Bài thí nghiệm xác định tổn thất năng lượng dòng chảy

XÁC ĐỊNH TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY

Mở đầu
Vận chuyển chất lỏng là một trong những hoạt động rất phổ biến và cần thiết
trong các nhà máy chế biến thực phẩm. Thí dụ như vận chuyển sữa trong nhà máy,
hệ thống cung cấp nước phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất, cung cấp nước cho nồi
hơi...
Hiệu quả sử dụng năng lượng phụ thuộc vào đặc tính dòng chảy và đặc tính
của hệ thống vận chuyển. Hiệu quả vận chuyển cao nhất có thể đạt được khi làm
giảm đến mức có thể được các tổn thất do ma sát.
Bài thực tập nầy giúp tìm hiểu và đánh giá tổn thất năng lượng trong quá trình
vận chuyển chất lỏng.
2.
Mục đích
Dưạ trên tính toán lý thuyết và thực tế để đánh giá tổn thất (lý thuyết và thực
tế) làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống vận chuyển chất lỏng trong nhà máy chế
biến thực phẩm.
Biết cách sử dụng phương pháp toán học để so sánh các dữ liệu.
3. Tiến hành thí nghiệm
Thí nghiệm được tiến hành theo các bước sau:
1) Trước khi tiến hành thí nghiệm, tìm hiểu mô hình các đường ống thí
nghiệm, các van, co, các măng sông chuyển đường kính,v.v.. Vẽ lại sơ đồ
đường ống, đo độ cao của đồng hồ, chiều dài của các đoạn ống, đường kính
ống và các phụ kiện. Xác định đơn vị và cách đọc của lưu lượng kế, áp kế.
2) Mở bơm và van trên hệ thống, điều chỉnh lưu lượng tới mức thích hợp
dựa vào lưu lượng kế
3) Ghi lại áp suất trên các đồng hồ
4) Điều chỉnh van để có lưu lượng mới. Tiếp tục tiến hành thí nghiệm
theo bước 2) (trong thí nghiệm cần thay đổi 4 mức lưu lượng)
6.Thu nhận dữ liệu
Sinh viên điền các dữ liệu thu thập được vào bảng sau :

1.

Bảng 1. Số liệu thu được từ thí nghiệm
Đoạn

Lưu lượng, lít/phút

Đường kính ống, mm

Mức (1)

Mức (2)

Chiều dài ống, mm

Mức (3)

Mức (4)


Áp suất trên các áp kế
1
2
3
4
5
6

-

Mức (1)

Mức (2)

Mức (3)

Tính toán
- Tính số Re ở các đoạn ống có đường kính khác nhau
- Viết phương trình Bernoulli đi qua 1đoạn ống (giữa 2 áp kế)
- Tính tổn thất theo phương trình Bernoulli
Báo cáo kết qua
Vẽ lại sơ đồ hệ thống ống thí nghiệm
Số Reynolds cho các đoạn
Kết quả tính tổn thất
Giải thích kết quả
Cách tính toán thí nghiệm
Bảng 2. Suy ra từ số liệu thu được ở bảng 1
Lưu lượng m3/s
Áp kế 1, Pa
Áp kế 2, Pa
Q1
p11
p22
Q2
p12
p22
Q3
p13
p23
Q4

p14
p24

Mức (4)

…
…

1 KG/cm2 = 9,81.104 Pa
1.Tính tổn thất thực tế:
Áp suất p1, p2 vận tốc v1 và v2

H thucte1− 2

p1 − p2 v12 − v 22
= ( z1 − z 2 ) +
+
ρg
2g

Tính Hthựctế ứng với mỗi lưu lượng

và trên mỗi đoạn giữa 2 đồng hồ
a). Xác định vận tốc trong ống

Re =

D.V .ρ

µ

v=

4Q
πD 2

,m/s

D: đường kính ống dẫn, m
b) Xác định chỉ số Reynold của dung dịch trong ống dẫn
ρ : khối lượng riêng; µ : độ nhớt


XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH LỌC
1 Mục đích

Trở lực bã lọc là một tham số rất quan trọng trong việc tính toán, thiết kế, điều
khiển quá trình lọc. Thí nghiệm được bố trí nhằm thu thập các số liệu có liên quan
đến việc tính toán trở lực bã lọc (α).
2 Dụng cụ
- Phễu lọc
- Cốc thủy tinh
- Bình định mức
- Giấy lọc, vải lọc
- Đũa thủy tinh
3 Cơ sở lý thuyết lọc
Gọi U: Vận tốc của dịch lọc (tốc độ lọc) [m/s]
µ: Độ nhớt của dịch lọc
[Pa.s]
A: diện tích bề mặt lọc

[m2]
m: Khối lượng của bã lọc
[kg]
Trở lực vật liệu lọc được tính bằng công thức:
Rm =

∆Pm
µU

[1/m]
∆Pm: Chênh lệch áp suất [Pa]
Trở lực của bánh lọc α
α=

∆Pc
m
µU  
 A

[m/kg]
Tổn thất áp suất khi dịch lọc đi qua bã lọc và vật liệu lọc
∆P = ∆Pm + ∆Pc

Hay
m
∆P = αµU   + Rm µU
 A

V: thể tích dịch lọc , m3
c: Nồng độ chất rắn trong dịch lọc, kg/m3

Nếu gọi
Vận tốc lọc
U=

1 dV
A dt

[m/s]
Thay U vào phương trình trên ta được phương trình lọc
1 dV
 m  1 dV
∆P = αµ  
+ Rm µ
A dt
 A  A dt

Nếu lọc với áp lực lọc bằng hằng số ΔP=Constant


1 dV
 cV  1 dV
∆P = αµ 
+ Rm µ

A dt
 A  A dt

Lấy tích phân phương trình trên ta được
1V

 c.V  1 V
∆P = αµ 
+ Rm µ

A t
 2A  A t

Chuyển thành
t. A  c.αµ 
R µ
=
V + m
V
∆P
 2. A.∆P 

Phương trình có dạng y = ax + b
Hệ số góc a được tính
 c.αµ 
a=

 2. A.∆P 

Giao điểm với trục Y
Rm µ
b=

∆P

Từ thí nghiệm thu được quan hệ thể tích dịch lọc thu được theo thời gian ta sẽ

xác định được α và Rm.
4 Tiến hành thí nghiệm
Chuẩn bị thí nghiệm
Pha dịch lọc. Sau khi chuẩn bị dung dịch trên, thí nghiệm tiến hành trong phễu
lọc lớn, với các vật liệu lọc khác nhau như vải lọc, giấy lọc nhằm so sánh hiệu suất
của quá trình lọc.
Đo các thông số của quá trình lọc bao gồm:
Diện tích bề mặt lọc A (m2) (diện tích bề mặt giấy lọc)
Áp suất lọc
ΔP (Pa)
(tùy áp suất lọc)
Độ nhớt dịch lọc
µ (Pa.s)
(đo trực tiếp bằng nhớt kế)
Nồng độ chất không tan trong dung dịch c (kg/l) (xác định trực tiếp)
Thời gian, s
t1
t2
.
.
.
tn

Lượng dịch lọc, lít
V1
V2
.
.
.
Vn

Với các dữ liệu thu nhận từ thí nghiệm tính toán kết quả:
t. A
Thời gian t(s)
Dịch lọc V (lít)
V

V


t1

V1

t1. A
V1

V1

t2

V2

t2 . A
V2

V2

…
tn

…
Vn

…

…
Vn

tn . A
Vn

Dùng hồi qui theo phương trình đường thẳng để tính toán hệ số a và b trong
phương trình y = ax + b
 c.αµ 
a=

 2. A.∆P 

R µ
b= m
∆P

suy ra trở lực của bã lọc

suy ra trở lực giấy lọc Rm
Viết phương trình lọc với các tham số đã biết theo t,V và ΔP.