-40
0
40
80

120
160
200
0
400
800
1200
1600
2000
Hình 8 : Giản đồ chuẩn số công suất khuấy cho trường hợp khuấy dầu bằng cánh khuấy C
T2
Trang 11
N
p
Re
Có tấm chặn
Không có tấm chặn
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
V. BÀN LUẬN

Thiết kế bồn nhớt có thể tích 50m
3
- Trong quá trình thí nghiệm, tiến hành đo các kích thước của bình chứa, ta được các
kết quả như sau:
H: 0,26 (m)
D:0,245 (m) (ta dùng đường kính trong của bình chứa để làm cơ sở thiết kế bồn
chứa nhớt 50m
3
theo tiêu chuẩn đồng dạng).
Với:

H: chiều cao cột nhớt trong bình, m.
D: đường kính trong của bình, m.
- Để thiết kế được bồn nhớt 50m
3
đồng dạng với bình khuấy trong thí nghiệm thì
phải thỏa điều kiện sau:
'
'
D
H
D
H
=
Với H’: chiều cao cột nhớt trong bồn 50m
3
, m.
D’: đường kính của bồn nhớt 50m
3
, m.
- Thể tích của bồn nhớt được tính theo công thức:
'H
'D
V ⋅π=
4
2
Từ các điều kiện (1) và (2), ta suy ra được kích thước tương ứng của bồn nhớt 50m
3
phải thiết kế như sau:
- Bồn nhớt có đường kính: D’ = 3,91 (m)
- Bồn nhớt có chiều cao: H ≥ 5(m)

- Chiều cao của nhớt trong bồn: H’ = 4,15 (m)
Với các kích thước tương ứng như trên, ta đã thiết kế được bồn nhớt có thể tích 50m
3
đồng dạng với bình khuấy nhớt trong phòng thí nghiệm.
Chọn cánh khuấy CT
2
ở chế độ không tấm chặn trong quá trình thí nghiệm để làm
chuẩn cho việc chọn loại cánh khuấy và kích thước cánh khuấy trong quá trình khuấy nhớt
trong bồn 50m
3
.
Ta cũng chọn cánh khuấy loại turbin và độ nhúng sâu của cánh khuấy vào bồn nhớt
cho bồn 50m
3
theo tiêu chuẩn sau:
'
'
Z
d
Z
d
=
Với d, d’: đường kính cánh khuấy trong phòng thí nghiệm và trong bồn 50m
3
.
Z,Z’: chiều cao tính từ đáy bình đến cánh khuấy trong phòng thí nghiệm và
trong bồn 50m
3
.
Từ tiêu chuẩn trên ta chọn được đường kính cánh khuấy d’ = 1,22 (m). Như vậy, quá

trình khuấy nhớt trong bồn thể tích 50m
3
là đồng dạng với quá trình trong phòng thí
nghiệm ta đã tiến hành.
Quá trình khuấy trong bình chứa 50m
3
, ta chọn 5 giá trò vận tốc khuấy như sau:
Trang 12
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
Bảng 7: Kết quả tính cho trường hợp khuấy nhớt bằng cánh khuấy turbin đồng dạng
với cánh khuấy CT
2
Chế độ
Cánh
khuấy
Vận tốc khuấy
(vòng/phút)
Vòng/s Re
Không
tấm chặn
Turbin
200 3,33 46515,6
400 6,67 93031,1
600 10,00
139547,
0
800 13,33
186062,
0
1000 16,67

232578,
0
Vì hai quá trình khuấy là đồng dạng với nhau nên ta có thể dựa trên giản đồ công
suất khuấy đã thiết lập được trong quá trình thí nghiệm để tiên đoán công suất khuấy của
bồn nhớt 50m
3
với các vận tốc đã chọn.
Đồ thò của công suất khuấy P theo Re trong chế độ khuấy không tấm chặn, dùng
cánh khuấy CT
2
được cho như sau:
Hình 9 : Giản đồ công suất khuấy theo Re trong trường hợp bồn nhớt 50m
3
Bảng 8: Kết quả tính công suất khuấy cho trường hợp khuấy nhớt bằng cánh
khuấy turbin đồng dạng với cánh khuấy CT
2
Chế độ
Cánh
khuấy
Vận tốc khuấy
(vòng/phút)
Vòng/s Re
Công suất khuấy
(W)
Không
tấm chặn
CT
2
200 3,33 46515,6 33,18
400 6,67 93031,1 37,39

