Bao cao mach luu chat

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

MẠCH LƯU CHẤT

BÀI 1: MẠCH LƯU CHẤT
I.

Mục đích thí nghiệm:
Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống dẫn có đường
kính khác nhau và có chưa lưu lượng kế màng chắn. Venturi. cùng các bộ phận nối ống như cút.
van chữ T
II.
Lý thuyết thí nghiệm:
1. Lưu lượng kế màng chắn và Venturi:
- Nguyên tắc của hai dụng cụ này là đo lưu lượng dựa trên cơ sở của sự chênh lệch áp suất
do có sự giảm tiết diện đột ngột của dòng lưu chất.
- Hai dụng cụ này có cấu tạo như sau:

Ống venturi

-

Màng chắn
Vận tốc trung bình được tính từ công thức:

V =C

∆P.2 g
(1 − β 4 )

− C : hệ số của màng chắn và Venturi. phụ thuộc vào chế độ chảy ( Re)

− ∆P : độ giảm áp suất qua màng chắn hay Venturi. N/m2
d2
−β=
: tỉ số giữa đường kính cổ Venturi hay đường kính lỗ màng chắn trên đường
d1
kính ống
- Lưu lượng qua màng chắn hay Venturi sẽ như sau:
Q= V2A2=V1A1
2. Tổn thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn:
- Khi lưu chất chảy trong ống. có sự mất mát năng lượng do ma sát ở thành ống. Xét
trường hợp ống tròn và nằm ngang:
- Phương trình Becnoulli tại 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 giới hạn đoạn ống cho ta

Page 1 of 12


Thí nghiệm q trình và thiết bị

MẠCH LƯU CHẤT

+ΔZ+Hƒ = 0

Vì

= 0 và ΔZ = 0

Hƒ=

Hf : thủy đầu tổn thất ma sát trong ống. m.
Tổn thất năng lượng này lien hệ với thừa số ma sát bằng phương trình Darceyweisbach:

H

f

= f

Lv 2
2 gD

Trong đó:
L: chiều dài ống. m
D: đường kính ống. m
f: hệ số ma sát. vơ thứ ngun ( phụ thuộc vào chế độ dòng chảy):
 Nếu chế độ chảy tầng ( Re< 2320) thì f =

64
Re

 Nếu chế độ là chảy rối ( Re> 2320) thì f = F(Re,

ε
) . f có thể được tra từ đồ thị Moody
D

hay từ một số cơng thức thực nghiệm ( hệ số ma sát phụ thuộc vào Re và độ nhám tương
đối

ε
)

D

a)
Trong chế độ chảy tầng
− Tổn thất ma sát được tính theo công thức sau:
32 µV
Hf =
gD 2 ρ
− Hệ số ma sát f có thể tính theo công thức của Hagen – Poiseuille:
64 µ
64
f =
=
DVρ Re

b) Đối với sự chả rối

Page 2 of 12


Thí nghiệm q trình và thiết bị

MẠCH LƯU CHẤT

Hệ số ma sát f tùy thuộc vài Re và độ nhám tương đối của ống

ε
. Độ nhám tương
D

đối của ống là tỷ số giữa độ nhám thành ε trên đường kính ống D.
Người ta có thể tính f từ một số phương trình thực nghiệm như phương trình Nikuradse,

ε
(giản đồ Moody).
D
Ngoài sự mất mát năng lượng do ma sát trong ống dẫn nói trên, ta còn có sự mất mát
năng lượng do trở lực cục bộ, ví dụ: do sự thay đổi tiết diện chảy, hay do sự thay đổi tiết diện
van.
Trong trường hợp này ta có công thức tính trở lực cục bộ như sau:
tđ v 2
∆Pcb = f
(1)
2 gD
Với ℓtđ: chiều dài tương đương của cút, van,. . . Chiều dài tương đương được đònh nghóa
như chiều dài của một đoạn ống thẳng có cùng tổn thất năng lượng tại van, cút trong điều
kiện như nhau.
Trở lực này bằng thế năng riêng tiêu tốn để thắng trở lực do bộ phận ta đang xét gây
ra:
v2
∆Pcb = ξ
(2)
2g

So sánh 2 vế của công thức (1) và(2) ta có: ξ = f tđ
D
ξD
Từ đó ta có: tđ =
f
III.

