Báo cáo thí nghiệm an toàn quá trình (ch4052) bài 1 dòng chảy chất lỏng từ bồn chứa ra môi trường bên ngoài qua lỗ trống

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Khoa Kỹ thuật Hoá học

BÁO CÁO
THÍ NGHIỆM AN TỒN Q TRÌNH

(CH4052)

NHÓM 02 – LỚP L09 – HK 231
NGÀY NỘP: 05/12/2023
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Kim Trung
Sinh viên thực hiện:
1/ Nguyễn Kiều Quốc Huy - 2013313
2/ Lê Đức Thạc - 2010630
3/ Nguyễn Thị Thanh Tuyền - 2012365
4/ Trần Thanh Vũ - 2012446
5/ Đỗ Thị Ái Vy - 1916014
6/ Huỳnh Ngọc Như Ý - 2012468

TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023

`

MỤC LỤC

BÀI 1: DỊNG CHẢY CHẤT LỎNG TỪ BỒN CHỨA RA MƠI TRƯỜNG BÊN
NGỒI QUA LỖ TRỐNG .................................................................................................3
BÀI 2. DỊNG CHẢY CHẤT KHÍ TỪ BỒN CHỨA RA MƠI TRƯỜNG BÊN
NGỒI QUA LỖ MỞ ......................................................................................................20
BÀI 3. ÁP SUẤT HƠI REID ...........................................................................................38

BÀI 4. XÁC ĐỊNH ĐIỂM CHỚP CHÁY CỐC KÍN (ASTM D 56) ............................42

2

`

BÀI 1: DÒNG CHẢY CHẤT LỎNG TỪ BỒN CHỨA RA MÔI
TRƯỜNG BÊN NGỒI QUA LỖ TRỐNG

I. Mục tiêu thí nghiệm
- Quan sát hiện tượng rò rỉ của lưu chất (nước) từ bồn chứa ra môi trường bên ngoài
qua lỗ trống. Quan sát sự thay đổi theo thời gian của các thơng số sau: quỹ tích dịng
chảy, chiều cao mực chất lỏng cịn lại trong bình chứa.
- Xác định hệ số Co (discharge coefficient) cho 2 loại orifice khác nhau về kích thước
lỗ
- Kiểm chứng các phương trình tính tốn được nêu trong mục 4.3 tài liệu tham khảo
1 (“4-3. Flow of Liquid through a Hole in a Tank")

II. Hệ thống thiết bị thí nghiệm
Hệ thống thiết bị thí nghiệm bao gồm các thiết bị sau:

1. Bình chứa hình trụ trịn (hình 1) với các thông số sau:
- Vật liệu chế tạo bồn chứa là nhựa acrylic.
- Kích thước: đường kính trong 20 cm, chiều cao 50 cm
- Phía trong bình chứa có kẻ vạch đo mực chất lỏng (khắc trực tiếp lên thành bình)
- Trên thân bình gắn một vịi nước, ở đầu ra của vịi có gắn sẵn đĩa tròn bằng kim loại

có đục lỗ (đĩa trịn có lỗ trống này gọi là đĩa orifice). Vị trí của lỗ trống cách đáy
bình 10cm.
2. Ứng dụng đo thời gian có chức năng bấm giờ, đo thời gian giữa 2 lần bấm (time lapse)

như “Stopwatch” trên smartphone.

3

`

Hình 1. Hình ảnh bình chứa chất lỏng
3. Hai orifice plates khác nhau về kích cỡ: lỗ trống có đường kính lỗ d = 3 mm và d = 6
mm

Hình 2. Orifice plate
III. Cơ sở lý thuyết
Lưu lượng dòng chảy lưu chất qua lỗ trịn được cho bởi phương trình sau:
(đây là phương trình 4-12 tài liệu tham khảo 1 khi áp suất dư của chất lỏng ở bề mặt
Pg = 0)

Qm  ACo 2gh (1)
Hay:

Qv  ACo 2gh (2)
Trong đó:

4

`

. Qm, Qv: lưu lượng khối lượng và lưu lượng thể tích của dịng chảy qua lỗ trống

. : khối lượng riêng của lưu chất (ở nhiệt độ lưu chất trong bồn chứa)

. A: tiết diện lỗ trống

. Co: hệ số (coefficient of discharge)

. g: gia tốc trọng trường

. h: chiều cao mực chất lỏng trong bình chứa (so với vị trí lỗ trống)

Chiều cao mực chất lỏng trong bình chứa thay đổi theo thời gian được cho bởi phương trình

sau:

(đây là phương trình 4-18 tài liệu tham khảo 1 khi áp suất dư của chất lỏng ở bề mặt

