Báo cáo Kỹ thuật thực phẩm Thí nghiệm mạch lưu chất

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÁO CÁO THỰC HÀNH:
KỸ THUẬT THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
MSSV
Lớp
Nhóm

: Trần Ngọc Thắng
: Bùi Quang Trường
: 13024971
: ĐHTP9A
: 2 – Sáng T5

TP.Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2015


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

BÁO CÁO BÀI 1: MẠCH LƯU CHẤT
1.

Mục đích thí nghiệm

Tìm hiểu các dạng tổn thất áp suất xảy ra trong ống dẫn khí dòng chất lỏng không nén
qua các ống, các loại khớp nối,van, thiết bị mạng ống.
Xác định mối quan hệ giữa tổn thất áp suất theo tổn thất ma sát và vận tốc của nước
chảy bên trong ống, tổn thất cục bộ, hệ số ma sát, chuẩn số Reynolds.
Ứng dụng đo độ chênh áp suất trong việc đo lưu lượng và vận tốc của nước trong ống
dẫn.
2.

Cơ sở lý thuyết

−
Có hai chế độ chuyển động chính của dòng chất lỏng trong ống dẫn:
−
Chế độ chay tầng với vận tốc nhỏ, khi đó trở lực trong ống dẫn tỷ lệ tuyến tính
với vận tốc dòng chảy trong ống.
−
Chế độ chảy rối với vận tốc lớn, khi đó trở lực trong ống tỷ lệ với vận tốc dòng
chảy.
−
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 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 hms của chất lỏng chảy choáng đầy trong ống được tính theo công
thức sau:

Trong đó:
L: chiều dài ống dẫn, m

W: vẫn tốc chuyển động dòng lưu chất, m/s
D: đường kính ống dẫn, m
Để xác định chế độ chảy của chất lỏng ta dựa vào chuẩn số Renoylds:

Trong đó:
: độ nhớt động lực học lưu chất, kg/ms
: khối lượng riêng lưu chất, kg/cm3
dtd: đường kính tương đương, m
Bài 5: Mạch lưu chất

Page 2


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

2.2.

GVHD: Trần Ngọc Thắng

Trở lực cục bộ:

Là trở lực do chất lỏng thay đổi hướng chuyển động, thay đổi vận tốc do thay đổi hình
dáng tiết diện của ống như: đột thu, đột mở, chổ cong,van, khớp nối

2.3.

Đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp biến thiên:

Áp dụng phương trình Bernouli ta có mối liên hệ giữa lưu lượng và tổn thất áp suất
qua màng chắn ( ống Ventury) theo công thức sau:

Q: lưu lượng dòng chảy ống, m3/s
C: hệ số hiệu chỉnh, C=0.98 cho ống Ventury, C=0.62 cho màng chắn.
A: tiết diện ống dẫn, m2
A1: tiết diện thu hẹp đột ngột, m2
chênh lệch áp suất, m cột lưu chất
2.4.

Ống Pitot:

Dùng ống Pitot có thể đo được áp suất toàn phần P tp và áp suất tĩnh Pt,từ đó có thể xác
định được áp suất động

Suy ra:

3.

Tiến hành thí nghiệm

3.1.
Thí nghiệm 1: Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống
Đóng và mở van thích hợp để cho nước được bơm vào đoạn ống cần làm thí
nghiệm. Nối đầu đo áp suất vào đoạn ống cần làm thí nghiệm.
Đo đường kính trong của ống làm thí nghiệm, ghi số liệu.
Bật công tắc bơm cho nước chảy vào hệ thống.
Điều chỉnh van lưu lượng có lượng cần thiết. Nên bắt đầu từ lưu lượng nhỏ
nhất rồi đến lớn nhất.
Ghi lại kết quả thí nghiệm.

Bài 5: Mạch lưu chất

Page 3


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

3.2.
Thí nghiêm 2: Xác định trở lực cục bộ
Đóng và mở van thích hợp để cho nước được bơm vào đoạn ống cần làm thí
nghiệm. Nối đầu đo áp suất vào đoạn những chỗ phù hợp để đo áp suất cục bộ.
Đo đường kính trong của ống làm thí nghiệm, ghi số liệu. Chọn bộ phận nối từ
danh sách.
Điều chỉnh van lưu lượng có lượng cần thiết. Nên bắt đầu từ lưu lượng nhỏ
nhất rồi đến lớn nhất.
Ghi lại kết quả thí nghiệm.

