MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
• Khảo sát và so sánh các phương tiện đo mức (trực quan, đồng hồ hiển thị số - HydroStatic Pressure Transmitter).
• Khảo sát và so sánh các phương tiện đo lưu lượng (V bồn chứa /t; V đồng hồ /t; Float Flowmeter; Flow Transmitter).
• Khảo sát và so sánh các phương tiện đo áp suất (đồng hồ kim; ông chữ U; đồng hồ hiển thị số - Pressure Transmitter).
• Khảo sát và so sánh trở lực của ống dẫn, co 90 o , van theo vận tốc dòng chảy.
• Khảo sát phương trình Bernoulli.
• Làm quen với sơ đồ và nguyên tắc vận hành hệ thống xác định chế độ chảy của chất lỏng.
• Xác định chuẩn số Reynolds của các chế độ chảy.
NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
Xác định trở lực đường ống (độ tổn thất áp suất) theo lưu lượng bằng các thiết bị đo điện tử trên mặt tủ điện
đo điện tử trên mặt tủ điện
• Điều chỉnh lưu lượng nước về khoảng 20 l/min Đợi khoảng 20 giây cho hệ thống hoạt động ổn định.
Để hạn chế sai số trong quá trình khảo sát, hãy sử dụng thiết bị chụp hình để ghi nhận tất cả các số liệu hiển thị trên mặt tủ điện cùng một lúc Thực hiện ghi nhận số liệu 10 lần cho mỗi lần khảo sát và tính toán giá trị trung bình để đảm bảo độ chính xác cao.
Khi làm việc với cùng một lưu lượng nước, bạn cần nhấn nút mở van solenoid của các đường ống kế tiếp, và thời gian chờ để hệ thống ổn định giữa các thay đổi đường ống khảo sát là 20 giây.
Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng các dụng cụ đo lưu lượng
• Đo lưu lượng bằng lưu lượng kế, đồng hồ nước và độ giảm chiều cao mực nước theo thời gian
• Đo tổn thất áp suất bằng ống chữ U
PHÚC TRÌNH
Số liệu thô
Bảng 3.1: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng các thiết bị đo điện tử Tên đường ống Q (l/min) T ( o C) P in (kg/cm 2 ) P out (kg/cm 2 )
Bảng 3.2: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng lưu lượng kế Tên đường ống Q (l/min) T ( o C) P in (kg/cm 2 ) P out (kg/cm 2 )
Bảng 3.3: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng đồng hồ nước
+ Ta có : V bồn chứa = 100 lít = 0.1 m 3
+ Do đó: Đường kính bồn chứa: D = 0.36 m
Tên dụng cụ đo Đồng hồ nước
Bảng 3.4: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng cách đo độ giảm chiều cao mực nước
Tên dụng cụ đo Thước thủy đo độ giảm chiều cao mực nước
3.2 Số liệu sau xử lý
Bảng 3.5: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng các thiết bị đo điện tử Tên đường ống
WC) AP =P in - P out (psi)
Bảng 3.6: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng lưu lượng kế Tên đường ống Q (ft 3 /min) T ( o C) AP (inch
Bảng 3.7: Xác định trở lực đường ống theo lưu lượng bằng đồng hồ nước
Tên dụng cụ đo Đồng hồ nước
Bảng 3.8 trình bày phương pháp xác định trở lực đường ống dựa trên lưu lượng thông qua việc đo độ giảm chiều cao mực nước Dụng cụ được sử dụng trong quá trình này là thước thủy, giúp đo chính xác sự thay đổi chiều cao mực nước để đánh giá trở lực hiệu quả.
Bảng 3.9: Hệ số ma sát trong ống dẫn xác định bằng các thiết bị đo điện tử
Khối lượng riêng của nước: Độ nhớt của nước: y = p.g = 997*9,81 = 9780.57 N/m 3 g = 9.81 m/s 2
Tên đường ống AP/pg Q (m 3 /s) w (m/s) (')A'2/2g Re=pođ/p
0.037 0.00050 1.444 0.106 33977 p = 997 kg/m 3 p = 0.00089 Ns/m 2 Trọng lượng riêng của nước:
Tên đường ống Chảy tầng
Đồ thị
a Đồ thị biểu diễn hàm số
Q ( m3/s) b Đồ thị biểu diễn hàm số À = f(Re) c.