Pg = 0)

h  ho   ACo 2

 g  ACo 
2gho  t   t  (3)
 At  2  At 

Trong đó:

. ho: chiều cao mực chất lỏng trong bình chứa ở thời điểm ban đầu t = 0 (so với vị trí

lỗ trống)

. At: diện tích tiết diện ngang của bình chứa

Thời gian để lưu chất thoát ra hết (mực chất lỏng giảm đến mức chất lỏng thấp nhất = vị trí

lỗ rị rỉ được cho bởi phương trình sau:

1  At 
te    2gho (4)

Cog  A 

IV. Tiến hành thí nghiệm
Mơ tả quy trình tiến hành thí nghiệm:

- Gắn sẵn 1 đĩa orifice vào bình chứa, với lỗ trống được bịt kín = 1 nút chặn (plug)
- Cho nước vào bình chứa đến độ cao ho
- Mở nút chặn để nước trong bình thốt ra ngồi. Ghi nhận mốc thời gian ban đầu

to = 0
- Ghi nhận sự thay đổi của mực chất lỏng trong bình theo thời gian t: cụ thể ghi nhận

các mốc thời gian khi mực chất lỏng trong bình thay đổi 1 khoảng xác định trước là
5 mm. Khi tốc độ thoát lỏng giảm dần về 0 thì khoảng thay đổi mực chất lỏng là 2
mm và 1 mm (cụ thể như được ghi trong các bảng xử lý số liệu 1 và 2).
- Quan sát quỹ tích của dịng chảy ra ngồi, mơ tả sự thay đổi của quỹ tích dịng chảy
theo thời gian.
- Dừng thí nghiệm khi mực chất lỏng hạ xuống đến vị trí lỗ trịn (nước khơng chảy ra
ngoài được nữa). Ghi nhận mốc thời gian này là te

5

`

Lặp lại quy trình thí nghiệm như trên một lần. Kết quả thí nghiệm trình bày trong bảng báo
cáo kết quả thí nghiệm là trung bình cộng của hai lần đo đạc (thời gian t tương ứng với các
mức chất lỏng h).
Để tiến hành 1 thí nghiệm khác với đĩa orifice khác, thay đĩa orifice có sẵn trong bình chứa
bằng đĩa orifice mới.
V. Kết quả thí nghiệm
Các thơng số chung cho cả hai thí nghiệm:
Đường kính trong của bình chứa Dt = 20 cm.
Diện tích tiết diện ngang của của bình chứa At = 0.03142 m2
Thí nghiệm 1:

Đĩa orifice 1, đường kính lỗ trống d = 3 mm.
Diện tích tiết diện ngang của lỗ trống: A = 7.1x10-6 m2
Lỗ trống orifice cách đáy bình: 106 mm
Đổ nước vào bình chứa đến mực chất lỏng 405 mm. Do đó, chiều cao ban đầu (chiều
cao mực chất lỏng so với tâm lỗ trống): ho = 405 – 106 = 299 mm.

6

`

Bảng 1. Bảng xử lý số liệu thơ cho thí nghiệm 1, Đĩa orifice 1, đường kính lỗ trống

d = 3 mm

t1 (s) t2 (s) ttb (s) Sai số tương đối
STT (Lần 2)

(Lần 1)