Thiết bị thí nghiệm
1. Sơ đồ thí nghiệm
hay để thuận tiện người ta sử dụng giản đồ f theo Re và

Page 3 of 12


Thí nghiệm q trình và thiết bị

MẠCH LƯU CHẤT

2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm:
- Một hệ thống gồm các ống dẫn và van có kích thước khác nhau. lắp đặt như trong tài liệu
hướng dẫn
- Bơm
- Đồng hồ đo
- Bình chứa
- Venture
- Màng
- Số liệu kích thước bốn ống dẫn bằng inox:
Loại ống
A
B
C
D
IV.

Đường kính ngồi (mm)
34
26.5

21.5
16.5

Đường kính trong (mm)
29
22
17
13.5

Phương pháp thí nghiệm
Trước khi làm thí nghiệm, sinh viên cần tuân theo chỉ dẫn sau: Độ mở van 8 luôn để

cố đònh
1. Trắc đònh lưu lượng kế màng chắn và venturi
1) Mở van 9 cho nùc vào bình đến vạch tối đa (1cm trên vạch tương đương 1 lít).

Page 4 of 12


Thí nghiệm q trình và thiết bị

MẠCH LƯU CHẤT

2) Mở hoàn toàn van 4, 5; đóng van 6, 7; mở 2 van ở 2 nhánh áp kế của màng chắn và
venturi.
3) Cho bơm chạy và từ từ mở van 6 sau đó khóa lại và kiểm tra mức nước trong cột áp
kế màng và venturi có bằng nhau chưa. Nếu các cột chất lỏng bằng nhau trong từng nhánh
(của màng và venturi) chúng ta tiến hành làm thí nghiệm. Còn nếu chưa bằng nhau thì tiếp
tục mở, đóng van 6.
4) Khi mức chất lỏng trong cột áp của màng chắn hay của venturi đã bằng nhau, ta

tiến hành làm thí nghiệm.
5) Ta chọn lưu lượng trước tùy ý (ghi vào bảng 1). Từ từ mở van 7, ứng với mỗi độ mở
van 7 với lưu lượng đã chọn ta đọc cột áp của venturi, màng chắn và thời gian. Khi hết nước
trong bình chứa phải đóng lại van 7, mở van 6 và mở van 9 cho nước vào bình chứa. Lặp lại
thí nghiệm 1 từ 2 đến 3 lần.
2. Thiết lập giản đồ f theo Re cho ống A, B, C, D và van số 5
 Cho ống A
Khóa van 6, 7; mở van 9 cho nước chảy vào đầy bình chứa, mở 2 van ở hai nhành áp
kế của ống A. Kiểm tra mức nước trong cột áp kế ống A, nếu mức nước bằng nhau thì ta tiến
hành thí nghiệm. Dùng van 6 để chỉnh lưu lượng (giống chỉnh van 7 trong thí nghiệm 1). Ứng
với mỗi độ mở của van 6 ta đọc độ giảm áp của màng chắn và ống A ở độ dài k = 1,5m. Van
6 chỉnh đến độ mở tối đa.
 Cho ống B, C, D
Thao tác tương tự thí nghiệm cho ống A, thay vì mở van 4 thì lúc này ta mở van 3 hoặc
2 hoặc 1 tùy loại ống.
 Cho van số 5
Van số 5 vẫn để mở hoàn toàn. Dùng van 6 để chỉnh lưu lượng giống thí nghiệm trên,
ứng với mỗi độ mở của van 6 ta đọc độ giảm áp của màng và van. Xong thí nghiệm với độ
1
3
sẽ được độ mở
, rồi tiếp tục đo như trên;
2
4
khi nào mở hết cỡ van 6, lúc đó độ giảm áp của màng và van không thay đổi, nghóa là đo độ
mở hoàn toàn ta đóng lại van số 5 một vòng

mở

3

1
1
đã xong. Tiếp tục khóa van số 5 một vòng
ta sẽ được độ mở
rồi tiếp tục đo.Như
4
2
4

vậy ta đã thí nghiệm xong với 4 độ mở khác nhau của van số 5: mở hoàn toàn, mở
và độ mở

1
. Trở lực theo độ mở của van cho trong bảng sau:
4

Page 5 of 12

3
1
, mở
4
2


Thí nghiệm q trình và thiết bị

MẠCH LƯU CHẤT

Độ mở

Hồn tồn

3
4

ξ

ξ ≈ t của ống

0.26

1
2

1
4

2.06

17

Vì sinh viên không kiểm nghiệm được hệ số ma sát f theo từng độ mở van của thí
nghiệm 3 nên khi tính ℓtđ cho phép sử dụng kết quả của thí nghiệm 2 cho ống A chiều dài ?
(Vì thế yêu cầu tính toán trong thí nghiệm 2 phải chính xác).
V.

