Báo cáo thí nghiệm này của mình được 9 nha, cứ yên tâm về độ tín. Mình hiểu cảm giác khi ngồi làm thí nghiệm trong vô định, không có file mẫu trên mạng nên up lên để mọi người tham khảo nhé khong có mất năng dọc đường
Bảng 2: Kết quả tính vận tốc và tổn thất năng lượng
Vận tốc V của dòng chảy m/s Cột nước vận tốc hvi, cm Tổn thất hfl -3, cm
Tổng Tổn thất hfl - 6, m/c 1 m/c 3 m/c 4 m/c 6 m/c cm
Bảng 3: Kết quả tính đường năng cho hai trường hợp
Cột áp năng lượng trường hợp thực (cm) 29.97 29.55 6.24 6.06 16.31 15.71 Cột áp năng lượng trường hợp lý tưởng (cm) 30.45 30.05 8.48 7.99 26.77 26.36
Hình vẽ kênh, bậc, mặt thoáng nước (tính và đo)
Khoảng cách từ mặt cắt 1, cm
Hình: Đường mực nước và đưởng năng lượng cho hai trường hợp m c
C Đường năng lượng cho hai trường hợp
Khoảng cách từ mặt cắt 1, cm
Cột áp năng lượng, cm
Bài 3D ĐO LƯU LƯỢNG KHÍ
Bài thí nghiệm giúp sinh viên:
- Hiểu phương pháp đo lưu lượng dòng khí trong đường ống dựa trên điều kiện bảo toàn năng lượng và động lượng
- Hiểu cách sử dụng ống đo áp và máy đo áp
- Tính toán lưu lượng dòng khí từ chênh lệch áp suất
Lỗ thành mỏng và vòi phun là hai thiết bị phổ biến để đo lưu lượng khí trong ống, với lưu lượng được xác định dựa trên chênh lệch áp suất trước và sau thiết bị.
Áp dụng phương trình Bernoulli cho dòng chảy giữa hai mặt cắt trước và sau thiết bị, như thể hiện trong Hình 1, cho phép chúng ta phân tích sự thay đổi áp suất và vận tốc Cụ thể, công thức được trình bày là: p1 + (V1^2)/2 + z1 = p2 + (V2^2)/2 + z2, trong đó bỏ qua tổn thất năng lượng Điều này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của vòi phun và lỗ thành mỏng.
k 2g k 2g Cho ống nằm ngang (z1 = z2), vận tốc V Q
Lưu lượng Q được tìm theo chênh lệch áp suất p1 - p2: b)
4 (3-2) với d là đường kính của lỗ hay vòi; D là đường kính ống;
Khi tính đến mất mát năng lượng, hệ số lưu lượng C được thêm vào công thức (3-2):
C được gọi là hệ số lưu lượng, C 1
Hệ số C phụ thuộc vào hình dạng của lỗ hay của vòi và số Reynolds của dòng
Hình 2 Sơ đồ thí nghiệm
③ Quạt li tâm và động cơ điện
⑦ Ống silicon dẫn áp suất từ trong đường ống đến các ống đo áp
1, 2, 3, 4: số thứ tự các ống đo áp
Quạt ly tâm tạo ra dòng khí trong ống đo, trong khi biến tần điều chỉnh tốc độ quay của quạt, từ đó thay đổi lưu lượng khí Hai thiết bị đo lưu lượng, bao gồm lỗ thành mỏng và vòi phun, được lắp đặt bên trong ống để đo áp suất chính xác.
Chênh lệch áp suất trước và sau mỗi thiết bị đo được dẫn đến các ống đo áp, được thể hiện qua hai phương pháp: trên hai ống đo áp chứa nước thông nhau và trên đồng hồ đo áp kế.