Hình 2 : Đồ thị chảy tầng À = f(/?e) = 64/Re
; _ 0.3 í (14 Đồ thị biểu diễn hàm số chảy quá độ I '
Hình 3 : Đồ thị chảy quá độ À = 0.3164 / ReA
0.25 d Đồ thị hàm số chảy rối
Hình 4: Đồ thị chảy rối À = 0.25/((lg3.7d/e) A 2) e Đồ thị hàm số chảy rối
Hình 5 : Đồ thị chảy rối À 1/(3.24[((log6.8/Re+e)]A2
Bàn luận
a Nhận xét về các giản đồ và so sánh với kết quả trong sách. Đối với đồ thị biểu diễn mối quan hệ Q theo A P :
Khi lưu lượng Q tăng, trở lực của đường ống cũng tăng theo, điều này phù hợp với lý thuyết Lưu lượng chảy càng nhanh thì hệ số màng chắn càng hiệu quả hơn.
• Trở lực của dòng chảy qua ống Elbow 90 độ là lớn nhất, trong khi đó dòng chảy qua ống smooth 21 có trở lực nhỏ nhất.
• Đường biểu diễn mối quan hệ giữa Q và kP của dòng chảy qua ống smooth
Tuyến tính của đường ống 21 cho thấy khi lưu lượng Q tăng, trở lực không thay đổi đồng nhất, mà có sự biến thiên không đều Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa số Reynolds (Re) và hệ số ma sát của từng ống cho thấy sự khác biệt trong cách trở lực phản ứng với lưu lượng.
Mỗi ống có những đặc điểm riêng biệt, với các đường cong do thành ống không đồng đều và không chính xác Hệ số ma sát cũng thay đổi theo từng vị trí và tốc độ dòng chảy Điều này ảnh hưởng đến mức độ tin cậy của kết quả, dẫn đến các sai số có thể xảy ra trong quá trình đo lường và phân tích.
Trong các đồ thị và bảng số liệu đã được xử lý thống kê, hàm tuyến tính gần như đạt giá trị tối đa, cho thấy số liệu phù hợp với lý thuyết Phần trăm các con số này có thể chấp nhận được một phần do ảnh hưởng của máy cũ và một phần do sai số trong quá trình thao tác.
Các nguyên nhân gây ra sai số:
Sai số ngẫu nhiên là yếu tố quan trọng trong đo lường, thể hiện độ lệch chuẩn và mức độ phân tán của kết quả Nó phản ánh khả năng lặp lại của phép đo và có thể thay đổi tùy thuộc vào phương pháp đo, điều kiện thực hiện, kích thước đại lượng đo và cá nhân thực hiện đo lường.
• Thao tác làm chưa đúng kỹ thuật.
• Trong quá trình tính toán khi làm tròn số không chính xác.
• Quá trình chụp ảnh ghi số liệu chưa thật sự đúng với thời điểm cần chụp.
Câu hỏi chuẩn bị
1 Nêu các phương pháp làm giảm trở lực trên đường ống dẫn?
Trở lực trên đường ống dẫn được tính theo công thức: y h = Á Ị±+ỵ k ỵL d 2g s 2 g Để làm giảm trở lực ta có thể thực hiện:
• Giảm vận tốc của dòng chảy
• Tăng kích thước của đường ống
• Giảm độ nhám của thành ống
• Giảm chiều dài đường ống
2 Nêu đặc điểm của áp suất thuỷ tỉnh (ASTT)
Trong chất lỏng tĩnh, áp suất thủy tĩnh chỉ phụ thuộc vào chiều cao của chất lỏng và được xác định theo phương pháp tuyến với mặt tiếp xúc Ứng suất của lực mặt, ký hiệu là p, có thể được biểu diễn bằng giới hạn sau: p = lim —.
(ừ ^0 ừ Áp suất thủy tĩnh có 2 tính chất:
• Áp suất thủy tĩnh tác dụng thẳng góc với diện tích chịu lực và hướng vào bên trong diện tích ấy.
• Trị số áp suất thủy tĩnh tại một điểm bất kỳ không phụ thuộc hướng đặt của diện tích chịu lực tại điểm này.
3 Hiện tượng xâm thực là gì? Nguyên nhân và tác hại của nó ra sao?
Khi chất lỏng vào miệng bơm ly tâm, áp suất thấp hơn áp suất khí quyển khiến các khí hòa tan trong chất lỏng bốc hơi, tạo ra bọt khí Những bọt khí này cùng với chất lỏng di chuyển trong cánh guồng Khi áp suất tăng lên, khí lại hòa tan vào chất lỏng, và quá trình bay hơi - ngưng tụ - hòa tan khí diễn ra nhanh chóng, làm thể tích bọt khí tăng và giảm đột ngột Kết quả là áp suất trong bọt khí có thể đạt tới 100-1000at, hiện tượng này được gọi là xâm thực.
Hiện tượng xâm thực gây ra va đập thủy lực, dẫn đến bào mòn các kết cấu kim loại và tạo ra rung động cùng tiếng ồn Do đó, xâm thực có thể gây hại cho bơm, vì vậy cần có biện pháp hạn chế hiệu quả.
