THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT bị MẠCH lưu CHẤT

BÀI 1: MẠCH LƯU CHẤT

MẠCH LƯU CHẤT

1

1


1.MỤC ĐÍCH
 Thí nghiệm 1: xác định mỗi quan hệ giữa tổn thất áp suất theo tổn thất ma sát và vận tốc của

nước chảy bên trong ống trơn và so sánh với tổn thất áp suất được xác định bằng phương
trình tổn thất ma sát trong ống.
 Thí nghiệm 2 : Xác định trở lực cục bộ của co, van, đột thu, đột mở.
 Thí nghiêm 3: Xác định hệ số lưu lượng của dụng cụ đo ( màng chắn, ventury) và ứng dụng
việc đo độ chênh áp trong việc đo lưu lượng và vận tốc của nước trong ống dẫn.

2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Theo các nghiên cứu thì có hai chế độ chuyển động chính của chất lỏng trong ống dẫn.
 Chế độ chảy tầng với vận tốc nhỏ, khi đó trở lực trong ống dẫn tỉ lệ tuyến tính với vận tốc
dòng chảy trong ống: h ~ w.
 Chế độ chảy rối với vận tốc lớn, khi đó trở lực trong ống dẫn tỉ lệ với vận tốc dòng chảy theo
dạng lũy thừa.
- Chế độ chảy chuyển tiếp giữa chảy tầng và chảy rối gọi là chảy quá độ.
- Có hai loại trở lực trên đường ống khi dòng chất lỏng choáng đầy ống chuyển động trong ống
dẫn: trở lực ma sát và trở lực cục bộ.

2.1.Trở lực ma sát
-

Trở lực do ma sát được kí hiệu hms và được tính theo công thức sau:
Hf =
Trong đó :

-

f : Hệ số ma sát
L : Chiều dài ống dẫn, m
D : Đường kính ống dẫn, m
V : vận tốc chuyển động dòng lưu chất, m/s
g : gia tốc trọng trường m2/s

Để xác định chế độ chảy của chất lỏng ta dựa vào chuẩn số Reynolds.
Re =
Hcb =

Trong đó :

V : vận tốc dòng chảy (m/s)
k : Hệ số trở lực cục bộ ,

2.2.Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên
Màng chắn và Ventury là hai dụng cụ đo lưu lượng dựa vào nguyên tắc khi dòng lưu chất qua
tiết diện thu hẹp đột ngột thì xuất hiện độ chênh áp suất trước và sau tiết diện thu hẹp.
Áp dụng phương trình Bernoloulli ta có mỗi quan hệ giữa lưu lượng và tổn thất áp suất qua
màng chắn, Ventury theo công thức:
Q=C
Trong đó: Q: lưu lượng của dòng chảy, m3/s
C: hệ số hiệu chỉnh, Cm cho màng chắn, Cv cho ventury
MẠCH LƯU CHẤT

2

2


A1: tiết diện ống dẫn, m2
A2: tiết diện thu hẹp đột ngột, m2
P : chênh lệnh áp suất , Pa
: Trọng lượng riêng của lưu chất (nước) ,N/m 3

2.3. Ống Pitto
Dùng ống Pitto ta có thể đo được áp suất toàn phần và áp suất tĩnh, từ đó có thể xác định
được áp suất động:
V=

Trong đó :

V : Vận tốc dòng chảy (m/s)
Ptp : Áp suất toàn phần. (Pa)
Pt : Áp suất tĩnh. (Pa)

3.TRANG THIẾT BỊ, HÓA CHẤT
Bảng 1: Kích thước ống dẫn bằng đồng.
STT
1
2
3
4

Tên gọi
Ống trơn 16
Ống trơn 21
Ống trơn 27
Óng nhám 27

Đường kính ngoài (mm)
17
21
27
27

Đường kính trong (mm)
10
15
21
19

Bảng 2: Kích thước màng chắn, ventury, đột thu, đột mở.
Đường kính lỗ (mm)
Màng chắn
16

Ventury
16

Ống dẫn Pitot
25

Đột thu

10

Đột mở
21

4.CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
4.1.Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống trơn.