4 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM i Kiểm tra không có vật cản nằm ở miệng hút và miệng ra của ống khí ii Bật công tắc mở quạt iii Chỉnh số vòng quay biến tần trong khoảng 400 - 450 vòng/phút iv Đọc độ cao mực nước trong hai ống đo áp 1 và 2, ghi vào Bảng 1, hàng đầu tiên bên dưới cột “ống đo áp 1, 2” Đọc số chỉ trên áp kế bên trái, ghi vào Bảng 1, hàng đầu tiên bên dưới cột “áp kế” v Đọc độ cao mực nước trong hai ống đo áp 3 và 4, ghi vào Bảng 2, hàng đầu tiên bên dưới cột “ống đo áp 3, 4” Đọc số chỉ trên áp kế bên phải, ghi vào Bảng 2, hàng đầu tiên bên dưới cột “áp kế”
Lặp lại quy trình từ bước iii đến v để thêm ba giá trị vòng quay mới cho biến tần, cụ thể là 650-700 vòng/phút, 900-950 vòng/phút và 1150-1200 vòng/phút Ghi lại các giá trị tương ứng vào bảng 1 và bảng 2.
5 HƯỚNG DẪN VIẾT BÁO CÁO
- Đọc giá trị nhiệt độ không khí
- Tra phụ lục 1 để có khối lượng riêng k của không khí, n độ nhớt động học của không khí của nước và
5.1 Tính toán chênh lệch áp suất:
(3-4) trong đó h2 và h1 là chiều cao cột nước trong hai ống đo áp 1 và 2, tính bằng mét
- Cho Vòi phun: p 3 p 4 n gh 4 h 3 (3-5) trong đó h3 và h4 là chiều cao cột nước trong hai ống đo áp 3 và 4, tính bằng mét
5.2 Tính toán hệ số lưu lượng C:
- Cho Lỗ thành mỏng: o Đường kính D = 149mm, d = 65mm o d/ D 0.436
(3-6) o Hệ số C được tính theo công thức:
Do C phụ thuộc vào số Renolds, nên phụ thuộc vào vận tốc V và lưu lượng
Q Do đó, C phải được tìm bằng phương pháp lặp theo bảng bên dưới:
V Q/ A 4Q/ D 2 Re Tính C theo (3-7) Tính Q theo (3-3) Đoán Q tính theo (3-2) Q mới
Quá trình được lặp lại cho đến khi giá trị Q hội tụ
Ghi kết quả C và Q ứng với từng tần số tính được vào Bảng 1
- Cho Vòi: o Đường kính D = 149mm, d = 65mm o d/ D 0.436 o Hệ số C được tính theo công thức: o C 0.9858 0.196 4.5 o Lưu lượng Q được tính theo công thức (3-3)
Kết quả tính C và Q ứng với từng tần số được ghi vào bảng 2
5.3 So sánh giá trị chênh lệch áp suất đo được bằng ống đo áp và áp kế:
So sánh các giá trị p1 - p2, p3 – p4 và số chỉ áp kế tương ứng Tính độ khác biệt: và
Kết quả được ghi vào Bảng 1 và 2
5.4 So sánh lưu lượng đo được bằng Lỗ thành mỏng và Vòi:
Dựa vào số liệu Q từ bảng 1 và 2, chúng ta tiến hành vẽ hai đường quan hệ giữa Q và tốc độ quạt cho hai thiết bị Lỗ thành mỏng và Vòi phun Kết quả được thể hiện rõ ràng trên Đồ thị 1, và Đồ thị này cần được đặt tên phù hợp.
- Giải thích sự khác biệt giữa kết quả đo áp suất bằng ống đo áp và bằng áp kế
- So sánh lưu lượng đo được bằng hai phương pháp lỗ thành mỏng và vòi phun trên Đồ thị 1
- Giữa hai phương pháp đo lỗ thành mỏng và vòi phun, phương pháp nào có độ chính xác cao hơn? Vì sao?