Lần 1 Lần 2

1 0 0

2 11.46 10.99 11.23 2.05 2.14

3 24.81 24.27 24.54 1.10 1.10

4 36.96 37.21 37.09 0.35 0.32

5 49.88 51.13 50.51 1.25 1.23

6 63.61 64.05 63.83 0.34 0.34

7 76.69 77.42 77.06 0.48 0.47

8 90.38 90.81 90.6 0.24 0.23

9 104.13 105.29 104.71 0.55 0.55

10 117.48 119.96 118.72 1.04 1.04

11 132.31 132.38 132.35 0.03 0.02

12 146.1 146.96 146.53 0.29 0.29

13 161.01 160.7 160.86 0.09 0.10

14 174.89 175.17 175.03 0.08 0.08

15 189.98 189.48 189.73 0.13 0.13

16 204.16 204.26 204.21 0.02 0.02

17 219.6 219.36 219.48 0.05 0.05

18 234.56 235.49 235.03 0.20 0.20

19 249.7 250.54 250.12 0.17 0.17

20 265.64 265.71 265.68 0.02 0.01

21 280.79 280.85 280.82 0.01 0.01

22 296.79 296.79 296.79 0.00 0.00

23 312.03 312.42 312.23 0.06 0.06

24 328.77 328.31 328.54 0.07 0.07

25 344.95 343.89 344.42 0.15 0.15

26 362.21 360.25 361.23 0.27 0.27

27 378.95 378.12 378.54 0.11 0.11

28 396.56 394.35 395.46 0.28 0.28

29 413.44 410.85 412.15 0.31 0.32

7

`

30 431.05 428.73 429.89 0.27 0.27

31 447.88 446.25 447.07 0.18 0.18

32 466.38 464.31 465.35 0.22 0.22

33 484.56 483.13 483.85 0.15 0.15

34 503.44 500.94 502.19 0.25 0.25

35 522.46 521.19 521.83 0.12 0.12

36 541.03 540.81 540.92 0.02 0.02

37 561.11 560.47 560.79 0.06 0.06

38 580.89 579.38 580.14 0.13 0.13

39 601.34 599.47 600.41 0.15 0.16

40 622.33 621.15 621.74 0.09 0.09

41 643.27 642.43 642.85 0.07 0.07

42 664.63 664.43 664.53 0.02 0.02

43 686.83 687.1 686.97 0.02 0.02

44 709.58 708.98 709.28 0.04 0.04

45 733.88 732.92 733.4 0.07 0.07

46 758.25 756.18 757.22 0.14 0.14

47 784.27 780.22 782.25 0.26 0.26

48 809.85 804.58 807.22 0.33 0.33

49 837.27 832.15 834.71 0.31 0.31

50 865.56 859.7 862.63 0.34 0.34

51 894.67 889.67 892.17 0.28 0.28

52 926.85 920.38 923.62 0.35 0.35

53 960.59 953.12 956.86 0.39 0.39

54 994.27 988.14 991.21 0.31 0.31

55 1031.06 1024.89 1027.98 0.30 0.30

56 1071.55 1064.59 1068.07 0.33 0.33

57 1114.74 1104.3 1109.52 0.47 0.47

58 1161.46 1155.2 1158.33 0.27 0.27

59 1184.83 1180.19 1182.51 0.20 0.20

60 1211.46 1205.18 1208.32 0.26 0.26

61 1237.22 1228.81 1233.02 0.34 0.34

62 1264.73 1250.28 1257.51 0.57 0.57

63 1287.19 1276.89 1282.04 0.40 0.40

8

`

64 1301.9 1288.68 1295.29 0.51 0.51

65 1324.44 1300.91 1312.68 0.90 0.90

66 1341.54 1315.28 1328.41 0.99 0.99

67 1368.18 1346.94 1357.56 0.78 0.78

Bảng 2. Bảng xử lý số liệu cho thí nghiệm 2: Đĩa orifice 1, đường kính lỗ trống d = 3 mm

Chiều

cao mực D(h) havg Qv (m3/s) Co
(mm) (mm)

STT ttb (s) chất Dt (giây)
5
lỏng 5
5
(mm) 5
5
1 0 405 5
5
2 11.23 400 11.23 5 296.5 1.39875E-05 0.8204
5 291.5 1.18016E-05 0.6981
3 24.54 395 13.31 5 286.5 1.25163E-05 0.7468
5 281.5 1.17049E-05 0.7046
4 37.09 390 12.55 5 276.5 1.17928E-05 0.7163
5 271.5 1.1873E-05 0.7278
5 50.51 385 13.42 5 266.5 1.16012E-05 0.7177
5 261.5 1.11325E-05 0.6953
6 63.83 380 13.32 5 256.5 1.1212E-05 0.7071
5 251.5 1.15246E-05 0.734
7 77.06 375 13.23 5 246.5 1.10775E-05 0.7126
5 241.5 1.09616E-05 0.7124
8 90.6 370 13.54 5 236.5 1.10854E-05 0.728
5 231.5 1.06857E-05 0.7093
9 104.71 365 14.11 5 226.5 1.0848E-05 0.728
9 221.5 1.02868E-05 0.6981
10 118.72 360 14.01 216.5 1.01016E-05 0.6934
211.5 1.04095E-05 0.7229
11 132.35 355 13.63 206.5 1.00951E-05 0.7095
201.5 1.03751E-05 0.7382
12 146.53 350 14.18 196.5 9.83592E-06 0.7087
191.5 1.01736E-05 0.7425

13 160.86 345 14.33

14 175.03 340 14.17

15 189.73 335 14.70

16 204.21 330 14.48

17 219.48 325 15.27

18 235.03 320 15.55

19 250.12 315 15.09

20 265.68 310 15.56

21 280.82 305 15.14

22 296.79 300 15.97

23 312.23 295 15.44

`

24 328.54 290 16.31 5 186.5 9.63088E-06 0.7123
15.88
25 344.42 285 16.81 5 181.5 9.89166E-06 0.7416
17.31
26 361.23 280 16.92 5 176.5 9.34442E-06 0.7104
16.69