Lặp lại thí nghiệm với vị trí đột mở và co 900
- Tiến hành với van 5:
- Mở hoàn toàn van lưu lượng kế
- Mở hoàn toàn van 5
- Mở bơm
- Điều chỉnh độ mở van 5 ở các mức khác nhau, ghi nhận kết quả và viết vào bảng số
liệu
Thí nghiệm 3: Đo lưu lượng dựa vào độ chênh áp
a.
Màng chắn và ống ventury
Mở van phù hợp để dẫn nước vào các lưu lượng kế
Điều chỉnh van điều chỉnh lưu lượng để chỉnh lưu lượng cần thiết. Bắt đầu từ

lưu lượng hỏ nhất đến lớn nhất.
Nối 2 đầu cảm biến áp suất với đầu vào và tại chỗ thu hẹp.
b.
Ống pitot
Nối đầu đo áp suất vào 2 đầu ống pitot
Điều chỉnh van điều chỉnh lưu lượng để chỉnh lượng bơm cần thiết. Nên bắt
đầu tự lượng nhỏ nhất đến lớn nhất.
3.3.

4. Số liệu thực nghiệm

1.2.1. Xác định ma sát của chất lỏng với thành ống
STT

Ống khảo sát
(mm)

Lưu lượng lít/ phút

Tổn thất áp suất (thực
tế), (cmH2O)

1
2
3
4
5
1
2
3

4

Ø 17, dtr=10

4
5
6
7
8
4
5
6
7

7
13
17
23
29
0.7
1.1
1.5
2

Ø 21, dtr=15

Bài 5: Mạch lưu chất

Page 4

SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

8
4
5
6
7
8
4
5
6
7
8

Ø 27 trơn, dtr=21

Ø 27 nhám, dtr=19

GVHD: Trần Ngọc Thắng

2.5
0.3
0.5
0.7
0.9
1.1
6.2
10.1
24.3
30.3
35.6

1.2.2. Xác định trở lực cục bộ
STT
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3

4
5

Vị trí khảo
sát
Đột mở

Lưu
lượng(lít/phút)
4
5
6
7
8

Đường kính
ống(mm)
21
21
21
21
21

Tổn thất áp suất thực
tế (cmH2O)
3.2
5.6
8.0
10.8
14.2

Đột thu

4
5
6
7
8
4
5
6
7
8

10
10
10
10
10
21
21
21
21
21

0.6
1.2
1.8
2.2
3.0

0.5
0.7
0.9
1.3
1.5

Co 90o

1.2.3. Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, Ventury và ống Pitot
STT

Loại

1
2
3
4
5
1
2
3

Màng chắn

Đường kính Lưu lượng
(mm)
(lít/phút)
16
4
5

6
7
8

Ventury

Bài 5: Mạch lưu chất

16

4
5
6

Tổn thất áp suất
( cmH2O )
1.1
1.8
2.2
3.2
4.2
1.3
1.7
2.3
Page 5


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

4

5
1
2
3
4
5

Ống pitot

GVHD: Trần Ngọc Thắng

7
8
4
5
6
7
8

25

3.3
4.3
0.3
0.5
0.7
1.0
1.3

5. Xử lí số liệu

Bảng 5.1: Tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống
STT

Re

Hệ số ma
sát

0.849

9758.621

0.0310

0.07

0.1362

1.062

12206.897

0.0292

0.13

0.2014

1.274

14643.678

0.0278

0.17

0.2760

4

1.486

17080.459

0.0267

0.23

0.3606

5

1.699

19528.736

0.0258

0.29

0.4556

0.377

6500

0.0348

0.007

0.0202

0.472

8137.93

0.0326

0.011

0.0296

3

0.566

9758.621

0.0310

0.015

0.0405

4

0.661

11396.552

0.0297

0.02

0.0529

5

0.755

13017.241

0.0287

0.025

0.0667

0.193

4658.621

0.0384

0.003

0.0042

0.241

5817.241

0.0359

0.005

0.0061

0.289

6975.862

0.0341

0.007

0.0083

4

0.337

8134.483

0.0326

0.009

0.0108

5

0.385

9293.1

0.0314

0.011

0.0136

1
2

Ống
Vận tốc dòng
khảo sát chảy (m/s)

Ống
trơn
17

3

1
2

1
2
3

Ống
trơn
21

Ống
trơn
27

Bài 5: Mạch lưu chất

Tổn thất áp
Tổn thất áp
suất (thực tế) suất (lí thuyết)
(mH2O)
(mH2O)

Page 6

SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

1

0.235

5132.184

0.0373

0.062

0.0066

0.294

6420.689

0.0349

0.101

0.0097

3

0.353

7709.195

0.0331

0.243

0.0133

4

0.412

8997.701

0.0317

0.303

0.0173

5

0.471

10286.207

0.0305

0.356

0.0218

2

Ống
nhám

GVHD: Trần Ngọc Thắng

27

Hình 5.1: Đồ thị thể hiện mối qua hệ giữa tổn thất áp suất lý thuyết
và thực tế theo vân tốc dòng chảy ở ống trơn