Ngày TN: 08/05/2021 CBHD: Đã ký
BÀI 3D ĐO LƯU LƯỢNG KHÍ
(Sinh viên phải làm phần này trước khi tới làm thí nghiệm, nếu không đạt yêu cầu, thì không được phép làm thí nghiệm)
1 Các thiết bị được sử dụng để đo lưu lượng khí trong ống ở bài thí nghiệm này là gì?
Bao gồm các thiết bị sau:
- Quạt li tâm và động cơ điện
- Ống sillicon dẫn áp suất từ trong đường ống đến các ống đo áp
2 Làm thế nào để thay đổi lưu lượng khí trong ống giữa các lần đo? Chỉnh số vòng quay trên biến tần để thay đổi tốc độ quay của quạt li tâm từ đó dẫn đến thay đổi lưu lượng khí trong ống
3 Đối với một thiết bị đo lưu lượng khí: cần đo bao nhiêu lần và ở mỗi lần cần đo những số liệu nào?
Cần đo 4 lần: Đo những số liệu sau:
- Cao độ mực nước trong ống 1 và 2
- Đọc số chỉ trên áp kế bên trái
- Đọc cao độ mực nước trong ống 3 và 4
- Đọc số chỉ trên áp kế bên phải
KẾT QUẢ ĐO VÀ TÍNH TOÁN
Khối lượng riêng của không khí: ……1.1649 kg/m 3 Độ nhớt động học của không khí: … 1.6036×10 -5 … m 2 /s
Khối lượng riêng của nước:……….995.7 kg/m 3
Bảng 1 Kết quả đo và tính tóan cho lỗ
(vòng/ phút) ống đo áp 1, h 1 (m) ống đo áp 2, h 2 (m) h 2 – h 1
Khác biệt (áp kế - ống đo áp) (%)
Bảng 2 Kết quả đo và tính toán cho vòi
(vòng/ phút) ống đo áp 3, h 3 (m) ống đo áp 4, h 4 (m) h 4 – h 3
Khác biệt (áp kế - ống đo áp) (%)
12 Đồ thị 1: Thể hiện đường quan hệ giữa tốc độ quạt và lưu lượng khí cho hai thiết bị Lỗ thành mỏng và vòi phun
PHÂN TÍCH/NHẬN XÉT
a) Giải thích sự khác biệt giữa kết quả đo áp suất bằng ống đo áp và bằng áp kế
Có sự khác biệt về kết quả đo áp suất bằng ống đo áp và áp kế vì:
Ống đo áp suất thường được đọc bằng mắt thường, điều này có thể dẫn đến sai số ngẫu nhiên Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào chênh lệch chiều cao giữa hai cột nước Để xác định áp suất chính xác, cần áp dụng công thức tính toán thích hợp.
Áp kế cho phép đọc chỉ số một cách trực tiếp, giảm thiểu sai số do yếu tố con người và chỉ còn lại sai số hệ thống Việc này giúp người sử dụng dễ dàng xác định giá trị mà không cần phải áp dụng công thức phức tạp Độ chính xác của kết quả phụ thuộc vào cách lắp đặt thiết bị và chất lượng của áp kế.
Tốc độ quạt, vòng/phút Lư u lư ợn g kh í m 3 /s
13 b) So sánh lưu lượng đo được bằng hai phương pháp Lỗ thành mỏng và Vòi phun trên Đồ thị 1, giải thích?
Lưu lượng qua vòi lớn hơn lưu lượng qua lỗ thành mỏng dựa vào đồ thị
1 theo chiều tăng dần tốc độ quay
Tốc độ quay lớn dẫn đến độ chênh lệch lớn hơn Khi khí đi qua lỗ thành mỏng, hiện tượng co hẹp dòng khí xảy ra, khiến lưu lượng Q hội tụ và tạo ra đồ thị đường thẳng tuyến tính Ngược lại, với vòi phun, dòng chảy chỉ bị co hẹp nhẹ trước khi mở rộng và chịu ma sát với thành vòi Hiện tượng chân không xuất hiện quanh mặt cắt co hẹp, làm tăng khả năng di chuyển của khí qua vòi so với lỗ thành mỏng Do đó, giữa hai phương pháp đo lỗ thành mỏng và vòi phun, vòi phun có độ chính xác cao hơn nhờ khả năng kiểm soát dòng chảy tốt hơn.