27 378.54 275 17.74 5 171.5 9.0745E-06 0.6999
17.18
28 395.46 270 18.28 5 166.5 9.28367E-06 0.7267
18.50
29 412.15 265 18.34 5 161.5 9.4116E-06 0.748
19.64
30 429.89 260 19.09 5 156.5 8.85455E-06 0.7149
19.87
31 447.07 255 19.35 5 151.5 9.14317E-06 0.7503
20.27
32 465.35 250 21.33 5 146.5 8.59298E-06 0.717
21.11
33 483.85 245 21.68 5 141.5 8.49079E-06 0.7209
22.44
34 502.19 240 22.31 5 136.5 8.56487E-06 0.7404
24.12
35 521.83 235 23.82 5 131.5 7.99794E-06 0.7044
25.03
36 540.92 230 24.97 5 126.5 8.22837E-06 0.7389
27.49
37 560.79 225 27.92 5 121.5 7.90537E-06 0.7244
29.54
38 580.14 220 31.45 5 116.5 8.11781E-06 0.7596
33.24
39 600.41 215 34.35 5 111.5 7.74937E-06 0.7412
36.77
40 621.74 210 40.09 5 106.5 7.36426E-06 0.7207
41.45
41 642.85 205 5 101.5 7.44101E-06 0.746

42 664.53 200 5 96.5 7.24537E-06 0.7449

43 686.97 195 5 91.5 6.99998E-06 0.7391

44 709.28 190 5 86.5 7.04077E-06 0.7646

45 733.4 185 5 81.5 6.51242E-06 0.7286

46 757.22 180 5 76.5 6.59444E-06 0.7615

47 782.25 175 5 71.5 6.27565E-06 0.7496

48 807.22 170 5 66.5 6.29073E-06 0.7791

49 834.71 165 5 61.5 5.71406E-06 0.7359

50 862.63 160 5 56.5 5.62606E-06 0.756

51 892.17 155 5 51.5 5.31752E-06 0.7484

52 923.62 150 5 46.5 4.99458E-06 0.7398

53 956.86 145 5 41.5 4.72562E-06 0.7409

54 991.21 140 5 36.5 4.57292E-06 0.7645

55 1027.98 135 5 31.5 4.27195E-06 0.7688

56 1068.07 130 5 26.5 3.91817E-06 0.7687

57 1109.52 125 5 21.5 3.78962E-06 0.8255

10

`

58 1158.33 120 48.81 5 16.5 3.21819E-06 0.8002

59 1182.51 118 24.18 2 13 2.59851E-06 0.7279

60 1208.32 116 25.81 2 11 2.4344E-06 0.7413

61 1233.02 114 24.70 2 9 2.5438E-06 0.8564

62 1257.51 112 24.49 2 7 2.56561E-06 0.9794

63 1282.04 110 24.53 2 5 2.56143E-06 1.157

64 1295.29 109 13.25 1 3.5 2.37101E-06 1.28

65 1312.68 108 17.39 1 2.5 1.80655E-06 1.154

66 1328.41 107 15.73 1 1.5 1.9972E-06 1.647

67 1357.56 106 29.15 1 0.5 1.07773E-06 1.5394

Sự thay đổi chiều cao mực chất lỏng theo thời gian

Chiều cao mực chất lỏng (mm) 350 y = 0.0001x2 - 0.3899x + 301.03
300

250 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
200
150
100

50
0
0

Thời gian (giây)

Hình 3. Đồ thị mơ tả sự thay đổi chiều cao mực chất lỏng theo thời gian ứng với lỗ trống
3mm

Giá trị trung bình của Co xác định theo bảng kết quả thí nghiệm trên là: Co(tb) = 0.7877

Giá trị Co theo nguyên tắc bình phương cực tiểu: Co = 0.7783
Thời gian để lưu chất thoát ra hết:
Giá trị thực nghiệm te = 1368.18 (giây)
Giá trị tính theo phương trình (4): te = 1393.08 (giây)

Thí nghiệm 2:
Đĩa orifice 2, đường kính lỗ trống: d = 6 mm

11

`
Diện tích tiết diện ngang của lỗ trống: A = 2.83x10-5 m2
Lỗ trống orifice cách đáy bình 103.5 mm
Đổ nước vào bình chứa đến mực chất lỏng 455 mm. Do đó, chiều cao ban đầu (chiều

cao mực chất lỏng so với tâm lỗ trống) ho = 455 – 103.5 mm = 351.5 mm

Bảng 3. Bảng xử lý số liệu thô cho thí nghiệm 2: Đĩa orifice 2, đường kính lỗ trống
d = 6 mm