600 10,00 139547,0 39,85
800 13,33 186062,0 41,60
1000 16,67 232578,0 42,96
Từ các số liệu tính toán được ở trên, ta sẽ vẽ được đồ thò biểu diễn mối quan hệ giữa
công suất khuấy P và vận tốc N.
Trang 13
0
10
20
30
40
50
0 500 1000 1500
N(v ong/phut)
P(W)
-5
0
5
10
15
0 200 400 600 800 1000
Re
P(W)
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
Câu 1: Nhận xét ảnh hưởng của tấm chặn đến công suất khuấy:

Trường hợp cánh khuấy C
T2
:
o Khuấy dầu: Khi vận tốc khuấy nhỏ, công suất khuấy khi có tấm chặn nhỏ

hơn không có tấm chặn. Còn khi vận tốc khuấy lớn (≥400rpm) thì công suất
khuấy khi có tấm chặn lớn hơn không có tấm chặn.
o Khuấy nhớt: Trong mọi vận tốc khảo sát, công suất khuấy khi có tấm chặn
luôn lớn hơn khi không có tấm chặn.

Trường hợp cánh khuấy C
T3
: Ở vận tốc 200 và 600 rpm thì công suất khuấy khi có
tấm chặn nhỏ hơn không có tấm chặn, còn ở các vận tốc còn lại thì công suất khuấy khi có
tấm chặn lớn hơn không có tấm chặn.

Trường hợp cánh khuấy C
P2
: Trong mọi vận tốc khảo sát, công suất khi có tấm chặn
luôn lớn hơn trường hợp không có tấm chặn.
Nhìn chung, giá trò công suất khuấy khi có tấm chặn thường lớn hơn khi không có
tấm chặn và không khác nhau nhiều lắm. Bởi vì khi có tấm chặn thì các dòng lưu chất sẽ
bò ma sát với tấm chặn nên sẽ tốn thêm công suất để thắng lực ma sát đó.
Câu 2: Nhận xét sự tiêu thụ năng lượng của từng loại cánh khuấy
Chế độ khuấy
trong nhớt
Vận tốc
khuấy
N
P
C
T2
C
T3
C

P2
Có tấm chặn
200 1,006 0,876 0,923
400 2,320 2,249 1,989
600 5,042 3,764 3,622
800 9,232 6,060 5,208
1000 13,139 8,996 7,279
Không có tấm
chặn
200 0,935 0,911 0,923
400 2,083 2,036 1,918
600 4,332 3,871 3,373
800 7,859 5,587 5,113
1000 11,185 7,575 6,569
Theo bảng kết quả trên, ta có mức độ tiêu tốn năng lượng của các loại cánh khuấy
theo thứ tự là:

Ở vận tốc khuấy nhỏ (200 rpm): C
T2
> C
P2
>C
T3

Ở vận tốc khuấy lớn (>200 rpm): C
T2
> C
T3
> C
P2

Bởi vì:
• Với cùng vận tốc khuấy, lực ma sát tác dụng lên cánh khuấy phụ thuộc vào tiết
diện vuông góc với vận tốc dài của cánh khuấy.
Trang 14
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
• Cánh khuấy kiểu turbine có bề mặt vuông góc với vận tốc dài của cánh khuấy lớn
hơn cánh khuấy chân vòt nên sẽ chòu tác dụng của lực ma sát nhiều hơn, làm tiêu tốn
năng lượng khuấy nhiều hơn. Cánh khuấy càng lớn thì chòu lực ma sát tác dụng càng
nhiều.
Ngoài ra, ta cũng có một nhận xét là khi vận tốc càng lớn thì chênh lệch công suất
khuấy tiêu tốn cho từng loại cánh khuấy càng chênh lệch rõ.
Câu 3: Ta chọn khoảng cách giữa các vận tốc trong trường hợp khuấy dầu lớn hơn
khuấy nhớt vì:
Độ nhớt của dầu nhỏ hơn nhiều so với độ nhớt của nhớt (µ
dầu
= 51,84cP còn µ
nhớt
=
90,89cP) nên với cùng một tốc độ quay thì lực ma sát giữa dầu với cánh khuấy sẽ nhỏ hơn
lực ma sát giữa nhớt với cánh khuấy. Do đó vận tốc cánh khuấy khi khuấy dầu phải thay
đổi một giá trò đáng kể thì ta mới có thể khảo sát thấy sự thay đổi của lực ma sát, làm
giảm đi sai số chủ quan của quá trình thí nghiệm, trong khi đó ta chỉ cần thay đổi vận tốc
khuấy nhớt một lượng nhỏ hơn thì đã đạt được những mục đích trên. Cho nên ta chọn:
• Vận tốc khuấy dầu: 50, 400, 700, 900 và 1100 vòng/phút.
• Vận tốc khuấy nhớt: 200, 400, 600, 800 và 1000 vòng/phút.
Câu 4: Trong trường hợp nào thì có xoáy phễu?
 Nguyên nhân gây ra xoáy phễu:
Chất lỏng khi chuyển động trong thùng khuấy chòu tác dụng của trường lực ly tâm
cánh khuấy, cho nên bề mặt thoáng chất lỏng trong thiết bò từ phẳng chuyển thành parabol
mà đáy của nó tại tâm (như hình vẽ). Hiện tượng này gọi là sự tạo phễu trong thiết bò