Phương pháp qua lỗ thành mỏng có kết quả tính toán chính xác hơn
Khi tính toán lưu lượng qua lỗ thành mỏng, hệ số C phụ thuộc vào số Reynold, dẫn đến sự phụ thuộc vào lưu lượng và vận tốc Do đó, cần thực hiện tính toán lặp cho đến khi lưu lượng hội tụ ở từng tốc độ quay Phương pháp đo qua lỗ thành mỏng gắn liền với nhiều điều kiện thực tế, giúp tối ưu hóa độ chính xác trong quá trình tính toán.
Bài 5 MẤT NĂNG TRONG ỐNG DẪN
Khảo sát hiện tượng mất năng dọc đường của dòng chảy trên một đoạn đường ống tròn không có các chi tiết nối ống
Phương trình năng lượng áp dụng cho dòng chảy ổn định từ mặt cắt (1-
1) tới mặt cắt (2-2) (xem Hình 5.1) được viết như sau: p V 2 p V 2 z 1 1 1 1 z 2 2 2 h (5.1)
Trong công thức 2g 2 2g f 12, các ký hiệu z1, z2, p1, p2, V1 và V2 đại diện cho cao độ, áp suất và vận tốc trung bình của dòng chảy tại hai mặt cắt (1-1) và (2-2) Tổn thất năng lượng của dòng chảy giữa hai mặt cắt được ký hiệu là h f 12.
(1-1) tới mặt cắt (2-2); 1 và 2 là hệ số hiệu chỉnh động năng
Trong lĩnh vực năng lượng, z đại diện cho năng lượng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng dựa trên vị trí của nó so với mặt chuẩn, tạo ra cột nước vị năng Công do áp suất tạo ra cột nước áp suất được biểu thị bằng p/γ, trong khi động năng do vận tốc dòng chảy tạo ra cột nước vận tốc được thể hiện qua αV²/2g Tổng cột nước tĩnh, z + p/γ, được gọi là thế năng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng.
2.2 Khảo sát mất năng dọc đường
Xét trường hợp ống trụ tròn đều không có nối ống, ta có V1 V2 và 1 = 2, phương trình 5.1 trở thành:
Phương trình (5.2) cho ta thấy rằng thế năng của dòng chảy đã giảm dần
Một phần năng lượng trong dòng chảy đã bị chuyển hóa thành nhiệt do ma sát tại thành ống, dẫn đến mất mát không thể phục hồi từ mặt cắt (1-1) đến (2-2) Mất năng lượng này được gọi là mất năng dọc đường, ký hiệu là hd, và có thể được đo bằng ống đo áp chênh Nguyên lý hoạt động của ống đo áp chênh cung cấp mối quan hệ cần thiết để xác định mức độ mất năng lượng.
Tổn thất dọc đường trong hệ thống ống dẫn phụ thuộc vào ba yếu tố chính: khoảng cách L giữa hai mặt cắt, đường kính ống D và vận tốc dòng chảy trung bình Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hiệu quả của hệ thống, do đó cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình thiết kế và vận hành.
V hay yếu tố nào khác nữa Các vấn đề trên phần nào đã được trả lời nhờ vào công thức Darcy
Hệ số ma sát () trong công thức D 2g A 2 (5.4) được xác định qua thực nghiệm bởi Nikuradse và Moody, thông qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa , số Reynolds (Re) và độ nhám tương đối (/D) Trong đó, đại diện cho độ nhám tuyệt đối, còn số Reynolds được tính bằng công thức Re = VD/, với là độ nhớt động học của chất lỏng.
Thay vì đo đạc trực tiếp để xác định tổn thất dọc đường, trong thực tế, người ta thường áp dụng công thức Darcy và biểu đồ Moody để tính toán tổn thất áp suất (hd).
Nước từ hồ chứa được bơm vào ống nhờ máy bơm, với van điều tiết lưu lượng đặt sau máy bơm Phía sau ống, các lỗ đo áp được kết nối để theo dõi áp suất.
