NGHIÊN cứu sự PHÂN bố áp SUẤT và vận tốc GIÓ TRONG ĐƯỜNG ỐNG

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ ÁP SUẤT VÀ VẬN TỐC GIÓ
TRONG ĐƯỜNG ỐNG
STUDY THE DISTRIBUTION OF PRESSURE AND WIND VELOCITY
IN THE WIND TUNNEL
TS. Nguyễn Văn Cương1a, ThS. Nguyễn Hoài Tân1b
1
Khoa Công nghệ, Đại học Cần Thơ
a
;
TÓM TẮT
Sự phân bố áp suất và tốc độ gió trong đường ống gió thường bị chi phối bởi nhiều yếu tố
khác nhau như hình dạng ống, chiều dài ống, tốc độ quay của quạt. Việc nghiên cứu sự phân bố
này có ý nghĩa quan trọng cho quá trình tính toán thiết kế đường ống gió trong các hệ thống sấy
cũng như các hệ thống khác. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu sự phân bố áp suất và tốc
độ gió trên hệ thống ống gió Hampden model H-6910, với ba giá trị tốc độ quay của quạt khác
nhau lần lượt là 700, 1400 và 2100 vòng/phút. Sự phân bố áp suất và tốc độ gió được nghiên cứu
với hai mô hình: (a) theo tiết diện ngang của ống vuông 200x200 mm tương ứng với vị trí tâm
ống, các vị trí cách tâm ống 20, 40, 60 và 80 mm; (b) theo chiều dài trên ống venturi với tiết diện
thay đổi từ 0.01 m2 đến 0.034 m2. Kết quả nghiên cứu cho thấy: (1) với ống tiết diện vuông, ở vị
trí càng xa tâm ống thì áp suất động và vận tốc gió càng giảm, áp suất động của dòng khí giảm
chỉ còn 62% đến 70%, tốc độ gió giảm còn 79% đến 84% so với các giá trị đo được tại tâm ống;
(2) với ống venturi, áp suất và tốc độ gió tỉ lệ nghịch với tiết diện ống, khi tiết diện ống tăng thì
áp suất và tốc độ gió giảm và ngược lại; ở đoạn sau của ống venturi, khi tiết diện ống tăng từ
0.01 m2 đến 0.034 m2, áp suất giảm chỉ còn 18%, 9% và 6%, tốc độ gió giảm còn 49%, 32% và
21% tương ứng với tốc độ của quạt là 700, 1400 và 2100 vòng/phút. Ngoài ra, các mô hình thí
nghiệm liên quan đến sự phân bố áp suất và tốc độ gió trong đường ống cũng được xây dựng.
Từ khóa: áp suất động, vận tốc gió, phân bố áp suất, phân bố tốc độ gió, phân bố áp suất
và tốc độ gió trong ống.
ABSTRACT

The distribution of pressure and wind speed in wind tunnel is affected by many factors
such as the pipe shape, the pipe lengthand the fan speed. The contribution study has important
implications in designing and calculating wind tunnel of drying systems and others. This paper
presents the research’s results ofthe pressure distribution and wind velocity in Hampden wind
tunnel system - Model H-6910 at three different fan speeds as 700, 1400 and 2100 rpm. The
pressure and velocity distributions are studied with two models: (a) with cross section of square
tube (200x200 mm) corresponding to the tube center position, and at the distance of 20, 40, 60,
80 mm from center point; (b) with the changing of cross section along the length of venturi tube
from 0.01 m2 to 0.034 m2. The results show that: (1) for cross section of square tube, the
dynamic pressure and wind velocitysignificantly decrease from the center point.The dynamic
pressure is only equal 62% to 70%, the wind velocity is equal 79% to 84% with different
position in comparison with center point; (2) for venturi tubes, the dynamic pressure and wind
velocity is inverse proportion to the cross section of tube; the higher of cross-sectional area,
thelower of pressure and velocity.When the cross-sectional area increasesfrom 0.01 m2 to 0.034
m2, the dynamic pressure reduces to 18%, 9% and 6%, wind velocity dropped to 49%, 32% and
21% corresponding to fan speed of 700, 1400 and 2100 rpm. In addition, the experimental
models relating to the distribution of pressure and wind velocity in the tunnelare also built.
Keywords: dynamic pressure, wind velocity, pressure distribution, wind distribution,
distribution of pressure and wind in the tunnel.
519