STT t (s) t (s) ttb (s) Sai số tương đối

(Lần 1) (Lần 2) Lần 1 Lần 2

1 0 0 0.00

2 3.89 3.10 3.50 11.14 11.43

3 6.23 6.23 6.23 0.00 0.00

4 9.36 9.45 9.41 0.53 0.43

5 13.03 12.80 12.92 0.85 0.93

6 16.22 15.96 16.09 0.81 0.81

7 19.5 19.46 19.48 0.10 0.10

8 22.74 22.43 22.59 0.66 0.71

9 26.18 25.69 25.94 0.93 0.96

10 29.78 29.18 29.48 1.02 1.02

11 32.72 32.41 32.57 0.46 0.49

12 36.16 36.32 36.24 0.22 0.22

13 39.92 39.82 39.87 0.13 0.13

14 43.35 43.01 43.18 0.39 0.39

15 46.79 46.58 46.69 0.21 0.24

16 50.58 50.20 50.39 0.38 0.38

17 53.94 53.59 53.77 0.32 0.33

18 57.73 57.26 57.50 0.40 0.42

19 61.55 60.89 61.22 0.54 0.54

20 65.15 64.58 64.87 0.43 0.45

21 68.58 68.34 68.46 0.18 0.18

22 72.43 71.98 72.21 0.30 0.32

23 76.25 76.07 76.16 0.12 0.12

24 80.03 79.56 79.80 0.29 0.30

25 84.19 83.52 83.86 0.39 0.41

12

` 87.85 87.23 87.54 0.35 0.35
26
27 91.53 91.48 91.51 0.02 0.03
28
29 95.85 95.44 95.65 0.21 0.22
30
31 99.54 99.53 99.54 0.00 0.01
32
33 103.92 103.88 103.90 0.02 0.02
34
35 108.18 108.17 108.18 0.00 0.01
36
37 112.24 111.78 112.01 0.21 0.21
38
39 116.32 116.09 116.21 0.09 0.10
40
41 120.70 120.35 120.53 0.14 0.15
42
43 125.36 124.26 124.81 0.44 0.44
44
45 129.70 128.94 129.32 0.29 0.29
46
47 134.15 133.55 133.85 0.22 0.22
48
49 138.37 137.53 137.95 0.30 0.30
50
51 143.02 142.19 142.61 0.29 0.29
52
53 147.46 146.92 147.19 0.18 0.18

54
55 152.26 151.52 151.89 0.24 0.24
56
57 156.87 156.23 156.55 0.20 0.20
58
59 161.59 160.96 161.28 0.19 0.20

166.52 165.19 165.86 0.40 0.40

171.45 171.40 171.43 0.01 0.02

176.53 175.88 176.21 0.18 0.19

181.26 181.19 181.23 0.02 0.02

187.07 186.47 186.77 0.16 0.16

192.66 192.29 192.48 0.09 0.10

197.38 196.26 196.82 0.28 0.28

203.51 202.22 202.87 0.32 0.32

209.08 208.00 208.54 0.26 0.26

214.87 214.12 214.50 0.17 0.18

220.98 220.16 220.57 0.19 0.19

227.24 225.97 226.61 0.28 0.28

234.48 231.91 233.20 0.55 0.55

240.26 238.5 239.38 0.37 0.37

246.15 245.5 245.83 0.13 0.13

253.13 252.64 252.89 0.09 0.10

13

` 260.31 259.81 260.06 0.10 0.10
60
61 268.00 266.37 267.19 0.30 0.31
62
63 276.08 275.00 275.54 0.20 0.20
64
65 284.35 282.82 283.59 0.27 0.27
66
67 292.74 291.77 292.26 0.16 0.17
68
69 301.84 299.95 300.90 0.31 0.32
70
71 311.73 310.48 311.11 0.20 0.20
72
73 322.79 321.55 322.17 0.19 0.19
74
75 334.73 332.59 333.66 0.32 0.32
76
77 340.22 338.24 339.23 0.29 0.29

78
346.49 344.19 345.34 0.33 0.33

351.46 349.32 350.39 0.31 0.31

357.53 354.85 356.19 0.38 0.38

364.26 361.63 362.95 0.36 0.36

372.57 369.22 370.90 0.45 0.45

376.82 371.07 373.95 0.77 0.77

382.47 376.91 379.69 0.73 0.73

385.53 381.51 383.52 0.52 0.52

396.58 388.56 392.57 1.02 1.02

Bảng 4. Bảng xử lý số liệu cho thí nghiệm 2: Đĩa orifice 2, đường kính lỗ trống d = 6 mm