−
−
−
−

−
−
−
−


Các bước tiến hành thí nghiệm cho ống trơn 16
Mở hoàn toàn van 6 (van lưu lượng) , mở van 2, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Kiểm tra nguồn điện, bật công tắc bơm cho nước chảy vào trong mạng ống.
Thay đổi độ mở của van 6 bốn lần, ứng với từng độ mở của van đo lưu lượng và tổn thất áp
suất trên đường ống trơn 16.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp, ghi nhận kết quả.
Các bước tiến hành thí nghiệm cho ống trơn 21
Mở hoàn toàn van 6 (van lưu lượng), mở van 3, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Kiểm tra nguồn điện, bật công tắc bơm cho nước chảy vào trong mạng ống.
Thay đổi độ mở của van 6 bốn lần, ứng với từng độ mở của van đo lưu lượng và tổn thất áp
suất trên đường ống trơn 21.

Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp, ghi nhận kết quả.
Các bước tiến hành thí nghiệm cho ống trơn 27

MẠCH LƯU CHẤT

3

3


− Mở hoàn toàn van 6 (van lưu lượng), mở van 4, đóng các van còn lại trên mạng ống.
− Kiểm tra nguồn điện, bật công tắc bơm cho nước chảy vào trong mạng ống.
− Thay đổi độ mở của van 6 bốn lần, ứng với từng độ mở của van đo lưu lượng và tổn thất áp
−

−
−
−
−

suất trên đường ống trơn 27.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp, ghi nhận kết quả.
Các bước tiến hành thí nghiệm cho ống nhám 27
Mở hoàn toàn van 6 (van lưu lượng), mở van 5, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Kiểm tra nguồn điện, bật công tắc bơm cho nước chảy vào trong mạng ống.
Thay đổi độ mở của van 6 bốn lần, ứng với từng độ mở của van đo lưu lượng và tổn thất áp
suất trên đường ống nhám 27.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp, ghi nhận kết quả.

4.2.Xác định trở lực cục bộ

 Các bước tiến hành thí nghiệm với vị trí đột thu
− Mở hoàn toàn van 6 (van lưu lượng), mở van 2, đóng các van còn lại trên mạng ống
− Mở công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống. Thay đổi độ mở của van 6 bốn lần ở các
−

−
−
−

−
−
−
−

độ mở khác nhau.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp, ghi nhận kết quả.
Các bước tiến hành thí nghiệm cho vị trí đột mở
Mở hoàn toàn van 6 (van lưu lượng), mở van 2, đóng các van còn lại trên mạng ống
Mở công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống. Thay đổi độ mở của van 6 bốn lần ở các độ
mở khác nhau.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp, ghi nhận kết quả.
Các bước tiến hành thí nghiệm cho vị trí đột mở
Mở hoàn toàn van 6 (van lưu lượng), mở van 5, đóng các van còn lại trên mạng ống.
Mở công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống.
Thay đổi độ mở của van 6 bốn lần ở các độ mở khác nhau.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp, ghi nhận kết quả.

4.3.Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp

−

−
−
−
−

Các bước tiến hành thí nghiệm
Mở hoàn toàn van 6 (van lưu lượng).
Mở hoàn toàn van 2,3,4 trên ống trơn 16, .
Bật công tắc bơm cho nước chảy vào mạng ống.
Thay đổi độ mở của van 6 bốn lần ở các độ mở khác nhau.
Ứng với mỗi lưu lượng đọc độ chênh áp (2 nhánh áp kế của cả 3 vị trí: màng chắn, ventury
và ống Pito), ghi nhận kết quả.

5.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ SỬ LÝ SỐ LIỆU
5.1.Kết quả thí nghiệm.
Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống trơn.
Đường kính Lưu lượng Tổn thất áp suất thực tế
ống (mm)
(l/phút)
(mH2O)
16

MẠCH LƯU CHẤT

6
8
10

0,162
0.267

0,410
4

4


12
6
8
10
12
6
8
10
12
6
8
10
12

0.550
0,025
0,045
0,066
0,094
0,015
0,025
0,038
0,056
0,020

0,037
0,053
0,078

Lưu lượng
(l/phút)
6
8
10
12
6
8
10
12
6
8
10
12
6
8
10
12

Tổn thất áp suất thực tế
(mH2O)
0,092
0,16
0,267
0,373
0,01

0,021
0,035
0,053
0,002
0,005
0,008
0,01
0.008
0.015
0.025
0.034

21

27 (trơn)

27 (nhám)