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
1. GIỚI THIỆU
Sự phân bố tốc độ gió trên tiết diện ngang và dọc theo thành ống phụ thuộc vào chế độ
chuyển động của dòng lưu chất và được xác định theo áp suất động [1]. Áp suất tổng của dòng
khí thổi qua ống gồm 2 thành phần: (1) áp suất động là phần áp suất có khả năng tạo nên chuyển
động của luồng khí, hướng tác động của áp suất động là hướng chuyển động của dòng không
khí; (2) áp suất tĩnh là phần áp suất không gây ra chuyển động. Trong trường hợp không có
dòng không khí chuyển động thì áp suất tĩnh bằng áp suất tổng. Áp suất tĩnh có tác động đồng

đều theo mọi hướng trong ống. Tuy nhiên, trong thực tế khó có thể đo trực tiếp áp suất động
trong đường ống, mà cần phải đo đồng thời áp suất tổng Pt và áp suất tĩnh Ps bằng ống pitot và
nanomet. Sự phân bố áp suất và tốc độ gió trong đường ống gió thường bị chi phối bởi nhiều
yếu tố khác nhau như hình dạng ống, chiều dài ống, tốc độ quay của quạt [2-4]. Việc nghiên cứu
sự phân bố áp suất và vận tốc dòng khí trong đường ống có ý nghĩa quan trọng cho quá trình tính
toán thiết kế đường ống gió trong các hệ thống sấy cũng như các hệ thống khác. Bài báo này
trình bày kết quả nghiên cứu sự phân bố áp suất và tốc độ gió trên hệ thống ống gió Hampden ở
những vị trí khác nhau.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu sự phân bố áp suất và tốc độ gió trong đường ống được thực hiện trên thiết bị
ống gió (Wind Tunnel) Hampden– Model H-6910. Trong đó, hai mô hình thí nghiệm với tiết
diện ống ngang cùng một vị trí, mô hình thí nghiệm với hình dạng tiết diện ống thay đổi dọc
theo ống ở những vị trí khác nhau. Hai thông số đầu vào làtốc độ quay của quạt và tiết diện ống,
các thông số xác định là áp suất và tốc độ của dòng khí.
2.1. Mô hình thí nghiệm trên tiết diện ngang của ống
Sự phân bố áp suất và tốc độ gió trên tiết diện ngang của ống vuông 200 x 200 mm được
nghiên cứu, với ba tốc độ quay của quạt lần lượt là 700, 1400 và 2100 vòng/phút. Các vị trí
được xác định áp suất và tốc độ gió được xác định ở vị trí 0, 2, 4, 6 và 8, cách vị trí tâm ống lần
lượt là 0, 20, 40, 60 và 80 mm (Hình 1). Các giá trị đo được thực hiện 3 lần lặp lại và giá trị
trung bình được xác định.

Hình 1: Bố trí thí nghiệm theo tiết diện ngang trên ống Hampden – Model H-6910

520


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 2: Bố trí thí nghiệm theo tiết diện ngang trên ống venture (Hampden)
2.2. Mô hình thí nghiệm theo tiết diện thay đổi dọc theo chiều dài ống

Để nghiên cứu sự thay đổi của áp suất và vận tốc gió trong ống, những thí nghiệm được
thực hiện dọc theo chiều dài ống trên mô hình ống venturi, tiết diện ống thay đổi từ 0.01 m2 đến
0.034 m2, tương ứng với các vị trí từ 1 đến 10 trong Hình 2, với ba tốc độ quay của quạt lần lượt
là 700, 1400 và 2100 vòng/phút. Các giá trị được đo 3 lần lặp lại ở cùng một vị trí thí nghiệm.
3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN
3.1. Sự phân bố áp suất và tốc độ gió trên tiết diện ngang của ống vuông
3.1.1. Sự phân bố áp suất động dòng khí tiết diện ngang
Sự phân bố áp suất động của dòng không khí trong ống vuông ứng với vị trí trung tâm ống
và các vị trí cách tâm ống lần lượt 20, 40, 60, 80 mm được thể hiện qua Hình 3, tốc độ quay của
quạt tương ứng với 700, 1400 và 2100 vòng/phút.