khuấy.
 Để biết trong trường hợp nào thì có xoáy phễu, ta hãy xem xét đồ thò mô tả
sự phụ thuộc giữa chuẩn số công suất khuấy và Re
k
sau:
Trang 15
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
Ta thấy đồ thò có 4 phần:
− AB (Re
k
< 20): ứng với chuyển động dòng.
− BC và BE: biểu thò giai đoạn từ chảy quá độ chuyển sang chảy xoáy.
− CD (Re
k
> 300): đặc trưng cho phạm vi chảy xoáy nhưng không xuất hiện xoáy
phễu (do có dùng biện pháp chống xoáy phễu).
− EF (Re
k
> 300): cũng thuộc phạm vi chảy xoáy nhưng có xuất hiện xoáy phễu.
Xoáy phễu là có hại vì:
* Sự tạo phễu ảnh hưởng không tốt đến quá trình khuấy. Từ
phễu khí có thể xâm nhập vào môi trường lỏng làm giảm hiệu quả của quá trình khuấy (ta
xét khuấy chất lỏng), đồng thời cánh khuấy chòu tác dụng của lực phụ làm tăng công suất
khuấy.
* Ngoài ra các chất lỏng đem khuấy thường có tính chất vật lý
khác nhau (độ nhớt, khối lượng riêng), nên dưới tác dụng của trường lực ly tâm có thể
xuất hiện khả năng phân ly (phân lớp) của các chất lỏng, làm giảm hiệu quả của quá trình
khuấy (mục đích của khuấy là làm giảm sự không đồng nhất, sự phân lớp của các chất).
Những phương pháp làm mất xoáy phễu là:
− Đặt lệch tâm cánh khuấy vào bể khuấy, đặt nghiêng hoặc nằm ngang: nhằm làm

cho những xoáy phễu được tạo thành lệch tâm sẽ va đậm vào thành và dội ngược trở lại,
phá vỡ lõm xoáy mà không làm tăng diện tích tiếp xúc, tăng lực ma sát và tăng công suất
động cơ.
− Ghép thanh chắn trong thùng khuấy: có chung nhược điểm là tăng diện tích tiếp
xúc làm tăng lực ma sát và công suất của động cơ, gồm có:
• Ghép tấm chặn ở thành thùng.
• Đặt ống tuần hoàn trung tâm.
• Đặt các ống thẳng đứng trong thùng (ống dẫn chất lỏng, nhiệt kế…)
Bề mặt của xoáy có dạng lõm xuống ở tâm vì mặt đẳng áp trên bề mặt thoáng
chất lỏng là một mặt parabol có đáy ở tâm (như hình).
Câu 5: Nhận xét mức độ tin cậy của phương pháp đồng dạng:
Trước hết ta tìm hiểu khái niệm của đồng dạng:
Trang 16
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
Các hiện tượng cùng bản chất vật lý được gọi là đồng dạng với nhau nếu như tất cả
các đại lượng đặc trưng của chúng đồng dạng: tại các điểm tương ứng, trong các thời điểm
tương tứng, tất cả các đại lượng có hướng phải đồng dạng hình học, tất cả các đại lượng vô
hướng phải tương ứng tỷ lệ với nhau.
Trong lónh vực cơ lưu chất, khái niệm đồng dạng bao gồm 3 nội dung:
− Đồng dạng hình học: nếu các kích thước giữa hệ thống thực và mô hình đồng
dạng tương ứng tỷ lệ với nhau.
− Đồng dạng động học: nếu:
• Quỹ đạo chuyển động của các phần tử lưu chất tương ứng của chúng đồng
dạng hình học với nhau.
• Giá trò vận tốc và gia tốc tại các điểm tương ứng tại các thời điểm tương
ứng tỷ lệ với nhau.
− Đồng dạng động lực học: nếu:
• Tại các điểm tương ứng có những lực cùng loại tác dụng.
• Tỷ lệ giá trò của các lực cùng loại tác dụng tại các điểm tương ứng là như
nhau trong toàn bộ thể tích hệ thống.