STT ttb (giây) Chiều cao mực Dt Dh havg Qv
chất lỏng h (giây) (mm) (mm) (m3/s) Co
(mm)
1 0 455
450
2 3.50 445 3.50 5 349 4.49E-05 0.6060
440 344 5.75E-05 0.7826
3 6.23 435 2.73 5 339 4.94E-05 0.6768
430 334 4.47E-05 0.6177

4 9.41 425 3.18 5 329 4.95E-05 0.6892
420 324 4.63E-05 0.6494
5 12.92 415 3.51 5 319 5.05E-05 0.7134
410 314 4.69E-05 0.6675
6 16.09 3.17 5 309 4.44E-05 0.6368

7 19.48 3.39 5

8 22.59 3.11 5

9 25.94 3.35 5

10 29.48 3.54 5

14

`

11 32.57 405 3.09 5 304 5.08E-05 0.7355
299 4.28E-05 0.6244
12 36.24 400 3.67 5 294 4.33E-05 0.6367
289 4.74E-05 0.7042
13 39.87 395 3.63 5 284 4.47E-05 0.6699
279 4.24E-05 0.6412
14 43.18 390 3.31 5 274 4.64E-05 0.7083
269 4.21E-05 0.6477
15 46.69 385 3.51 5 264 4.22E-05 0.6556
259 4.30E-05 0.6746
16 50.39 380 3.70 5 254 4.37E-05 0.6926
249 4.19E-05 0.6697

17 53.77 375 3.38 5 244 3.97E-05 0.6422
239 4.31E-05 0.7042
18 57.50 370 3.73 5 234 3.87E-05 0.6380
229 4.27E-05 0.7116
19 61.22 365 3.72 5 224 3.95E-05 0.6669
219 3.79E-05 0.6468
20 64.87 360 3.65 5 214 4.04E-05 0.6964
209 3.60E-05 0.6287
21 68.46 355 3.59 5 204 3.67E-05 0.6482
199 4.10E-05 0.7334
22 72.21 350 3.75 5 194 3.74E-05 0.6774
189 3.63E-05 0.6672
23 76.16 345 3.95 5 184 3.67E-05 0.6825
179 3.48E-05 0.6567
24 79.80 340 3.64 5 174 3.47E-05 0.6632
169 3.83E-05 0.7435
25 83.86 335 4.06 5 164 3.37E-05 0.6640
159 3.43E-05 0.6862
26 87.54 330 3.68 5 154 3.34E-05 0.6794
149 3.37E-05 0.6966
27 91.51 325 3.97 5 144 3.32E-05 0.6981
139 3.43E-05 0.7339
28 95.65 320 4.14 5

29 99.54 315 3.89 5

30 103.90 310 4.36 5

31 108.18 305 4.28 5

32 112.01 300 3.83 5

33 116.21 295 4.20 5

34 120.53 290 4.32 5

35 124.81 285 4.28 5

36 129.32 280 4.51 5

37 133.85 275 4.53 5

38 137.95 270 4.10 5

39 142.61 265 4.66 5

40 147.19 260 4.58 5

41 151.89 255 4.70 5

42 156.55 250 4.66 5

43 161.28 245 4.73 5

44 165.86 240 4.58 5

15

` 235 5.57 5 134 2.82E-05 0.6146
45 171.43 230 129 3.28E-05 0.7299

46 176.21 225 4.78 5 124 3.13E-05 0.7089
47 181.23 220 119 2.83E-05 0.6557
48 186.77 215 5.02 5 114 2.75E-05 0.6500
49 192.48 210 109 3.62E-05 0.8745
50 196.82 205 5.54 5 104 2.60E-05 0.6423
51 202.87 200 99 2.77E-05 0.7024
52 208.54 195 5.71 5 94 2.63E-05 0.6858
53 214.50 190 89 2.59E-05 0.6920
54 220.57 185 4.34 5 84 2.60E-05 0.7158
55 226.61 180 79 2.38E-05 0.6765
56 233.20 175 6.05 5 74 2.54E-05 0.7454
57 239.38 170 69 2.43E-05 0.7396
58 245.83 165 5.67 5 64 2.22E-05 0.7016
59 252.89 160 59 2.19E-05 0.7195
60 260.06 155 5.96 5 54 2.20E-05 0.7563
61 267.19 150 49 1.88E-05 0.6780
62 275.54 145 6.07 5 44 1.95E-05 0.7421
63 283.59 140 39 1.81E-05 0.7319
64 292.26 135 6.04 5 34 1.82E-05 0.7866
65 300.90 130 29 1.54E-05 0.7207
66 311.11 125 6.59 5 24 1.42E-05 0.7313
67 322.17 120 19 1.37E-05 0.7912
68 333.66 118 6.18 5 15.5 1.13E-05 0.7228
69 339.23 116 13.5 1.03E-05 0.7061
70 345.34 114 6.45 5 11.5 1.24E-05 0.9256
71 350.39 112 9.5 1.08E-05 0.8867
72 356.19 110 7.06 5 7.5 9.29E-06 0.8562
73 362.95 108 5.5 7.90E-06 0.8502
74 370.90 107 7.17 5
75 373.95 106 4 1.03E-05 1.2992