Thí nghiệm 2 :Xác định trở lực cục bộ
Vị trí
Đột thu ở
ống trơn 16

Đột mở ở
ống trơn 16
Van 5

Co 90o

Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp

STT
Màng chắn
1
2
3
4
Ventury
1
MẠCH LƯU CHẤT

Lưu lượng Tổn thất áp suất thực tế
(l/phút)
(mH2O)
6
8
10
12

0,03
0,055
0,09
0,145

6

0,026
5

5

2
3
4
Ống Pitot
1
2
3
4

8
10
12

0,05
0,08
0,13

6
8
10
12

0,005
0,012
0,02
0,035

5.2.Lập công thức tính
Bảng 1 : Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống trơn.

-

Ta có vận tốc dòng chảy: = (m/s )
F=

-

(m2),

(m3/s)

Chuẩn số Re : Re =
Trong đó :

là khối lượng riêng của lưu chất,

H2O = 1000 kg/m2

µ là độ nhớt động lực học của lưu chất (kg/ms) ,
µ H2O (250C) = 8,937. 10-4 kg/ms
Dtd : đường kính tương đương (m) , đường kính trong của ống
V : vận tốc của dòng chảy ( m/s)
Dựa vào Re => hệ số ma sát f
Hf =

Trong đó:

L : Chiều dài ống dẫn ,m
F : Hệ số ma sát
D: Đường kính ống dẫn, m

V : Vận tốc dòng chảy, m/s

Bảng 2 : Xác định trở lực cục bộ
-

Ta có vận tốc dòng chảy: = (m/s )
(m2),

F=
-

Q = (m3/s)

Hệ số trở lực cục bộ

Trong đó: là tổn thất áp suất thực tế ( đo được trên máy)
Pđ : áp suất động , Pđ
Bảng 3 : Xác định hệ số lưu lượng của màng chắn,Ventury.
-

Hệ số k .

MẠCH LƯU CHẤT

6

6


k=

-

Trong đó: A1: tiết diện ống dẫn, m2
A2: tiết diện thu hẹp đột ngột, m2
: Trọng lượng riêng của lưu chất (nước) ,N/m 3

Cm =

- Cv =

Bảng 4 : Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn,Ventury.
Để tính được lưu lương lý thuyết trước hết ta phải tính được sự chênh lệnh áp lý thuyết theo
công thức sau:

Sau khi có được chênh lệch áp lý thuyết từ đó ta tính ngược lại lưu lượng theo công thức sau:

Bảng 5: Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng ống Pitot
V = (m/s), Qlt = VF (F : là tiết diện ống Pitot, m2)

5.3. Xử lý số liệu .
Bảng 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống trơn.
Đường
Đường
kính ống kính
(mm)
tương
đương
của ống
(m)

16
0,01
0,01
0,01
0,01
21
0,015
0,015
0,015
0,015
27 (trơn)
0,021
0,021
0,021
0,021
27 (nhám)
0,019
0,019
0,019
0,019

Lưu
lượng
Q
(m3/s)
x10-4
1
1,33
1,67
2

1
1,33
1,67
2
1
1,33
1,67
2
1
1,33
1,67
2

Vận tốc Chuẩn
dòng
số Re
chảy
(m3/s)
1,27
1,70
2,12
2,55
0,57
0,75
0,94
1,13
0,29
0,39
0,48
0,58

0,35
0,47
0,59
0,71

14.254
19.005
23.757
28.508
9.503
12.670
15.838
19.005
6.788
9.050
11.313
13.575
7.502
10.003
12.504
15.004

Hệ số Tổn
Tổn thất áp
ma sát
thất áp suất lý thuyết
suất
Hf (mH2O)
thực tế
(mH2O)

0,0280
0,0260
0,0246
0,0235
0,0312
0,0289
0,0272
0,0260
0,0343
0,0316
0,0298
0,0284
0,0334
0,0308
0,0290
0,0276

0,162
0.267
0,410
0.550
0,025
0,045
0,066
0,094
0,015
0,025
0,038
0,056
0,020

0,037
0,053
0,078

0,2778
0,4587
0,6781
0,9342
0,0408
0,0671
0,0989
0,1359
0,0083
0,0137
0,0201
0,0276
0,0134
0,0219
0,0323
0,0443

