báo cáo mạch lưu chất

III PHÚC TRÌNH:
1/ SỐ LIỆU VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU:
Thí nghiệm 1
STT

Chế độ
mở
HT
¾
½
¼
HT
¾
½
¼
HT
¾
½
¼

1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3

4

Lần 1

Lần 2

Lần 3

W(lít)

t(s)

13
12.7
12.2
9.7
13.5
12.8
12.5
9.7
13.3
12.9
12.7
9.5

40
40
40
40
40

40
40
40
40
40
40
40

Δpm(cm
H2O)
13.9
13.7
13.2
10.1
13.9
13.6
13.1
10.0
13.9
13.6
13.2
10.3

Tính trung bình kết quả của 3 lần thí nghiệm ta có bảng số liệu mới :
STT

Chế
độ mở

W(lít)

t(s)

Δpm(cm
H2O)

1
2
3
4

HT
¾
½
¼

13.27
12.80
12.47
9.63

40
40
40
40

13.9
13.6
13.2
10.1

ρ

Δpv
(cm
H2O)
10.9
10.2
10
7.8

-

Khối lượng riêng của nước:

-

Độ nhớt của nước: μ = 0.0008

-

Trọng lượng riêng của nước: γ = ρ.g = 995.9,81 = 9761

-

Gia tốc trọng trường: g = 9,81

-

1 mmH2O =9.81

-

= 995

=> 1 cm H2O = 98.1

Δpv (cm
H2O)
10.9
10.2
10
7.8
11
10.3
10.1
8
10.9
10.5
10.1
7.8


Ở chế độ mở hoàn toàn:
Q=
-

-

-

-

Lưu lượng:

Ta có:

Ta có:

W 13.27
=
= 0.332
t
40

∆Pm ∆Pm .98.1 13.9 x.98.1
=
=
ρg
ρg
995.9,81

(lít/s)

=0.13928mH2O =13.97 cm H2O

∆Pv ∆Pv .98.1
10.9 x98.1
=
.100 =

ρg
ρg
995.9,81

=0.10955mH2O =10.955 cm H2O

Vận tốc qua màng chắn và venturi: V =

4Q
πd 2

0,332
1000
3,14.0,017 2
4.

=

= 1.463 m/s

(với d = 17 mm: đường kính lỗ của venturi và màng chắn)
ρVd 995 x1.463x0.017
=
µ
0.0008

-

Re =

-

Hệ số của màng chắn:

= 30933
4

 0.017 
9761x (1 − 
 )
 0.04 
2 x9.81 x(13.9 x98.1)

γ (1 − β 4 )
2 g∆Pm
o
-

Cm = V

=1.463x

= 0.869

Hệ số của venturi:
4

 0.017 
9761x(1 − 
 )

 0.04 
2 x9.81 x(10.9 x98.1)

γ (1 − β 4 )
2 g∆Pv
o

Cv = V

= 1.463x

= 0.98

Tính toán tương tự như trên cho các chế độ mở khác ta thu được kết quả như sau:
ST
T
1

Ch W(lít t(s
ế
)
)
độ
mở
HT 13.27 40

2

¾

12.80 40

(cm
Q
H2O)
(lit/s
)
0.33
2
0.32

13.97
13.70

(cm
H2O)

10.99
10.25

V(m/s
)
1.462
1.411

Re

Cm

Cv

3091
1
2982

0.86
9
0.87

0.98
2
1.01


0
3
½ 12.47 40 0.31
2
4
¼ 9.63 40 0.24
1
Đồ thị lưu lượng Q theo và

13.23

10.05

1.374

10.18

7.84

1.062

4
2904
7
2244
6

9
0.89
1

5
1.02
5

1.02

1.16

Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo Re

Thí nghiệm 2:

STT
1
2

3
4

Chế độ mở
1/4
1/2
3/4
HT

ΔPm (cm H2O) theo ống A
2.1
4.3
5.6
5.7

ΔP ống A (cm H2O)
0.3
0.5
0.6
0.7

STT
1
2
3
4

Chế độ mở
1/4
1/2

3/4
HT

ΔPm (cm H2O) theo ống B
0.8
3.4
4.4
4.6

ΔP ống B (cm H2O)
0.3
1.8
3.8
2.4


STT
1
2
3
4

Chế độ mở
1/4
1/2
3/4
HT

ΔPm (cm H2O) theo ống C
0.7

3.6
3.8
4

ΔP ống C (cm H2O)
3.8
7.6
8.3
8.2

STT
1
2
3
4

Chế độ mở
1/4
1/2
3/4
HT

ΔPm (cm H2O) theo ống D
1.2
2
2.1
2.1

ΔP ống D (cm H2O)
6.7

10.2
10.6
10.7

Tính thừa số ma sát trong ống dẫn
 Ống A:

Ở chế độ mở hoàn toàn:

-

-

Ta có:

Ta có:

∆Pm ∆Pm .98
2.1.98.1
=
.100 =
100 = 2.110
ρg
ρg
995.9,81

∆P ∆P.98
0.3.98.1
=
.100 =

100 = 0.302
ρg
ρg
995.9,81

cmH2O

cmH2O

Từ kết quả tính toán trong thí nghiệm 1 ta vẽ được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Q
∆Pm
ρg

và

, phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa chúng là:

∆Pm
ρg

Q = 0.023

+ 0.002


Lưu lượng: Q = 0.023 x 2.110 +0.002 = 0.051 (lít/s)

-

Vận tốc dòng: V=

-

4Q
πd 2

0.051
1000
3.14 x 0.029 2
4x

=

= 0.077 m/s

(với d=29mm: đường kính trong của ống A)

Thừa số ma sát trong ống A: f =

-

∆P.2.g.d
LV 2

=

0.302 x 2 x9.81 x0.029
1.5 x100 x0.077 2

= 0.195

( với L=1.5m: chiều dài của ống A).

Chuẩn số Reynolds: Re =

-

ρVd 995 x 0.077 x0.029
=
µ
0.0008

= 2761

Tính tương tự như trên cho các độ mở khác nhau của ống A ta được kết quả thể hiện
trong bảng số liệu sau:
Chế độ mở

∆P
ρg

∆Pm
ρg

Q
(lít/s)

V(m/s)

f

Re

HT

( cm H2O)
0.302

( cm H2O)
2.111

0.051

0.077

0.195

2761

¾

0.503

4.322

0.101

0.154

0.081

5540

½

0.603

5.628

0.131

0.199

0.058

7182

¼

0.704

5.729

0.134

0.203

0.065

7308

Thực hiện phép tính tương tự như tính cho ống A với việc sử dụng số liệu đo được cho
từng ống B, C, D trong thí nghiệm 2 và đường kính trong ống B,C, D lần lượt là: 22mm,
17mm, 13.5mm, chiều dài ống B, C, D là 1.5m thì ta tính được kết quả như sau:
 Ống B:

Chế
độ
mở
HT

∆P
ρg

∆Pm
ρg

( cm H2O)
0.302

( cm H2O)
0.804

Q (lít/s)

V(m/s)

f

Re

0.020

0.054

0.298

1476


¾

1.809

3.417

0.081

0.212

0.116

5804

½

3.819

4.422

0.104

0.273

0.147

7469

¼

2.412

4.623

0.108

0.285

0.085

7802

 Ống C:

Ch
ế
độ
mở
HT

∆P
ρg

∆Pm
ρg

Q (lít/s)

V(m/s)

f

Re

( cm H2O)

( cm H2O)

3.819

0.704

0.018

0.080

1.322

1694

¾

7.638

3.618

0.085

0.376

0.120

7942

½

8.342

3.819

0.090

0.396

0.118

8373

¼

8.241

4.020

0.094

0.416

0.106

8804

 Ống D:

Chế độ
mở

∆P
ρg

∆Pm
ρg

Q (lít/s)

V(m/s)

f

Re

HT

( cm H2O)
6.734

( cm H2O)
1.206

0.030

0.208

0.275

3490

¾

10.251

2.010

0.048

0.337

0.159

5661

½

10.653

2.111

0.051

0.353

0.151

5932


¼

10.754

2.111

0.051

0.353

0.152

Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa f và Re

Thí nghiệm 3:
Van 6
HT
3/4
1/2
1/4

Van 5
HT
3/4
1/2
HT
3/4
1/2
HT
3/4
1/2
HT
3/4
1/2

ΔPm
5.6
5.3
5.1
5.6
5.2
4.9
5.2
4.1

3.9
2.2
1.8
0.8

Tính chiều dài tương đương của van:
Ở chế độ van 5 mở hoàn toàn và van 6 mở hoàn toàn:
∆Pm =
-

Ta có:

∆Pm .98.1
5,6.98.1
.100 =
100 = 5.628
ρg
995.9,81

cmH2O

ΔPvan
0.3
0.3
0.32
0.3
0.35
0.37
0.32
0.4

0.4
0.35
0.4
0.5

5932


∆Pv =

∆Pv.98
0.3.98.1
.100 =
100 = 0.302
ρg
995.9,81

-

Ta có:

-

Lưu lượng: Q = 0.023x5.628 + 0.002 = 0.131 lít/s

Vận tốc dòng: V=

-

4Q

πd 2

0.131
1000
3.14 x 0.04 2

cmH2O

4x

=

= 0.104 m/s = 10.4 cm/s

V 2 0.104 2
=
2 g 2 x9.81

= 0.000551

-

Chuẩn số Reynolds : Re=

-

ρVd 995 x0.104 x 0.04
=
µ
0.0008

= 5174

Từ thí nghiệm 2 ta vẽ được đồ thị quan hệ giữa f và Re. Phương trình biểu diễn mối quan
hệ giữa chúng là:
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của f theo Re của ống A

f = -3x10-5.Re + 0.267
Thừa số ma sát: f = -3x10-5.Re + 0.267 = -3x10-5x2761 + 0.267 = 0.184

ξd 0.04 x0.04
=
=
f
0.184

Chiều dài tương đương: le =

-

(với

ξ

0.0087 m

= 0.04 ứng với trường hợp ống mở hoàn toàn, d= 40mm: đường kính ống )

Thực hiện phép tính tương tự như trên cho các chế độ mở khác nhau của van 6 ta tính
được các kết quả như sau:

Độ
mở
HT

∆Pvan
ρg

∆Pm
ρg

(cmH2O)
0.302

(cmH2O )
5.628

Q
(lít)

V
(m/s)

V2/2g

f

Re

le

0.13

0.105

0.000558

0.111

5207

0.014


1
¾

0.302

0.13
1

5.628

0.105

0.12
½

0.322

5.226

2

0.352

2.211

3

0.111

5207

0.014

0.122

4840

0.013

0.204

2094

0.008

0.00048
0.097

0.05
¼

0.000558

2
0.00009

0.042

0

Dùng số liệu đo được trong thí nghiêm 3 và trở lực theo độ mở của van khi van 5 mở ¾ ;
ξ

ξ

½ lần lượt là: =0,26; =2,06 rồi thực hiện tính toán tương tự như trên cho các độ mở
khác nhau của van 5 , kết quả tính toán thu được thể hiện trong bảng sau:
Trường hợp van 5 mở 3/4:

-

∆Pvan
ρg

∆Pm
ρg

Q (lít)

V (cm/s)

V2/2g

f

Re

le

HT

(cmH2O)
0.302

(cmH2O )
5.327

0.125

0.099

0.000501

0.119

4932

0.087

¾

0.352

5.226

0.122

0.097

0.000482

0.122

4840

0.085

½

0.402

4.121

0.097

0.077

0.000303

0.152

3833

0.068

¼

0.402

1.809

0.044

0.035

0.000061

0.215

1727

0.048

Độ
mở

Trường hợp van 5 mở 1/2 :

-

Độ
mở

HT

∆Pvan
ρg

∆Pm
ρg

(cmH2O)

(cmH2O )

0.322

¾

0.372

½

0.402

¼

0.503

5.126
4.925
3.920
0.804

V2/2g

f

Re

0.095

0.00046
4

0.125

4749

0.092

0.00042
9

0.130

4566

0.073

0.00027
4

0.157

3650

0.016

0.00001
4

0.243

812

Q (lít) V (cm/s)

0.120
0.115
0.092
0.020

le
0.662
0.634

0.523
0.340

Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của lưu lượng Q theo độ mở van
III BÀN LUẬN:
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)



So sánh Cm và Cv :
V =C

∆P.2 g
(1 − β 4 )

Theo lý thuyết, với đường kính lỗ và đường kính lỗ màng (venturi) bằng nhau nên V2 và
β

∆P

bằng nhau. Do đó C tỉ lệ nghịch với
.
Cấu tạo của màng chắn và venturi là khác nhau. Màng chắn thay đổi kích thước đột ngột
hơn nên tổn thất áp suất lớn hơn venturi

⇒

Cm < Cv .