76 379.69 105 7.13 5 3 5.47E-06 0.7972
77 383.52 103.5 2 8.20E-06 1.4632
78 392.57 8.35 5 0.75 5.20E-06 1.5168

8.05 5

8.67 5

8.64 5

10.21 5

11.06 5

11.49 5

5.57 2

6.11 2

5.05 2

5.80 2

6.76 2

7.95 2

3.05 1

5.74 1

3.83 1

9.05 1.5

16

`
Giá trị trung bình của Co xác định theo bảng kết quả thí nghiệm trên là: Co = 0.7309

Giá trị Co theo nguyên tắc bình phương cực tiểu: Co = 0.7089
Thời gian để lưu chất thoát ra hết:
Giá trị thực nghiệm te = 392.57 (s)
Giá trị tính theo phương trình (4): te = 419.2 (s)

400 Thay đổi mực chất lỏng theo thời gian
350
Chiều cao mực chất lỏng (mm) 300 y = 0.0017x2 - 1.5838x + 354.31
250
200 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00
150 Thời gian (s)
100

50
0
0.00

Hình 4. Đồ thị mô tả sự thay đổi mực chất lỏng theo thời gian ứng với lỗ trống 6mm

VI. Câu hỏi bàn luận

6.1. Trong hệ thống thiết bị thực tế, lỗ trống được tạo ra không phải trên thành bình
mà trên 1 vịi, thực tế vị trí lỗ trống cách thành bình khoảng 3 cm. Sự khác biệt giữa hệ
thống thiết bị thực tế và tình huống xảy xa rị rỉ theo lý thuyết (hình 4-5 tài liệu tham khảo
[1]) có ảnh hưởng gì đến kết quả tính tốn hệ số Co và thời gian để lưu chất thoát ra hết te
?

- Sự khác biệt giữa hệ thống thiết bị thực tế và tình huống xảy xa rị rỉ theo lý thuyết
có thể ảnh hưởng đến kết quả tính tốn hệ số Co và thời gian để lưu chất thoát ra hết
te, cụ thể như sau:

Hệ số Co là một hệ số phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có hình dạng và vị trí
của lỗ trống. Sự khác biệt về vị trí lỗ trống giữa hệ thống thiết bị thực tế và tình
huống xảy xa rị rỉ theo lý thuyết có thể dẫn đến sự khác biệt về hệ số Co.

17

`
Thời gian te: phụ thuộc vào hệ số Co và các thông số khác như chiều cao mực chất
lỏng ban đầu, diện tích tiết diện ngang của lỗ trống,... Sự khác biệt về hệ số Co có
thể dẫn đến sự khác biệt về thời gian te.

- Cụ thể, nếu lỗ trống trong hệ thống thiết bị thực tế nằm xa thành bình hơn so với lỗ
trống trong tình huống xảy xa rị rỉ theo lý thuyết, thì hệ số Co sẽ lớn hơn. Điều này
là do khi lỗ trống nằm xa thành bình hơn, thì dịng chảy của lưu chất sẽ ít bị cản trở
bởi thành bình hơn, dẫn đến hệ số Co lớn hơn.

- Ngược lại, nếu lỗ trống trong hệ thống thiết bị thực tế nằm gần thành bình hơn so
với lỗ trống trong tình huống xảy xa rị rỉ theo lý thuyết, thì hệ số Co sẽ nhỏ hơn.

- Về thời gian te, nếu hệ số Co lớn hơn, thì thời gian te sẽ nhỏ hơn. Điều này là do hệ
số Co lớn hơn tương ứng với tốc độ dòng chảy của lưu chất lớn hơn, dẫn đến thời
gian để lưu chất thoát ra hết sẽ nhỏ hơn.

6.2. Bàn luận về sai số thí nghiệm: sự lặp lại của kết quả đo đạc, giá trị sai số tương
đối có chấp nhận được ?

- Ở thí nghiệm lỗ trống 3mm, sai số tương đối các lần đo đều nằm trong khoảng dưới
1% ( ngoại lệ lần đầu tiên ở khoảng 2% cho thấy kết quả đo đạc có sự chính xác
tương đối cao. Kết quả thực hiện thí nghiệm có thể chấp nhận được.