• Lực tác dụng lên hệ thống thực đònh hướng thế nào thì lực tương ứng ở mô
hình cũng phải đònh hướng như vậy.
Như vậy, nếu ta có thể xây dựng một mô hình thỏa mãn cả 3 nội dung đồng dạng
trên với hệ thống thực thì ta có mô hình đồng dạng hoàn hảo vì các hiện tượng xảy ra ở
thực tế và trong mô hình có cùng một quy luật vật lý. Nhưng trong thực tế, không phải
bao giờ cũng có thể đạt được như vậy mà chỉ có thể tạo được mô hình gần đúng, bởi vì:
− Các tiêu chuẩn đồng dạng thường không cùng thỏa mãn. Do đó ta phải lựa chọn
loại lưu chất sao cho thỏa mãn tốt nhất các tiêu chuẩn đồng dạng và trong từng trường hợp
cụ thể mà xem xét loại lực nào có tính quyết đònh trong hệ thống để mà xây dựng mô hình
theo tiêu chuẩn tương ứng với loại lực đó. Còn các tiêu chuẩn không thỏa mãn được thì
cũng cố gắng làm chúng đừng quá khác biệt.
− Khi các kích thước không gian của hệ thống quá khác biệt nhau, nếu dùng một tỷ
lệ như nhau cho mọi chiều không gian thì có thể một kích thước nào đó trên mô hình sẽ
quá nhỏ không thể thí nghiệm được, hoặc ảnh hưởng của sức căng bề mặt trở nên rõ rệt,
làm sai lệch kết quả. Trong trường hợp đó, ta có thể làm mô hình với các tỷ lệ mô hình
khác nhau cho nhiều chiều không gian.
− Ta cũng không thể xem xét hết tất cả các loại lực tác dụng lên hệ thống, ví dụ
như trong những hệ thống nhỏ, ta chỉ kể đến lực có tác dụng đáng kể như lực ly tâm, lực
ma sát nhưng khi áp dụng cho hệ thống lớn ta còn phải xét đến trọng lực và lực quán tính.
Do đó, khi đem mô hình gần đúng áp dụng vào hệ thống thực, ta cần có những hệ số
hiệu chỉnh.
Phân tích trường hợp “bồn nhớt 50m
3
” ở trên:
Trong trường hợp này, ta đã xây dựng bồn nhớt theo tiêu chuẩn đồng dạng hình học (kích
thước tỷ lệ) và đồng dạng động học (căn cứ trên đồ thò N
p
– Re) để xác đònh công suất
khuấy. Nhưng cũng như đã phân tích phía trên, có nhiều yếu tố không được thỏa mãn nên
mô hình này chỉ là đồng dạng gần đúng.

Câu 6: Sau khi xây dựng thành công bồn 50m3, chuyển sang giai đoạn chuyển giao công
nghệ, nếu được yêu cầu, ta sẽ đưa cho kỹ sư vận hành thiết bò giản đồ công suất theo vận
Trang 17
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
tốc. Bởi vì người kỹ sữ vận hành thiết bò chỉ quan tâm đến công suất khuấy ứng với từng
vận tốc khuấy, tức là quan tâm đến hao tổn năng lượng cho quá trình khuấy chứ không
quan tâm đến chuẩn số công suất khuấy.
VI. PHỤ LỤC
• Tính công suất khuấy:
P=2ΒrFN
Với: r = 5 inch
• Tính Re:
Re = d
2
.N.∆/:
Với:
d(C
T2
) = 3 inch
d(C
T3
) = 2,5 inch
d(C
p2
) = 3 inch
Nhớt: ∆ = 852,15 kg/m
3
: = 90,89 cP
Dầu: ∆ = 811,75 kg/m
3

: = 51,84 cP
• Tính chuẩn số công suất:
N
p
= P/N
3
d
5
∆
Chiều cao cột nhớt: H = 0,26m
Đường kính thùng khuấy nhớt: D
tr
= 24,5cm, D
ng
= 25,7cm
• Đơn vò:
1 lbf = 4,45 N
1 inch = 0,0254m
1 v/ph = 1rpm = 1/60 v/s
1 cP = 10
-3
Pa.s
Trang 18
Báo cáo thí nghiệm: KHUẤY CHẤT LỎNG
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Bộ môn Máy – Thiết bò trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh, “ Giáo trình thí
nghiệm quá trình – thiết bò”.
[2] Các tác giả, “ Sổ tay quá trình và thiết bò công nghệ hóa chất”, Tập 1, NXB Khoa học
và kỹ thuật, Hà Nội, 1999.
[3] Nguyễn Văn Lụa, “ Các quá trình và thiết bò hóa chất trong công nghệ hóa chất và

thực phẩm”, Tập 1, NXB Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2000.
[4] Các tác giả, “ Quá trình và thiết bò công nghệ hóa học”, Tập 10, NXB Trường Đại học
Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh.
[5] Các tác giả, “ Giáo trình cơ lưu chất”, NXB Trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí
Minh, tr 107-123.
Trang 19