17

Hình 5.2: Đồ thị thể hiện mối qua hệ giữa tổn thất áp suất lý thuyết và thực tế theo vân tốc
dòng chảy ở ống trơn

Bài 5: Mạch lưu chất

21

Page 7


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

Hình 5.3: Đồ thị thể hiện mối qua hệ giữa tổn thất áp suất lý thuyết và thực tế theo vân tốc
dòng chảy ở ống trơn

27

Hình 5.4: Đồ thị thể hiện mối qua hệ giữa tổn thất áp suất lý thuyết và thực tế theo vân tốc
dòng chảy ở ống nhám

27

Nhận xét:
Ta thấy khi cùng một loại vật liệu ở cùng một lưu lượng ống nào có đường kính
lớn thì tổn thất dọc đường càng nhỏ và khi lưu lượng tăng thì tổn thất dọc đường tăng.
Vậy tổn thất dọc đường tỷ lệ nghịch với đường kính ống và tỷ lệ thuận với lưu lượng
trong ống.

Bài 5: Mạch lưu chất

Page 8


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

5.2. Xác định trở lực cục bộ
Bảng 5.2: Trở lực cục bộ tại một số vị trí khảo sát

1

0.667

0.849

0.0367

0.032

0.8438

2

0.833

1.062

0.0575

0.056

0.9742

3

1.00

1.274

0.0827

0.08

0.9671

4

1.167

1.486

0.1125

0.108

0.9596

5

1.333

1.699

0.1471

0.142

0.9652

0.667

0.849

0.0367

0.006

0.1633

2

0.833

1.062

0.0575

0.012

0.2088

3

1.00

1.274

0.0827

0.018

0.2176

4

1.167

1.486

0.1125

0.022

0.1955

5

1.333

1.699

0.1471

0.03

0.2039

0.667

0.235

0.0028

0.005

1.7764

2

0.833

0.294

0.0044

0.007

1.5889

3

1.00

0.353

0.0064

0.009

1.4171

4

1.167

0.412

0.0087

0.013

1.5026

5

1.333

0.471

0.0113

0.015

1.3266

1

1

Đột thu

Đột mở

Co 90

Bài 5: Mạch lưu chất

Page 9


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

Hình 5.5: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Q và hệ số trở lực cục bộ của đột thu
Hình 5.6: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Q và hệ số trở lực cục bộ của đột mở

Hình 5.7: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Q và hệ số trở lực cục bộ của co 90

Bài 5: Mạch lưu chất

Page 10


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

Nhận xét: Cùng một đường kính, cùng một lưu lượng thì ống nhựa có tổn thất dọc
đường ít hơn ống thép không gỉ. Cho thấy vật liệu ống cũng có ảnh hưởng đến tổn thất
dọc đường. Lưu lượng tăng thì tổn thất tăng.

5.3. Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, ống Ventury và ống

Pitot
Bảng 5.3: Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn,
ống Ventury và ống Pitot

Thí
nghiệm
3

Lưu
lượng
thực
tế
(m3/s)

Ventury

Lưu
lượng
tính
toán Qlt

Vận tốc
(m/s)

Áp suất
động Pđ

0.667

0.3319

0.0056

0.011

1.9642 0.6689

0.6421

0.1323

0.833

0.4145

0.0088

0.018

2.0455 0.6531

0.66255

0.1818

1.00

0.4976

0.0126

0.022

1.7460 0.7092

0.7014

0.1816

1.167

0.5807

0.0172

0.032

1.8604 0.6862

0.68095

0.2266

1.333

0.6633

0.0224

0.042

1.875 0.6842

0.6802

0.2614

0.667

0.3319

0.0056

0.013

2.3214

0.6153

0.6421

0.1699

0.833

0.4145

0.0088

0.017

1.9318

0.6720

0.66255

0.1668

1.00

0.4976

0.0126

0.023

1.8254

0.6936

0.7014

0.1942

1.167

0.5807

0.0172

0.033

1.9186

0.6757

0.68095

0.2373

1.333

0.6633

0.0224

0.043

1.9196

0.6762

0.6802

0.2708

x10-4

Màng
chắn

Hệ số
trở lực
cục bộ
K

Tổn thất áp
suất thực tế
∆Ptt

0.667
0.833
1.00

0.2426

0.003

0.3132

0.005

0.3706

0.007

Bài 5: Mạch lưu chất

Cm

Cv

C

1.19*104

1.54*104

1.82*104

Page 11


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

1.167

0.4429

0.01

2.17*10-4

1.333

0.5050

0.013

2.48*10-4

Hình 5.8: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy theo tổn thất áp suất
 Nhận xét
Ta thấy tại co 180o gây ra tổn thất cục bộ nhiều hơn co 90 o và tại đột thu tổn
thất cục bộ là lớn nhất . Lưu lượng tăng thì tổn thất tăng, và tổn thất phụ thuộc nhiều
vào dạng trở lực của ống.
6. Phụ lục