Tính tốn
Tính lưu lượng dựa vào cơng thức :
Q=

W
t



W: là thể tích nước mất đi. l



t: là thời gian. s
Các đại lượng Re. Cm. Cv. f được tính theo những cơng thức sau:

Re =

vdρ
4Q dρ 4Qρ
=
=
µ
πdµ
πd 2 µ

Trong đó :
d :đường kính ống.m ( 0.04m)
v: vận tốc dòng chảy. m/s

ρ : khối lượng riêng của chất lỏng. kg/m3 (1000 g/l)
µ: độ nhớt động học ( 10-3 Pa.s)

V =C

Dựa vào cơng thức :

Trong đó: β=

∆P.2 g
γ (1 − β 4 )

⇒C=

17
= 0.425
40

Page 6 of 12

V2
2 g ∆P
γ (1 − β 4 )

4Q

=

πd 2

2 g ∆P
γ (1 − β 4 )

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

Xác định hệ số ma sát f:

VI.

MẠCH LƯU CHẤT

Hf =

∆P
.D.2 g
ρg
⇒ f =
L.V 2

∆P
LV
= f
ρg
D 2g
2

Kết quả thí nghiệm
1. Thí nghiệm 1

Chế
độ
mở

W
( l)

t
(s)

Q
(l/s)

ΔPm
(cmH2O)

∆Pm
ρg
(cmH2O)

ΔPv
(cmH2O)

∆Pv
ρg
(cmH2O)

HT

40

83

0.48193

27.5

28.06122

17.5

¾

40

90

0.44444

26.5

27.04082

½

40

97

0.41237

20

¼

40

14
8

0.27027

9

Re

Cm

Cv

17.85714

15340235.47673

3.27106

4.10049

16.5

16.83673

14147106.05077

2.83402

3.59156

20.40816

13.5

13.77551

13126180.87184

2.80836

3.41822

9.18367

6

6.12245

8602969.89574

1.79832

2.20248

2. Thí nghiệm 2:

a. Đối với ống A ( d=0.029m)
Chế
ΔPm
ΔPv
ΔPống
độ
(cmH2O) (cmH2O) (cmH2O)
mở

Q
(l/s)

∆P
ρg

∆Pm
ρg

V
(cm/s)

f

Re

HT

22.5

14

2.1

0.48193 2.14286 11.02500 729.98888 0.00826

15340235.47673

¾

20

13.7

1.9

0.4444
4

1.93878

9.80000

673.21197 0.00832

14147106.05077

½

17.5

11.5

1.7

0.41237 1.73469

8.57500

624.62966 0.00838

13126180.87184

¼

12

10.2

1.3

0.27027 1.32653

5.88000

409.38566 0.00874

8602969.89574

Page 7 of 12

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

MẠCH LƯU CHẤT

b. Đối với ống B ( d=0.022m)
Chế
ΔPm
ΔPv
ΔPống
độ
(cmH2O) (cmH2O) (cmH2O)
mở

Q
(l/s)

∆P
ρg

∆Pm
ρg

V
(cm/s)

f

Re

HT

17.9

12.5

9.3

0.48193 9.48980 8.77100 1268.43110 0.00826

15340235.47673

¾

16.7

11.8

7.8

0.4444
4

7.95918 8.18300 1169.77534 0.00832

14147106.05077

½

15.1

11.3

4.5

0.41237

4.5918
4

13126180.87184

¼

9.2

8.2

3.4

7.39900 1085.35857 0.00838

0.27027 3.46939 4.50800

711.34987

0.00874

8602969.89574

V
(cm/s)

f

Re

c. Độ mở đối với ống C (d= 0.017):
Chế
ΔPm
ΔPv
ΔPống
độ
(cmH2O) (cmH2O) (cmH2O)
mở

Q
(l/s)

∆P
ρg

∆Pm
ρg

HT

16.7

12

32.1

0.48193 32.75510 8.18300

¾

13.4

9.8

29.5

0.4444
4

0.00832

14147106.05077

½

8.9

8.3

24.3

0.41237 24.79592 4.36100 1817.69393 0.00838

13126180.87184

¼

3.8

2.4

7.5

0.27027

0.00874

8602969.89574

f

Re

2124.29291 0.00826

30.10204 6.56600 1959.07013

7.65306

1.86200 1191.32643

15340235.47673

d. Độ mở đối với ống D (d=0.0135)
Chế
ΔPm
ΔPv
ΔPống
độ
(cmH2O) (cmH2O) (cmH2O)
mở