Hình 3: Sự phân bố áp suất động tương ứng với các vị trí trong ống (trái) và tỷ lệ giảm áp
suất ở các vị trí so với vị trí trung tâm (phải)
Kết quả nghiên cứu cho thấy sự phân bố áp suất gió thay đổi theo vị trí của ống trên cùng
một mặt cắt; vị trí càng xa trung tâm ống thì áp suất động càng giảm. Độ giảm của áp suất càng
lớn khi tốc độ quay của quạt càng lớn. Với tốc độ quay của quạt 2100 vòng/phút, so với vị trí
tâm ống thì áp suất tại các vị trí 2, 4, 6, 8 lần lượt là 83%, 79%, 72% và 62%. Trong khi đó, ở tốc
độ quay của quạt 700 vòng/phút, áp suất tại các vị trí trên lần lượt là 87%, 84%, 78% và 70% so
với vị trí tâm ống.
521


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.1.2. Sự phân bố tốc độ gió trên tiết diện ngang của ống
Sự phân bố tốc độ gió trên tiết diện ngang của ống ứng với vị trí trung tâm ống và các vị trí
cách trung tâm ống lần lượt 20, 40, 60, 80 mm được thể hiện qua Hình 4. Vận tốc dòng khí được
xác định sau khi có được áp suất động tương ứng (P d ) ở các vị trí bằng công thức (1).
Áp suất động của dòng khí (mmH 2 O) được xác định: Pd =

2.v 2

ρ

Trong đó ρ là khối lượng riêng không khí (kg/m3).
Vận tốc dòng khí (m/s) tại các vị trí được xác định: v =

2.Pd

ρ

= 4,04. Pd

(1)

Hình 4: Biểu đồ phân bố tốc độ gió tương ứng với các vị trí trong ống (trái), tỷ lệ giảm tốc
độ gió ở các vị trí so với vị trí trung tâm (phải)
Giống như sự phân bố áp suất động, sự thay đổi về tốc độ gió cũng tỉ lệ với vị trí trong ống
trên mặt cắt ngang, càng xa vị trí tâm ống thì tốc độ gió càng giảm. So với vị trí tâm ống, tốc độ
gió tại vị trí xa nhất, cách tâm ống 80 mm chỉ đạt được 79%, 82% và 84% tương ứng với tốc độ
quay của quạt là 700, 1400 và 2100 vòng/phút (Hình 4). Với tốc độ quay của quạt càng lớn, sự
giảm tốc độ gió ở các vị trí quan sát nhiều hơn so với tốc độ quay của quạt nhỏ.
3.2. Phân bố áp suất và tốc độ gió tương ứng với các tiết diện ống
3.2.1. Phân bố áp suất tương ứng với các tiết diện ống
Nghiên cứu áp suất động của dòng không khí được thực hiện trên ống venturi với tiết diện
ngang của ống thay đổi từ 0.024 m2 giảm xuống 0.01 m2, tương ứng với các vị trí từ 1 đến 3; sau
đó tăng từ 0.01 m2đến 0.034 m2, tương ứng các vị trí từ 3 đến 10 trong hình 2. Các kết quả
nghiên cứu tương ứng được thể hiện trên đồ thị (Hình 5).