Ta tính thử ở 16 dòng 1:
F= =

= 7,85 x 10-5 (m2),

MẠCH LƯU CHẤT

Q = = = 1 x 10-4 (m3/s)

7

7


=> Vận tốc dòng chảy: = = = 1.27 (m/s )
=> Re = = = 14,254
Do hệ số Re < 100000 nên hê số ma sát :
= = = 0,028

 Hf = f

trong đó : L là chiều dài của ống , Lống = 1,2 m
Hf = 0,028 . = 0.277 (mH2O)

Bảng 2 :Xác định trở lực cục bộ
Đường
Lưu
Vị trí
kính ống lượng
(m)
(m3/s)
x10-4
0,01
1,00
Đột thu ở
0,01
1,33
ống trơn 16
0,01

1,67
0,01
2,00
0,021
1,00
Đột mở ở
0,021
1,33
ống trơn 16
0,021
1,67
0,021
2,00
0,021
1,00
Van 5
0,021
1,33
0,021
0,021
•

1,67
2,00

Tổn
thất Vận tốc dòng
áp
suất chảy
thực

tế (m3/s)
(mH2O)
0,092
1,274
0,160
1,695
0,267
2,127
0,373
2,548
0,010
0,289
0,021
0,385
0,035
0,483
0,053
0,577
0,002
0,289
0,005
0,008
0,010

0,385
0,483
0,577

Áp suất Hệ số trở lực
động

cục bộ k
P
đ
(mH2O)
0,083
1,108
0,146
1,095
0,231
1,156
0,331
1,127
0,004
2, 50
0,008
2,625
0,012
2,917
0,017
3.118
0,004
0,50
0,008
0,012
0,017

0,62
0,67
0,59

Tính toán mẫu vị trí đột thu ở ống trơn 16 dòng 1:

F= =

= 7,85 x 10-5 (m2),

 Vận tốc dòng chảy: =
 Pđ = = 0,083 (mH2O)
 = =1,108.

Q = = = 10-4 (m3/s)
= = 1,274 (m/s )

Bảng 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp
STT

Lưu lượng
Q (m3/s)
x 10-4

Đường kính ống
(m)

1
2
3
4

1
1,33

1,67
2

0,016
0,016
0,016
0,016

MẠCH LƯU CHẤT

Tổn thất áp suất
thực tế ( Pa )
Màng chắn
294.3
539.5
882.9
1422.4
8

Hệ số k
x 10-5

Hệ số Cm, Cv

1,1043
1,1043
1,1043
1,1043

0,528

0,520
0,508
0,480
8


1
2
3
4

1
1,33
1,67
2

Ventury
255.1
490.5
784.8
1275.3

0,016
0,016
0,016
0,016

1,1043
1,1043
1,1043

1,1043

0,567
0,545
0,535
0,507

Đổi đơn vị : : 1mH2O = 9810 Pa => 0.03mH2O = 294.3 Pa
Tính toán :
A1 = = 3,46 . 10-4 m2 (Đường kính ống dẫn 0.021m)
A2 = = 2,01 . 10-4 m2

 Hệ số k :

k=

= = 1,1043 . 10-5
Với : H2O = 9810 N/m3 ,

g = 9,81 m/s2

 C = = = 0,528.
 Cm (TB) = 0,509
 Cv (TB) = 0,538
Bảng 4 : Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, Ventury.
STT

Đường
kính ống
(m)

Vận tốc dòng
chảy ( m/s)

1
2
3
4

0.016
0.016
0.016
0.016

0,498
0,663
0,829
0,995

1
2
3
4

0.016
0.016
0.016
0.016

0,498

0,663
0,829
0,995

lý thuyết
(Pa)

Màng chắn
124.0
219.8
343.6
495.1
Ventury
124.0
219.8
343.6
495.1

Lưu
lượng Q
lý thuyết
(m3/s)
x 10-4

Lưu lượng
Q thực tế
(m3/s)

0,6
1,16

1,82
2,62

1,00
1,33
1,67
2,00

0,7
1,23
1,93
2,78

1,00
1,33
1,67
2,00

x 10-4

• Tính toán : dòng 1 Màng chắn .