Q
(l/s)

∆P
ρg

∆Pm
ρg

V
(cm/s)

HT

8.7

7.8

42.8

0.48193

43.6734
7

¾

6.1

3.7

41

0.4444
4

41.83673 2.98900 3106.56388 0.00832

½

1.7

1.2

32.2

0.41237 32.85714 0.83300 2882.37886 0.00838

13126180.87184

¼

0.9

0.1

7.3

0.27027

8602969.89574

7.44898

Page 8 of 12

4.26300 3368.56324 0.00826

0.4410

1889.12668

0.00874

15340235.47673
14147106.05077


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

MẠCH LƯU CHẤT

0

3. Thí nghiệm 3
Chế
độ
mở
1
vòng
2
vòng
3
vòng
4
vòng
5
vòng

ΔPm

ΔPvan

∆Pm
ρg

∆Pvan
ρg

Q

18.2

119

8.918

121.42857

0.48193

22.5

26

11.025

26.53061

0.44444

23.8

13

11.66
2

13.26531

0.41237

24.5

8.1

12.005

8.26531

0.27027

25.2

6.8

12.34
8

6.93878

0.27027

VII.

V

0.5838
6
1.3864
3
1.3329

2
0.8673
9
0.8870
1

le

0.0083
8

0.03839 0.00874

8602969.89574

985.87

0.04014 0.00874

8602969.89574

791.43

0.09807 0.00832
0.09065

1. Lưu lượng Q đối với hiệu số thủy dầu áp suất

Page 9 of 12

Re

15340235.4767
3
14147106.0507
7
13126180.8718
4

0.01739 0.00826

Vẽ đồ thị:

ống Venturi

f

V2
2g

33809.44
1300.75
698.88

∆Pm
∆Pv
và
qua màng chắn và
ρg
ρg

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

2. Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo Re:
3. Thừa số ma sát theo Re:

VIII. Bàn luận:
Page 10 of 12

MẠCH LƯU CHẤT


Thí nghiệm quá trình và thiết bị

MẠCH LƯU CHẤT

1. Nhận xét các giản đồ và so sánh kết quả:
a. Thí nghiệm 1: Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo chế độ chảy (Re):
Theo lý thuyết, với đường kính lỗ và đường kính lỗ màng( venture) bằng
nhau nên ở công thức:

V =C

∆P.2 g
(1 − β 4 )

Có: β và V2 bằng nhau. Do đó C tỉ lệ với ∆P.
Cấu tạo của màn chắn và venture là khác nhau. Màng chắn thay đổi kích
thước đột ngột hơn nên tổn thất áp suất lớn hơn Venturi => Cm < Cv

Vì thế kết quả thí nghiệm trên là đúng.
Sự phụ thuộc của Cm và Cv theo Re: theo phương trình trên, hệ số lưu
lượng tỉ lệ thuận với vận tốc dòng chảy và tỉ lệ nghịch với ∆P. Mà, Re tăng kéo
theo ∆P tăng, do đó C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay ít của
Re và ∆P.
So sánh lưu lượng kế và màng venture: do ∆Pm> ∆Pv nên khi sử dụng lưu
lượng kế venture sẽ cho kết quả chính xác hơn.
b. Thí nghiệm 2: Hệ số ma sát f theo chế độ chảy Re cho ống A, B, C, D:
•
•
•
•
•

Theo lý thuyết:
Khu vực chảy tầng: f=f1(Re)
Khu vực chảy rối thành trơn: f=f2(Re)
Khu vực quá độ từ chảy rối thành trơn sang chảy rối thành nhám :
f=f3( Re,∆/d)
Khu vực chảy với thành nhám hoàn toàn: f=f4 ( ∆/d)
ε
Tỉ số D không đổi thì đường biểu diễn f sẽ không phụ thuộc chiều dài ống.
Theo thực nghiệm:
Chiều dài ống ảnh hưởng đến f. Điều này có thể giải thích là do độ nhám của

ống không đồng đều, không suốt chiều dài ống, có thể là do đóng cặn bên trong
đường ống….

Page 11 of 12

Thí nghiệm quá trình và thiết bị

Page 12 of 12

MẠCH LƯU CHẤT