• Giới hạn chiều cao hút của bơm.
• Xét nhiệt hóa hơi nơi đặt bơm phù hợp chưa.
• Giảm thiểu tối đa trở lực trên đường ống hút.
• Tăng áp lực hút bằng cách giảm chiều cao miệng hút của bơm.
4 Nêu công dụng (chức năng) của bầu khí trong hệ thống bơm pittong.
Khi bơm có lưu lượng lớn, lực quán tính cũng tăng cao, dẫn đến tổn thất do lực này Để giảm thiểu tổn thất, bơm pittong thường được thiết kế với các bầu khí ở ống hút và ống đẩy Bầu khí là hộp kín chứa khí, được đặt ở đầu hút và đầu đẩy của bơm Khi bơm hoạt động, một phần chất lỏng sẽ vào bầu khí, nén khí bên trong Khi áp lực trong dòng chảy giảm xuống dưới áp lực khí trong bầu khí, chất lỏng trong bầu khí sẽ chảy ra, hòa cùng dòng chảy, từ đó tăng cường độ điều hòa và giảm lực quán tính của dòng chảy.
5 Chiều dài tương đương của van, cut, tê hay chỗ có trở lực cục bộ được định nghĩa như thế nào?
Chiều dài tương đương của một bộ phận được định nghĩa là chiều dài của một đoạn ống thẳng, trong đó trở lực ma sát bằng với trở lực cục bộ do bộ phận đó gây ra.
6 Có mấy loại bơm? Kể tên, phạm vi và giới hạn ứng dụng.
Bơm thể tích hoạt động bằng cách hút và đẩy chất lỏng thông qua sự thay đổi thể tích, nhờ vào bộ phận chuyển động tịnh tiến hoặc quay, dẫn đến việc tăng thế năng và áp suất của chất lỏng Loại bơm này thường được ứng dụng trong ngành công nghệ hóa học và dầu khí.
Loại này có: bơm pittông, bơm răng khía, bơm cánh trượt, bơm trục vít, bơm màng
Bơm ly tâm là thiết bị giúp tăng cường năng lượng và áp suất của chất lỏng nhờ lực ly tâm được tạo ra khi guồng bơm quay Thiết bị này thường được sử dụng để bơm nước và vận chuyển các loại chất lỏng khác nhau một cách hiệu quả.
Loại này có: Bơm hướng trục, bơm xoáy lốc.
• Bơm không có bộ dẫn động: gồm một số loại bơm đặc biệt: bơm tia, bơm sục khí, thùng nén, Xyphông.
7 Khi nào can ghép nối tiếp, song song Vẽ đường đặc tính bơm cho 2 trường hợp trên
Ghép bơm làm việc nối tiếp: khi cần giữ nguyên lưu lượng và tăng cột áp Trên đồ thị
• Điểm A 1 là điểm làm việc riêng lẻ từng bơm với cột áp H 1
• Điểm A 2 là điểm làm việc khi ghép 2 bơm nối tiếp.
Ghép bơm làm việc song song: khi cần giữ nguyên cột áp và tăng lưu lượng Trên đồ thị
• Điểm A 1 là điểm làm việc riêng lẻ từng bơm với lưu lượng Q 1
• Điểm A 2 là điểm làm việc của 2 bơm với lưu lượng Q 1-2 , ở đây: Q 1-2 < 2Q 1
Nỏông nac tính cuâ bôm gheù noátiep
8 Chiều cao hút của bơm là gì? Tại sao chiều cao này lại bị giới hạn và giới hạn tối đa là bao nhiêu?
• Chiều cao hút của bơm là chiều cao đặt bơm.
Nỏông naẽ tính cuâ bôm ghep song song
• Chiều cao hút của bơm phải bị giới hạn vì nếu chiều cao hút lớn sẽ xảy ra hiện tượng xâm thực.
• Chiều cao hút của bơm được xác định theo công thức:
+ Trong đó: p i : áp suất bể hút(N/m 2 ) p t : áp suất hơi bão hoà ở miệng hút(N/m 2 ) h i : tổng trở lực ống hút (m)
4 11: tổn thất ma sát do xâm thực
(m) C: là hệ số xâm thực
• Giới hạn tối đa chiều cao hút
Đối với bảng tra cứu, chiều cao hút chân không của nước thường được xác định ở nhiệt độ dưới 20 độ C và áp suất khí quyển là 10 mmH2O Tuy nhiên, để tránh dao động trong quá trình bơm, nên giảm chiều cao hút khoảng 1 đến 1,5 m so với giá trị trong bảng.
9 Dựa vào chi tiết nào của bơm để phân biệt bớm cao áp và bơm thường?
Phân biệt dựa vào cánh guồng của bơm. z lmax