MẠCH LƯU CHẤT TT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH CTU

Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

MỤC LỤC
Trang

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

DANH MỤC HÌNH

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

DANH MỤC BẢNG

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

MẠCH LƯU CHẤT

1.

Mục đích

Khảo sát hiện tượng tổn thất dọc đường của dòng chảy trên một đoạn đường ống
trịn khơng có các chi tiết nối ống.
Khảo sát hiện tượng tổn thất cục bộ của các chi tiết nối ống như mở rộng, co hẹp,
đoạn ống cong, qua các loại van, …

2.

Cơ sở lý thuyết

Phương trình năng lượng áp dụng cho dòng chảy ổn định từ mặt cắt 1-1 đến mặt
cắt 2-2 được viết như sau:

Trong đó z1, z2, p1, p2, V1, V2 là cao độ, áp suất và vận tốc trung bình tại 2 mặt cắt
1-1 và 2-2; γ: trọng lượng riêng của chất lỏng; g: gia tốc trọng trường; h f12 là tổn thất
năng lượng của dòng chảy từ mặt cắt 1-1 tới mặt cắt 2-2; α 1 và α2 là hệ số hiệu chỉnh
động năng tại mặt cắt 1-1 và 2-2.
Tổn thất dọc đường

Trong đó:
L: chiều dài từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 2-2
D: đường kính trong của ống
V: vận tốc trung bình trong ống
Q: lưu lượng dòng chảy
A: tiết diện trong của ống
λ: hệ số ma sát hay hệ số tổn thất dọc đường
Đối với dòng chảy tầng trong ống:
Đối với dòng chảy rối trong ống:
ε: độ nhám tuyệt đối
D: đường kính trong của ống
Re: chuẩn số Reynolds
Tổn thất cục bộ

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

Trong đó ξ là hệ số tổn thất cục bộ có giá trị khác nhau cho các loại nối ống khác
nhau và được xác định bằng thực nghiệm.

3.

Kết quả thí nghiệm:

Bảng 3-1: Các thơng số của đĩa chắn
D0
inch
0.478

D1
m
0.01214

inch
1.912

D0/D1
m
0.04856

inch
0.25

m
0.25

Bảng 3-2: Kết quả thí nghiệm tổn thất dọc đường
Ống thép không gỉ
(D=26.64mm)
Lần
đo

Nhiệt
độ

Ống thép không gỉ
(D=12.52mm)
Nhiệt
Độ chênh cột áp
Độ chênh cột áp
độ
P1AP3AĐĩa chắn
Đĩa chắn
P1B
P3B
5210.8
87.6
31
459.4
423.4
4594.4
80.2
31
455.8
420

1
2

31
31

3

31

3639.6

64.2

31

455.6

418.6

4

31

2641.8

50

31

451.2

417.4

5

31

1750

37.4

31

447.8

416.8

Ống nhựa
(D=12.52mm)
Nhiệt
Độ chênh cột
độ
áp
Đĩa
P3A’chắn
P3B’
31
432.4 960.8
31
432.2 979.2
1043.
31
467.6
2
1033.
31
468.2

4
31
476.2 1054

Bảng 3-3: Kết quả thí nghiệm tổn thất cục bộ
Độ chênh cột áp (mmH2O)

Lần đo

Nhiệt
độ

Độ chênh lệch
cột áp tại đĩa
chắn (mmH2O)

P4A-P4B

P5A-P5B

1
2
3
4
5

30
30
30
30

30

5255.6
4050.4
3227
2891
1841.5

33.6
45
36.2
25
24.4

57
48.4
37.4
31.8
25.8

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

Bảng 3-4: Sự phụ thuộc của CD vào chuẩn số Reynolds

Hệ số hiệu chỉnh CD
4

0.2
0.4
0.5
0.6
0.7

10
0.6
0.61
0.62
0.63
0.64

Chuẩn số Reo
105
106
0.595
0.594
0.603
0.598
0.608
0.603
0.61
0.608
0.614
0.609

107
0.594
0.598
0.603
0.608
0.609

Bảng 3-5: Sự phụ thuộc của khối lượng riêng và độ nhớt vào nhiệt độ
Nhiệt độ
o
C
30
31

Khối lượng riêng
(kg/m3)
995.68
995.37

Độ nhớt
(N.s/m2)
0.801
0.7865

Tra sổ tay q trình & thiết bị Cơng nghệ hóa học tập 1, trang 12, 92

4.