6.1. Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống
Ta có:
• Kích thước các loại ông khảo sát trong bài
Loại ống
Đường
Kính (mm)

Ống trơn 17

Ống trơn 21

Ống trơn 27

Ống nhám 27

Ngoài

17

21

27

27

Trong

10

15

19

21

• Xác định tổn thất ma sát của chất lỏng với thành ống trơn và ống nhám
• Vận tốc dòng chảy: W =
Bài 5: Mạch lưu chất

Page 12


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

Trong đó:

W: vận tốc dòng chảy (m/s)
Q: lưu lượng (m3/s)
D: đường kính trong của ống khảo sát (m)
*Đối với ống 17, Q = 4 lít/phút, Dn = 17mm, Dtr =10mm

- Vận tốc dòng chảy: W =

=

= 0.849 (m/s)

Công thức:
 Hệ số Re =
Trong đó:
: khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3 )
: độ nhớt động lực học chất lỏng (kg/ms)
độ nhớt động học (m2/s)
: vận tốc dòng chất lỏng chuyển động trong ống (m/s)
D: kích thước hình học đặc trưng (m)
Tra bảng 43, trang 40 – bảng tra cứu quá trình cơ học – truyền nhiệt – truyền
khối (tái bản lần thứ 4-Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia tp.HCM). Với nước ở 270C
=> = 0,87.
(m2/s)

Hệ số Re =

=

=9758.621

 Vì 4000=1,8logRe-1,5  λ=
Hệ số ma sát: λ=

0.0309

 Tổn thất áp suất lý thuyết: hms = λ. .
Trong đó:

λ: hệ số ma sát
L: chiều dài ống dẫn (m) (L = 1.2 m)
W: vận tốc dòng chảy (m/s)

Bài 5: Mạch lưu chất

Page 13


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

D: đường kính ống khảo sát (m)
g = 9.81 (m2/s)
Tổn thất áp suất lý thuyết: hms = λ. .

=

= 0.1362 (mH2O)

6.2.Xác định trở lực cục bộ
Ta có: Khảo sát vị trí đột thu:
Lưu lượng : G (m3/s) = G (lít/phút).
khi G = 4 lít/phút = 0.667*10^(-4) m3/s
Áp suất động:

=

=

= 0.0367 (mH2O)

Hệ số trở lực cục bộ:
Trong đó:

=

=0.8438

hcb: trở lực cục bộ (m) = tổn thất áp suất thực tế (mH2O)

6.3.Xác định lưu lượng dòng chảy qua ống bằng màng chắn, ống Ventury và ống
Pitot
* Tính toán với lưu lượng Q=4lit/phút
-Vận tốc dòng nước: V =
Trong đó:
Q: lưu lượng dòng chảy trong ống (m3/s)
A: diện tích mặt cắt ống dẫn (m)
V=

=

= 0,3319(m/s)

-Tổn thất áp suất thực tế:
∆Ptt = 0.011 m
-Hệ số trở lực cục bộ k
Áp suất động: Pđ =

Bài 5: Mạch lưu chất

=

= 0,0056

Page 14


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

→ hệ số trở lực cục bộ: k=

=

GVHD: Trần Ngọc Thắng

= 1.9642

-Cm

Cm =

=

= 0,6689

• Ventury
-Vận tốc dòng nước: V =

=

= 0,3319 (m/s)

-Tổn thất áp suất thực tế:
∆Ptt = 0,013 m
-Hệ số trở lực cục bộ k
Áp suất động: Pđ =

=

→ hệ số trở lực cục bộ: k=

= 0,0056

=

= 2,3214

-Cv

Cv =

=

= 0.6153

→ Trung bình cộng của Cm và Cv
C=

= 0.6421

Lưu lượng tính toán Qlt với độ chênh áp suất thực tế lấy ở lưu lượng là 6(lít/phút)
-Màng chắn:
Qlt = C.K.

Bài 5: Mạch lưu chất

= 0.6421*1.9642.

= 0,1323

Page 15


SVTH: Bùi Quang Trường MSSV: 13024971

GVHD: Trần Ngọc Thắng

-Ventury:

Qlt = C.K.

= 0,6421*2.3214

=0.1699

-Pito:
V=

=

= 0,2426

Qlt = V.A =0.2426. 4.9063*10-4 = 1.1903*10-4

Bài 5: Mạch lưu chất

Page 16