- Ở thí nghiệm lỗ trống 6mm, sai số tương đối các lần đo đều nằm trong khoảng dưới
1.5% ( trừ hai lần đầu có sự sai lệch lớn khoảng 11%). Nhìn chung, sai số tương đối
của phép đo là nhỏ, cho thấy kết quả đo đạc có độ chính xác khác cao, đáng tin cậy.
Do đó, kết quả thí nghiệm có thể chấp nhận được.

- Tuy nhiên, để có kết quả thí nghiệm chính xác hơn, cần tăng số lần đo đạc và giảm
sai số trong quá trình đo đạc, cần yêu cầu người thực hiện chính xác hơn.

6.3. Có hai phương pháp xác định hệ số Co (bảng xử lý số liệu và bình phương cực
tiểu). Nên chấp nhận hệ số Co theo phương pháp tính tốn nào ? Tại sao ?

- Phương pháp bảng xử lý số liệu đơn giản, dễ thực hiện, nhưng có thể dẫn đến sai số
do sai số trong quá trình đo đạc ( hạn chế ở dụng cụ đo đạc, người thực hiện, ….).

- Phương pháp bình phương cực tiểu phức tạp hơn, đòi hỏi phải sử dụng phần mềm
tính tốn, nhưng có thể giảm sai số do sai số trong quá trình đo đạc.

- Do đó, phương pháp bình phương cực tiểu thường được ưu tiên sử dụng để xác định

hệ số Co.

6.4. Kích thước lỗ trống có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số Co? Tại sao ?

18

`
Kích thước lỗ trống có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số Co vì hệ số Co phụ thuộc vào
tiết diện lỗ trống, khi tăng tiết diện thì hệ số Co giảm và ngược lại. Ngoài ra, việc
kích thước lỗ trống tăng cũng làm thay đổi thời gian chảy của chất lỏng, qua đó ảnh
hưởng đến lưu lượng dòng chảy của chất lỏng.

6.5. Tính chất vật lý nào của lưu chất ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả về hệ số Co và
thời gian để lưu chất thoát ra hết te? Nếu thay nước bằng lưu chất có độ nhớt lớn hơn như
dầu nhớt thì hệ số Co và thời gian te tăng hay giảm ?

Độ nhớt của chất lỏng là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả về hệ số Co và thời
gian te. Khi thay nước bằng lưu chất có độ nhớt cao hơn như dầu nhớt thì thời gian
te sẽ tăng lên và hệ số Co sẽ giảm.
VII. Tài liệu tham khảo
[1] Daniel A. Crowl; Joseph F. Louvar. (2011). Chemical Process Safety:
Fundamentals and Applications, 3rd edition, Prentice Hall PTR

19

`

BÀI 2. DỊNG CHẢY CHẤT KHÍ TỪ BỒN CHỨA
RA MƠI TRƯỜNG BÊN NGỒI QUA LỖ MỞ

I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lưu lượng dịng chảy khí qua lỗ trịn có tổn thất do ma sát tương đối nhỏ được

xem là quá trình giãn nở khí tự do được mơ tả trong hình dưới đây:

Hình 1. Thốt khí qua lỗ mở ở thành bình chứa trường hợp tổng quát
Trường hợp q trình khí qua lỗ mở là bế tốc (choked) khi áp suất môi trường
nhỏ hơn áp suất bế tốc thì vận tốc dịng khí đạt giá trị tối đa bằng vận tốc âm thanh và áp
suất đầu ra bằng áp suất choked Trong điều kiện dòng chảy đẳng entropy, lưu lượng khối
lượng khí tính bởi phương trình sau:

2 𝛾+1
𝑄𝑚 = 𝐶0𝐴𝑃0√2𝑔𝑐𝑀 𝛾 [( 𝑃 )𝛾 − ( 𝑃 ) 𝛾 ] [1]
𝑅𝑔𝑇0 𝛾 − 1 𝑃0 𝑃0

Để lưu lượng khí đạt tối đa thì vận tốc khí qua lỗ phải bằng vận tốc âm thanh,

khi đó áp suất khí tại đầu ra của lỗ bằng áp suất bế tốc (choked) tính bởi phương trình sau:

𝛾
𝑃𝑐ℎ𝑜𝑘𝑒𝑑 = ( 2 )𝛾−1 [2]
𝑃0 𝛾+1

Tại điều kiện bế tốc, lưu lượng khối lượng dịng khí được tính bởi phương trình

sau:

𝛾+1

(𝑄𝑚)𝑐ℎ𝑜𝑘𝑒𝑑 = 𝐶0𝐴𝑃0√𝛾𝑔𝑐𝑀 ( 2 )𝛾−1 [3]

𝑅𝑔𝑇0 𝛾 + 1

20