Tổn thất năng lượng khi chất lỏng chảy trong ống.

Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm 1

Nguyễn Trường An

MSSV: CM1208N020

BÀI 6

TỒN THẤT NĂNG LƯỢNG KHI
CHẤT LỎNG CHẢY TRONG ỐNG
I- MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
- Nhận thấy được sự sụt giảm mức năng lượng của dòng chảy trong hệ
thống ống phức tạp.
- So sánh kết quả thu được dựa vào đo đạc thực tế và từ tính toán lý thuyết.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
- Năng lượng của dòng chảy trong ống bao gồm thế năng độ cao, thế năng
áp suất và động năng.
+ Chất lỏng lý tưởng (không có độ nhớt, sự dịch chuyển của chất lỏng
không ma sát).
Evào = Era
+ Chất lỏng thực (quá trình chảy sẽ phát sinh một ma sát nội làm tiêu hao
năng lượng của dòng chảy, phần năng lượng tiêu hao đó được gọi là tổn thất năng
lượng Eloss của dòng chảy).
Evào = Era + E loss
ra
- Phương trình Bernouli cho chất lỏng thực chảy trong ống
P1
V12
P2
V22
+

=
Z
+
+
+ ∑ hw1−2 (m)
Z1 +
2
ρ .g 2.g
ρ .g 2.g

Trong đó:
Z: chiều cao hình học từ mặt cắt ngang dòng chảy (1 và 2) đến mặt
phẳng chuẩn Z=0 (m)
P: áp suất của dòng chảy tại mặt cắt ngang đang xét (Pa)
ρ : khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3)
g: gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s)
V: vận tốc dòng chảy (m/s)
∑ hw1−2 : tồng các tổn thất của dòng chảy trong đoạn 1-2 (m cột chất lỏng)
- Tổn thất chia thành 2 dạng:
+ Tổn thất cục bộ: xuất hiện khi dòng chảy đi qua một chướng ngại, chổ
uốn cong, đột thu, đột mở, hoặc một sự bất thường làm thay đổi dòng chảy. Tổn
thất cục bộ được tính theo công thức:
hc = ξ .

V2
2.g

Với hc: là tổn thất cục bộ (m)
ξ : là hệ số trở lực cục bộ, xác định bằng thực nghiệm hoặc có thể tìm thấy
trong các sổ tay chuyên dùng.

1


Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm 1

Nguyễn Trường An

MSSV: CM1208N020

+ Tổn thất ống thẳng: xảy ra khi chất lỏng chảy trong ống thẳng và được
xác định bằng công thức
L V2
hd = λ
D 2.g

Với L: độ dài ống (m)
D: đường kính ống (m)
λ : hệ số ma sát, được xác định bằng giãn đồ Moody hoặc Fanning.
- Tổng tổn thất trên đoạn ống sẽ bắng tổng tổn thất cục bộ và tổng tổn thất
ống thẳng.
∑ hw1−2 = ∑ hc1− 2 + ∑ hd 1−2

III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:
- Đo đường kính, chiều dài của các đoạn ống của thiết bị.
- Xác định kích thước các co, các cút chuyển đổi đường kính.
- Đo chiều cao tính từ mặt đất đến vị trí của các áp kế.
- Cho nước vào hệ thống, điều chỉnh lưu lượng, đọc giá trị áp suất trên các
áp kế và ghi lại kết quả.
IV. BÁO CÁO KẾT QUẢ:
Sơ đồ đường ống thí nghiệm:

L9
P2
L2

L7

L8

3
L1

P1

1
L6
29

L3

26

Z1

2

L5

Z2

76
L4

73
31

43

2


Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm 1

Nguyễn Trường An

MSSV: CM1208N020

* Các thông số đo đạc:
-Chiều dài L, đường kính D của ống
Loại ống
Lớn
Trung bình
Nhỏ
Nhỏ