Hình 5: Sự phân bố áp suất động tương ứng các tiết diện dọc theo ống
522

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Tại vị trí có tiết diện nhỏ nhất (0.01 m2), áp suất động tăng lên đáng kể với các giá trị
tương ứng là 8.97, 24.03 và 56.4 mmH 2 O. Với áp suất ban đầu đi vào ống venture tương ứng
với các tốc độ quay của quạt là 700, 1400 và 2100 vòng/phút lần lượt là 1.0, 2.95 và 6.38
mmH 2 O (có tiết diện là 0.024 m2).
Sau khi qua khỏi tiết diện nhỏ nhất, áp suất động của dòng khí giảm đi, tương ứng với giá trị
xa nhất với tiết diện ống là 0.034 m2, áp suất giảm còn 1.60, 2.27 và 3.28 mmH 2 O; tương đương
6%, 9% và 18% so với vị trí áp suất lớn nhất tại tiết diện 0.01 m2. Khi tốc độ quay của quạt gió
càng lớn, tỷ lệ giảm áp suất càng nhiều (chỉ còn 6% tương ứng). Khi tiết diện càng xa vị trí nhỏ
nhất, nghĩa là diện tích ống thay đổi ít đi, áp suất thay đổi không nhiều. Điều này cho thấy sự ổn
định áp suất đường ống trong thiết bị khi diện tích ống không thay đổi.
3.2.2. Phân bố tốc độ gió tương ứng với các tiết diện ống
Tốc độ của dòng khí dọc trong ống venturi với diện tích tiết diện ngang khác nhau của ống
thay đổi gần giống như quy luật thay đổi áp suất (Hình 6). Vận tốc gió cực đại đạt được là
12.10 m/s, 19.81 m/s và 30.34 m/s ứng với vận tốc quạt là 700, 1400 và 2100 vòng/phút. Tại vị
trí phía sau ống venture, vận tốc gió giảm dần và đạt giá trị thất nhất là 5.11 m/s, 6.08 m/s và
7.32 m/s, tương ứng giá trị 42%, 31% và 24%. Với tốc độ quay của quạt càng lớn, khả năng mất
vận tốc dòng khí càng lớn, các giá trị vận tốc đo đạt được trên mô hình thí nghiệm được thể hiện
trong đồ thị ở hình 6.

Hình 6: Sự phân bố tốc độ gió tương ứng các tiết diện ống thay đổi
Kết quả số liệu thí nghiệm cho thấy tốc độ gió trong ống venture tỉ lệ nghịch với tiết diện
ống. Diện tích ống càng tăng thì vận tốc gió càng giảm và ngược lại. Càng về cuối đường ống
venture, vận tốc gió có tính ổn định và thay đổi không đáng kể. Với vận tốc dòng khí nhỏ, tương
ứng với tốc độ quay của quạt là 700 vòng/phút, sự thay đổi tốc độ không nhiều so với sự thay
đổi khi vận tốc dòng khí lớn ứng với 2100 vòng/phút.
4. KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu sự phân bố áp suất và tốc độ gió đã được thực hiện trên hệ thống ống

gió Hampden Model H-6910, với ba giá trị tốc độ quay của quạt khác nhau lần lượt là 700
vòng/phút, 1400 vòng/phút và 2100 vòng/phút. Với ống tiết diện vuông, ở vị trí càng xa tâm
ống thì áp suất động và vận tốc gió càng giảm, áp suất động của dòng khí giảm chỉ còn từ 62%
đến 70%, tốc độ gió giảm còn 79 đến 84% so với các giá trị cực đại đo được tại tâm ống. Đối với
ống venturi, áp suất động và tốc độ gió tỉ lệ nghịch với tiết diện ống, khi tiết diện ống tăng thì áp
523


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
suất và tốc độ gió giảm và ngược lại; ở đoạn sau của ống venturi, khi tiết diện tăng từ 0.01 m2
đến 0.034 m2, áp suất động giảm chỉ còn 18%, 9% và 6%, tốc độ gió giảm còn 42%, 31% và
24% tương ứng với tốc độ của quạt là 700, 1400 và 2100 vòng/phút. Các kết quả nghiên cứu này
cho thấy rằng: khi triển khai việc chế tạo các đường ống gió ở các hệ thống thực tế, để hạn chế
thất thoát và đảm bảo áp suất cũng như tốc độ gió, cần phải chú ý đến tốc độ quạt gió và sự thay
đổi tiết diện đường ống gió để đảm bảo sự phân bố đồng đều trong ống.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Hoàng Đình Tín, Bùi Hải. Nhiệt động học kỹ thuật và truyền nhiệt. Nhà xuất bản Đại học
Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2004.
[2]. James M Meyer, Venturi Induction for Heat Recovery and Flow Nox Interal Combustion
Engines. US 60191260, Feb, 28, 2005.
[3]. William B. Brower etal., Improve Method For Deterning Flow Rates In Venturis, Orifices
ang Flow Nozzles Involving. US 5365795, May 20, 1993.
[4]. Rechart Fitzpatrick, Fluid Mechanics. The University of Texas at Austin, 2012.
THÔNG TIN TÁC GIẢ
1.

TS. Nguyễn Văn Cương. Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ.
Email: , Điện thoại: 0989909034

2.

ThS. Nguyễn Hoài Tân. Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ.
Email: , Điện thoại: 0907286660

524