F = = 2,01 . 10-4 m2




V = = = 0,498 (m/s)
= = 0,0127mH2O = 124 Pa (1 mH2O = 9810 Pa)

Qlt (màng chắn)= = 0,509 . (1,1043 . 10-5) . 124 = 0,6.10-4 m3/s (dựa vào k,Cm (TB), ở bảng 3)
MẠCH LƯU CHẤT

9

9


Qlt (ventury)= = 0,538 . (1,1043 . 10-5) . 124 = 0,7.10-4 m3/s (dựa vào k, Cv(TB) ở bảng 3)
Bảng5 : Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng ống Pitot
ST
T

•

Đường kính
ống pitot
(m)

1
0,025
2
0,025
3
0,025
4
0,025
Tính toán : dòng 1

V= =

= 0.313 m/s

thực tế
(Pa)

Vận tốc
dòng chảy
(m/s)

Lưu lượng lý
thuyết
(m3/s)

Lưu lượng
thực tế
(m3/s)

0,313
0,485
0,626
0,828

x 10-4
1,53
2,38
3,07
4,06

x 10-4

1,00
1,33
1,67
2,00

49,05
117,72
196,2
343,35

(H2O = 1000 kg/m3)

Fpitot = = 4,906.10-4 m2

 Qlt = VFpitot = 0,313 . 4,906 . 10-4 = 1,53 . 10-4 m3/s
5.4.Đồ thị thể hiện mỗi quan hệ.

Đồ thị 1: Mỗi quan hệ giữa tổn thất áp suất thực tế (mH 2O) với vận tốc dòng chảy (m/s)

Đồ thị 2: Mỗi quan hệ giữa tổn thất áp suất lý thuyết (mH 2O) với vận tốc dòng chảy (m/s)

Đồ thị 3: Mỗi quan hệ giữa hệ số trở lục cục bộ và tổn thất áp suất thực tế với lưu lượng thực tế
(m3/s, x 10-4) của van 5 .

Đồ thị 4: Mỗi quan hệ giữa lưu lượng lý thuyết (m 3/s, x10-4)và lưu lượng thực tế (m3/s, x10-4) với
độ chênh lệch áp thực tế (Pa) của MÀNG CHẮN.

Đồ thị 5: Mỗi quan hệ giữa lưu lượng lý thuyết (m 3/s, x10-4)và lưu lượng thực tế (m3/s, x10-4) với
độ chênh lệch áp thực tế (Pa) của VENTURY.

MẠCH LƯU CHẤT

10

10


Đồ thị 6: Mỗi quan hệ giữa lưu lượng thực tế (m 3/s, x10-4) và lưu lượng lý thuyết (m3/s, x10-4) đối
với độ chênh lệch áp thực tế (Pa)của ỐNG PITOT.

6. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT
Nhận xét về tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống.
Qua đồ thị biểu diễn ta thấy: Tổn thất áp suất thực tế và tổn thất áp suất lý thuyết tăng khi vận
tốc dòng chảy tăng và tăng một cách gần như đồng đều.
Tổn thất áp suất thực tế thấp hơn tổn thất áp suất lý thuyết. Do sai số trong quá trìn tiến hành.
Nhận xét về trở lực cục bộ
Qua đồ thị biểu diễn ta thấy: Tổn thất áp suất thực tế của đột thu, đột mở, van 5 tăng khi lưu
lượng dòng chảy tăng và tăng một cách gần như đồng đều.
Hệ số trở lục cục bộ tăng khi lưu lượng dòng chảy tăng nhưng tới một mức độ nào đó về lưu
lượng hệ số lại giảm và tào ra một đường cong trên đồ thị.
Nhận xét về đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp (màng chắn, ventury, ống pitot)
Đồ thị biểu dễn cho thấy, tổn thất áp suất thực tế tỉ lệ với lưu lượng của dòng chảy .
Lưu lượng lý thuyết lớn hơn rất nhiều so với lưu lượng thực tế, nguyên nhân do sai số trong
quá trình tiến hành thí nghiệm.
Nguyên nhân dẫn đến sự sai số đo có thể là do các nguyên nhân sau:
•
•
•

Do thiết bị làm thí nghiệm

Do người tiến hành thí nghiệm
Các điều kiện khách quan của môi trường xung quanh như là : nhiệt độ, độ ẩm của
phòng thí nghiệm.

Ngoài ra thì việc tính toán lưu lượng bằng thủ công và lưu lượng xác định được trên máy cũng
đã có một sự sai số không nhỏ.

MẠCH LƯU CHẤT

11

11