Ký hiệu trên hình vẽ
L3
L4
L5
L6

Chiều dài (m)
0,4
0,315
0,18
0,42

Đường kính (m)
0,029
0,023
0,016
0,016

- Chiều cao
H1 = 76 cm = 0,76 m
H2 = 43 cm = 0,43 m
H3= 73 cm = 0,73m
- Áp suất
P2 = 0.75kg/cm2 = 76452 Pa
P2 = 0.65kg/cm2 = 66258 Pa
P3= 0,52kg/cm2 = 53007 Pa
- Lưu lượng
Q = 14 l/phút = 2,33.10-4 m3/s
* Các thông số khác cần biết:
- Độ nhớt của nước ở 30oC
µ = 0,8.10-3 N.s/m2 = 0,8.10-3 Pa.s
- Khối lượng riêng của nước ở 30oC
ρ = 995,68 kg/m3
- Gia tốc trọng trường
g = 9,81 m/s2

- Hệ số trở lực cục bộ ξ ,đường kính d của khớp nối
Kí hiệu khớp nối
Đường kính co (m)
Hệ số trở lực cục bộ ξ
Số lượng khớp nối

Lớn – 1in
0,025
2
3

Nhỏ– 1/2in
0,0125
2,2
4

Trung bình - 3/4 - 1/2in
0,0156
0,2
1

- chiều cao gờ nhám
ε = 0,015 mm =1,5.10-5 m
* Kết quả thí nghiệm
- Công thức tính toán trên ống thẳng
Vận tốc nước chảy trong ống: V =

4.Q
π .D 2
3

Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm 1

Chỉ số Reynolds: Re =
Hệ số:

ε
=> f => λ
D

Nguyễn Trường An

MSSV: CM1208N020

D.V .ρ
µ

L.V 2
Tổn thất thẳng: hd = λ.
D.2.g

Loại ống

Lớn

Trung bình

Nhỏ

V (m/s)
Re

0.35343628
12756.7172

0.5618902
16084.5564

1.16109342
23121.5499

0.00258621

0.00326087

0.0046875

0.048

0.056

0.066

0.02244637

0.01234169

0.33254771

ε/D

λ

hd (m)

Tổng tổn thất thẳng:
∑ hd =0.02244637+0.01234169+0.01234169 = 0.367335772 m
- Công thức tính toán trên các khớp nối
Vận tốc nước chảy trong các khớp nối: v =
Tổn thất cục bộ: hc = ξ

v2
2g

Loại khớp nối

Lớn

Vận tốc (m/s)

0.0118896

0.023779

-6

-5

hc (m)

4.Q
π .d 2

9,4842.10

Nhỏ
4,17.10

Trung bình
0.019054
2,44.10

-6

Tổng tổn thất cục bộ:
∑ hc = 3.9,4842.10-6+2,44.10-6+4.4,17.10-5=0.000197811 m
+ Tổng tổn thất trên đoạn ống (Lý thuyết):
∑ h w1 − 2 = ∑ hd + ∑ hc = 0.367335772 + 0.000197811 =0.367534 m
+ Phương trình Bernoulli cho hệ thống (Thực tế):
Z1 +

P1
V2
P
V2
+ 1 = Z 2 + 2 + 2 + ∑ hw1−2
ρ .g 2.g
ρ .g 2.g
4

Bài phúc trình Kỹ thuật thực phẩm 1

Nguyễn Trường An

MSSV: CM1208N020

P1 − P2
V12 − V22
=> ∑ h w1 − 2 = Z1 – Z2 +
+
ρ .g
2g
54175 − 19700 0.35343628 2 − 1.16109342 2
0
,
775
−
0
,
98
+
+
= 7.355087769 m
=
995,68.9,81
2.9,81

* Câu hỏi thảo luận:

- Qua quá trình thí nghiệm, ta thấy:
+ Vận tốc trong ống phân bố không đều trên mặt cắt ngang dòng chảy.
+ Khi tiến hành thực nghiệm để tính toán sẽ mắc phải nhiều sai số đo: Đọc
chỉ số các áp kế không chính xác, đo xác định kích thước sai, áp kế bị hư hoặc
chạy không cố định,… Nên kết quả tính toán năng lượng tổn thất thực tế lớn hơn
tổn thất lý thuyết. Vận tốc trong quá trình tính toán là vận tốc trung bình mặt cắt
dòng chảy, có dẫn tới sai số như đã kể khi dòng chảy với vận tốc thực phân bố
không đều.

5