Kết quả thí nghiệm cho thấy kết luận 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

. (V) Re tăng kéo theo

∆P

∆P

tăng do đó C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ

tăng nhiều hay ít của Re và
.
 So sánh lưu lượng kế màng và venturi :
∆Pm

Do
hơn.

>

∆Pv

nên khi sử dụng lưu lượng kế venturi sẽ cho kết quả lưu lượng chính xác

b) Thí nghiệm 2 : Hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống 1” và ½”
Theo lý thuyết :




∆/d)

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=f 3(Re,

Khu vực chảy với thành nhám hoàn toàn f=f4(∆/d)
Theo thực nghiệm :





Giản đồ hệ số ma sát theo Re : gồm có 2 vùng:

ε
D

+ 5000 < Re < 30000 : hệ số ma sát giảm khi Re tăng. Theo lý thuyết, do không
đổi nên đường biễu diễn f theo Re không phụ thuộc chiều dài ống nhưng thực nghiệm
cho thấy chiều dài ống cũng ảnh hưởng đến f . Điều này có thể giải thích là do độ nhám
của ống kh6ng đều không suốt chiều dài ống, do đóng cặn…
0.316
Re 1 / 4

Trong vùng này f có thể được tính theo công thức Re =
nhưng sai số khá
lớn so với thục nghiệm bởi vì điều kiện tiến hành thí nghiệm không không hoàn toàn
giống nhau, ống trong phòng thí nghiệm có thể bị đóng cặn, rỉ sét, do quá trình xác định
tổn thất cột áp không chính xác…
+ Re > 30000 : hệ số ma sát hầu như không đổi khi Re tăng.


c) Thí nghiệm 3 : Đặc tuyến van, xác định chiều dài tương đương (L e) và

phạm vi ứng dụng của van.
 Giản đồ Q theo độ mở của van ở 1 vài áp suất :
Theo đồ thị ta thấy, ứng với 1 giá trị tổn thất cột áp nhất định, lưu lượng tăng theo độ mở
của van.
Chiều dài tương đương của van :
Độ mở của van cũng ảnh hưởng đến chiều dài tương đương của van. Độ mở càng lớn,
khả năng cản trở dòng chảy càng nhỏ, chiều dài tương đương càng bé. Chiều dài tương
đương nhỏ nhất khi van mở hoàn toàn.
 Đặc tuyến van :
Thực nghiệm cho thấy đặc tuyến van có dạng lõm ( dưới đường 45 0 ) như trên giản đồ
nên đây là van cầu, được sử dụng khi cần lưu lượng nhỏ và khi muốn điều chỉnh lưu
lượng tăng hoặc giảm với lượng nhỏ.
Do có hiện tượng giảm áp suất của lưu chất khi chảy qua van nên ngoài chức năng
thay đổi lưu lượng dòng chảy, van còn được sử dụng làm van tiết lưu trong các hệ
thống khác


2. Sai số mắc phải khi làm thí nghiệm:

Các giá trị tổn thất cột áp xác định bằng mắt và dao động liên tục nên kết
quả thu được có sai số.
 Một vài số liệu xác định được là do kết quả của thí nghiệm trước nên sẽ dẫn
đến hiện tượng sai số được lặp lại nhiều lần.
 Các ống dẫn trong thí nghiệm có độ nhám không đồng nhất , bị đóng cặn…
Sự rò rỉ chất lỏng dọc đường ống, làm tổn thất năng lượng .
 Sự hoạt động không ổn định của bơm.
 Sự gỉ sét không đồng đều bên trong ống dẫn đến độ nhám thành ống không
đều.
 Độ mở của các van không đồng nhất giữa các lần thí nghiệm.
Trong lúc thí nghiệm ống bị rò rỉ


3. Mục đích sử dụng van

Điều chỉnh lưu lượng chất lỏng dựa vào độ mở của van , nhờ đó mà giảm
trở lực ma sát và trở lực cục bộ , giảm tổn thất năng lượng. Để giảm trở lực
trên ông dẫn ta có thể giảm chiều dài ống, tăng đường kính ống (ΔPm sẽ
giảm ). Giảm hệ số trở lực λ , và ξ bằng cách chọn ống , van và độ mở của
van.


* Tài liệu tham khảo:
- Tập 3: Quá Trình Thiết Bị Và Truyền Khối - Võ Văn Bang - Vũ Bá Minh
- Giáo trình Thí Nghiệm Quá Trình và Thiết Bị.
- Bài tập Truyền khối tập 3 - Trịnh Văn Dũng