Tính tốn
1Tổn thất dọc đường

4.1.1

Tổn thất dọc đường ống 1(thép khơng gỉ)
Ta tính tốn cụ thể ứng với mức lưu lượng cho lần đo thứ nhất
Vận tốc của dịng chảy qua đĩa chắn theo cơng thức sau:

Tính giá trị Re0 theo V0 sơ bộ:
Nội suy từ bảng trên ta có được giá trị: CD = 0.59687
Tính vận tốc của dòng chảy theo hệ số hiệu chỉnh CD:

Ta tính lại Re0 theo V0:

Nội suy từ bảng ta có hệ số hiệu chỉnh CD = 0.5974
Tính vận tốc của dịng chảy theo hệ số hiệu chỉnh CD:

Ta tính lại Re0 theo V0:

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

 V0 = 6.065 (m/s)
Bảng 4-6: Kết quả các lần lặp

V0(
10.15
6.06
6.065

Re
156457.41
93412.01

CD
0.59687
0.5974

Tính lưu lượng Q qua đĩa chắn:

Tính vận tốc dịng lưu chất qua ống:

Tính lại Re theo V và D

Độ nhám tuyệt đối của ống thép khơng gỉ là: =4.6x10-2 (mm)

ε 4.6 × 10 −2
=
= 1.727 × 10 −3
d
26.64

Tính tổn thất dọc đường hd:

Tổn thất dọc đường thực tế:

4.1.2

Tổn thất dọc đường ống 3(thép không gỉ)
Giả sử vận tốc dịng chảy chưa có hệ số hiệu chỉnh CD được tính theo cơng thức:

+ Chuẩn số Re tính theo V0 sơ bộ:
= 4.647

+ Từ chuẩn số Re và
thiết bị, ta được CD = 0.603

D0
D1

nội suy bảng 2-2 trang 15 giáo trình thực tập quá trình

+ Từ giá trị CD = 0.603, tính lại V0 theo cơng thức:
Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

= 1.81
⇒ Suy ra:

Tiếp tục thực hiện vòng lặp ta được bảng sau:
Bảng 4-7: Kết quả các lần lặp
V0(

Re
4.647

1.81
1.813

CD
0.603
0.6014

+ Từ bảng lặp, ta có chuẩn số và vận tốc dòng nước trong đĩa chặn lần 1 của ống
P3A-P3B là:
Re = 27897.5
V0 = 1.813 (m/s).
Dống= 0.01252 (m)
+ Ta có lưu lượng nước lần đo 1 của ống P3A-P3B:
=

2.1(m3/s)

+ Do cùng lưu lượng Q nên ta tính được vận tốc của ống theo cơng thức:
=1.705 (m/s)
+ Tính lại giá trị Re theo V: = 2.71
Ống 1 có độ nhám ε = 4.6 x 10-2 mm, đường kính Dống1 = 12.52 mm, suy ra:
Với Re =4505.175 và
⇒ Tra giản đồ Moody, ta tra được λ= 0.029

+ Tổn thất dọc đường đo được trên thực tế (m):
=0.461 (m)
+Tổn thất dọc đường tính theo cơng thức Darcy:
== 0.397 (m)
4.1.3

Tổn thất dọc đường ống 3(nhựa)
Ta tính tốn cụ thể ứng với mức lưu lượng cho lần đo thứ nhất
Giả sử vận tốc dịng chảy chưa có hệ số hiệu chỉnh CD được tính theo cơng thức:

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

1mmH2O=

+ Chuẩn số Re tính theo V0:

+ Từ chuẩn số Re và nội suy bảng 2-2 trang 15 giáo trình thực tập quá trình thiết
bị, ta được CD = 0.60036
+ Từ giá trị CD = 0.60036, tính lại V0 theo cơng thức:
⇒ Suy ra:

Tiếp tục thực hiện vòng lặp ta được bảng sau:
Bảng 4-8: Kết quả các lần lặp

V0
2.9247
1.7559
1.7591

Re
44944.124
26983.071
27032.246

CD
0.60036
0.60146

+ Từ bảng lặp, ta có chuẩn số và vận tốc dòng nước trong đĩa chặn lần 1 của ống
3(nhựa) là:
Re = 27032.246
V0 = 1.7591 (m/s).
Đặt đường kính trong ống 3(nhựa) là D3(m), vận tốc dòng chảy là V3(m/s)
D3= 0.01252m
+ Ta có lưu lượng nước lần 1 của ống 3(nhựa):
=

0.0002 (m3/s)

+ Do cùng lưu lượng Q nên ta tính được vận tốc của ống 3(nhựa) theo cơng thức:
= 1.6245 (m/s)
+ Từ giá trị Re, ta thấy dòng nước chảy rối
Ống 3 có độ nhám ε = 0mm, đường kính D3 = 12.52 mm, suy ra:

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

⇒ Tra giản đồ Moody, ta tra được λ= 0.024
+ Tổn thất dọc đường đo được trên thực tế (m):
= 0.965 (m)
+Tổn thất dọc đường tính theo cơng thức Darcy:
== (m)
Ta có kết quả các ống như sau:
Bảng 4-9: Kết quả tính tốn của 3 ống ứng với 5 mức lưu lượng
Ống

Lần
đo

CD

Q (m3/s)

V0 (m/s)

Ống
thép
P1AP1B

1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

0.5974
0.5978
0.5983
0.5991
0.5998
0.6014
0.6014
0.6014
0.6014
0.6014
0.6015
0.6015
0.6014

0.6014
0.6014

7.02
6.6
5.87
5.01
4.09
2.1
2.0910-4
2.0910-4
2.0810-4
2.0710-4
210-4
210-4
210-4
210-4
210-4

6.065
5.7
5.08
4.33
3.53
1.705
1.698
1.698
1.69
1.68
1.7591

1.7587
1.8291
1.8303
1.8458

Ống
thép
P3AP3B
Ống 3
nhựa
P3A’P3B’

hd (m)
(Theo
Bec-nu-li)
0.0879
0.0805
0.065
0.05
0.038
0.461
0.458
0.458
0.453
0.45
0.965
0.983
1.048
1.038
1.059

hd (m)
(Theo Dary)
0.0815
0.0715
0.059
0.045
0.031
0.418
0.415
0.415
0.411
0.407
0.315
0.315
0.347
0.347
0.347

Đồ thị 4-1. Giản đồ sự phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng
Ống thép không gỉ (D=26.64mm)

Đồ thị 4-2. Giản đồ sự phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng

Ống thép khơng gỉ (D=12.52mm)

Nhóm 2

Trang

Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

Nhân xét: dựa vào biểu đồ ta thấy, lưu lượng càng lớn tổn thất càng nhiều, tổn
thất ngoài thực tế cao hơn tổn thất trên lý thuyết.
Đồ thị 4-3. Giản đồ sự phụ thuộc tổn thất dọc đường vào lưu lượng
Ống nhựa (D=12.52mm)
Từ giản đồ ta thấy sự phụ thuộc của tổn thất dọc đường vào lưu lượng là rất
nhỏ(đường đồ thị gần như nằm ngang), tại tổn thất thực tế những giá trị h d đầu có sự
biến động trong cùng lưu lượng là do thiết bị hoạt động chưa ổn định nên xảy ra sai số.
Ta thấy rằng sự sai khác tổn thất thực tế và lý thuyết là khá lớn, cho thấy còn
nhiều nguyên nhân dẫn đến sự tổn thất dọc đường.

4.2. Tổn thất cục bộ
Bảng: Kết quả đo tổn thất cục bộ

Lần đo

Nhiệt độ
0

C

Độ chênh lệch
tại đĩa chắn

P4A – P4B

P5A – P5B

(mm H2O)

(mm H2O)

(mm H2O)
1

30

5255.6

33.6

57

2

30

4050.4

45

48.4

3

30

3227

36.2

37.4

4

30

2522

25

31.8

5

31

1842.2

24.4

25.8

Bảng: Kết quả độ chênh lệch tại đĩa chắn (theo đơn vị Pa)

Lần đo

Nhiệt độ
0

Nhóm 2

C

1

30

2

30

3

30

4

30

Độ chênh lệch tại đĩa chắn
(Pa)
51557.436
39734.424
31656.870
24740.820

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

5

31

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

18071.982

- Xác định hệ số trở lực cục bộ cho lần đo thứ nhất:
+ Tính V0:
Ta có đường kính đĩa chắn D0 = 0.478 inch =0.01214 m.
Đường kính D1 = 1.912 inch.= 0.04856 m
Giả sử vận tốc dịng chảy chưa có hệ số hiệu chỉnh được tính theo cơng thức:

Tính Re theo V0 = 10.1965 m/s
Suy ra giá trị CD = 0.5969
Tính lại V0 theo CD = 0.5969

Tính lại Re với V0 = 6.0861 m/s:

Suy ra giá trị CD = 0.5907
Tính lại V0 theo CD:

Tính lại Re với V0 = 6.098 m/s:

Suy ra giá trị CD = 0.5975
Tính lại V0 theo CD = 0.5975

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

Vậy V0 = 6.0924 m/s
Lưu lượng trong ống:

Vận tốc trong ống:
Ta có cơng thức tính tổn thất cục bộ:

Ở lưu lượng đầu tiên tại co 90o (P5A-P5B), ta đo được tổn thất cục bộ 57 mmH2O, nên
hệ số tổn thất cục bộ có giá trị:

Tương tự, với mỗi tổn thất cục bộ đo được tại mỗi lưu lượng tại 2 vị trí co 180 o (P4AP4B) và 90o (P5A-P5B), ta được các hệ số tổn thất cục bộ được trình bày ở bảng sau:

Bảng: kết quả tính tốn hệ số trở lực cục bộ cho 5 lần đo
Lần đo

CD

V0

Re

(m/s)
1
2
3

(m3/s)

(m/s)

(m)

(m)

6.0924

91972.333
5

0.00070
5

1.3242

0.6378

0.3760

0.5982

5.3544

80831.703
1

0.00061
9

1.1638

0.7012

0.6519

4.7835

72213.249
0

0.00055
3

1.0397

0.6788

0.6571

4.2324

63893.950
0

0.00049
0

0.9199

0.7373

0.5796

3.6208

55808.034
8

0.00041
9

0.7870

0.8173

0.7730

0.5992

5

V

0.5975

0.5987

4

Q

0.5997

Tính trở lực trung bình :
+ Ta có cơng thức tính tổn thất cục bộ:
⇒ Từ cơng thức trên ta có thể lập được phương trình y=ax2

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

a=

(với y =hcb và x=V =>

ξ
2g

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

)

+ Dựa vào bảng trên ta tính tốn được:
Bảng 4-10: Kết quả tổn thất cục bộ tại hai vị trí P4A-P4B và P5A-P5B

Lần đo

Vị trí P4A-P4B

Vị trí P5A-P5B

y=

x=V

y=

x=V

1

0.0336

1.3242

0.0570

1.3242

2

0.0450

1.1638

0.0484

1.1638

3

0.0362

1.0397

0.0374

1.0397

4

0.0250

0.9199

0.0318

0.9199

5

0.0244

0.7870

0.0258

0.7870

Do phương trình cần vẽ là y=ax2 nên ta cần phải lấy thêm các điểm đối xứng với
những điểm đã tìm được. Tính tốn ta được:
Bảng 4-11: Tọa độ các điểm trên đồ thị parabol

Điểm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Vị trí P4

y
0.0336
0.045
0.0362
0.025
0.0244

Vị trí P5
x

0
0.0244
0.0250
0.0362

1.3242
1.1638
1.0397
0.9199
0.787
0
-0.7870
-0.9199
-1.0397

0.0450
0.0336

y
0.057

0.0484
0.0374
0.0318
0.0258

x

0
0.0258
0.0318
0.0374

1.3242
1.1638
1.0397
0.9199
0.787
0
-0.7870
-0.9199
-1.0397

-1.1638

0.0484

-1.1638

-1.3242

0.0570

-1.3242

Từ số liệu bảng trên ta vẽ được đồ thị sau:

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

Hình 4-1: Đồ thị biểu diễn tổn thất cục bộ theo vận tốc tại vị trí P4A-P4B và P5A-P5B

+ Tại P4A-P4B
Phương trình hồi quy y = 0.0272x2.
⇒ Vậy ta có phương trình y = 0.0272x2
a=

Với

ξ
2g

= 0.0272 ⇒ (m)

+ Tại vị trí P5A-P5B:

Phương trình hồi quy y = 0.0347x2.
⇒ Vậy ta có phương trình y = 0.0347x2.
a=

Với

ξ
2g

= 0.0347 ⇒ (m)

Sự phụ thuộc của tổn thất cục bộ theo lưu lượng:
Đồ thị 4-4: Biểu đồ biễu diễn sự phụ thuộc của tổn thất cục bộ theo lưu lượng

Từ biểu đồ trên ta thấy rằng:
-

Khi lưu lượng dòng chất lưu càng lớn thì trở lực cục bộ tại các co càng lớn.
Điểm cuối của đường biểu diễn co 180 0 bị rơi xuống là do sai số trong quá
trình tiến hành thí nghiệm.
Trở lực cục bộ của co 900 cao hơn so với co 1800

-

5.

Nhận xét và bàn luận:
1Nhận xét
5.1. Bàn luận

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Xoa và Nguyễn Trọng Khn, “Sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ
hóa chất tập 1”, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, năm 2006.

Nhóm 2

Trang


Thực tập Quá trình và thiết bị Bài Mạch lưu chất

CBHD: Thiều Quang Quốc Việt

[2] Phan Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa
dụng”, NXB Đại học Cần Thơ, năm 2004.
[3] Vũ Bá Minh và Võ Văn Bang, 1999. Quá trình & Thiết bị CNHH & TP – tập
3: Truyền khối. NXB ĐHQG TP.HCM.
[4] Nguyễn Thuần Nhi, “Sổ tay nhiệt động kĩ thuật và truyền nhiệt”, NXB ĐH
Cần Thơ, năm 2015.

Nhóm 2

Trang