(8) để đo độ chênh cột áp thông qua các khoá đóng mở (9) Cuối ống là van
(4) dùng để giữ nước trong ống cho mục đích mồi nước cho mỗi lần khởi động bơm
Nước được dẫn từ ống vào một kênh bê tông hình chữ nhật (6), nơi có một bình thông nhau (5) để đo mực nước ổn định Cuối kênh là bờ tràn tam giác (7) dùng để đo lưu lượng chảy Nước chảy qua bờ tràn sẽ được chuyển trở lại hồ chứa, tiếp tục chu trình Sơ đồ mô hình thí nghiệm được trình bày trong hình 5.4.
* Các kích thước liên quan
Ống sắt dẫn nước đường kính D = 10,64cm
Tại mặt cắt 5, đường kính thu hẹp d = 7,01cm
Khoảng cách giữa các lỗ đo L1-2 = L2-3 = L3-4 = 3m
Sử dụng bờ tràn mỏng hình tam giác để đo lưu lượng trong kênh bê tông, lưu lượng trong kênh tương đương với lưu lượng trong ống Lưu lượng qua bờ tràn mỏng hình tam giác được xác định theo các phương pháp cụ thể.
Bờ tràn trong phòng thí nghiệm có góc α = 90° và hệ số lưu lượng η = 0,58, với h0 là cột nước trên đỉnh bờ tràn Để xác định h0, sử dụng kim đo được trang bị trên bình thông nhau, trong đó h0 = Zchuẩn - Z Zchuẩn là giá trị đọc khi kim đo ngang bằng đỉnh bờ tràn, trong khi Z là giá trị đọc khi kim đo ngang bằng mực nước trong kênh bê tông Qua việc đo Z, ta có thể suy ra h0 và tính toán lưu lượng Q theo phương trình (5.10).
1- Trước khi thí nghiệm cần kiểm tra các van (2), (4) và khoá (9) Bảo đảm chúng ở trạng thái đóng và kiểm tra trục quay của máy bơm và motơ bằng cách quay nhẹ xem thử có bị cứng hay không, nếu nó chuyển động là tốt
PHẦN TÍNH TOÁN VÀ TRÌNH BÀY KẾT QUẢ
1 Chọn 3 cấp lưu lượng bất kỳ ở lần đo II (I< 22A), tính lưu lượng trong ống và tổn thất năng lượng giữa các mặt cắt 4 - 3, 4 - 2, 4 - 1 kết quả ghi vào bảng 2 Vẽ quan hệ tổn thất với chiều dài cho từng cấp lưu lượng trên hình 1
Bảng 2: Quan hệ hd và L
2 Với 8 cấp lưu lượng đo được ở hai lần, tính lưu lượng Q, tổn thất dọc đường, hd, giữa hai mặt cắt 1 và 2 Kết quả ghi vào Bảng 3 Vẽ đường quan hệ tổn thất hd theo lưu lượng Q trên Hình 2
TT I, A Q, lít/s hd, cm Re
3 Với 8 cấp lưu lượng đo được ở hai lần và với kết quả tính Q và hd vừa có, tính số Reynolds Re và hệ ma sát Kết quả ghi vào bảng 3
4 Dùng biểu đồ Moody và chấm các điểm đã tính toán được (cặp giá trị và Re) lên biểu đồ trên để kết luận về trạng thái chảy trong ống Dựa trên biểu đồ Moody xác định gần đúng giá trị độ nhám tuyệt đối
Trạng thái chảy: Dòng chảy này là chảy rối thành nhám
/D = 0,02 Suy ra = 2,128 mm Nhận xét: a) Trên Hình 1, quan hệ giữa hd và L là hàm bậc mấy? Bậc đó có hợp lý không? Tại sao?
Quan hệ giữa độ cao (hd) và lưu lượng (L) là hàm bậc nhất, điều này hợp lý do sự tổn thất năng lượng do ma sát giữa chất lỏng và thành ống Quảng đường di chuyển càng dài, lực ma sát càng lớn, dẫn đến tổn thất năng lượng cũng tăng theo Do đó, hàm này có tính chất tuyến tính.
24 b) Trên Hình 2, quan hệ giữa h d và Q là hàm bậc mấy? Bậc đó có hợp lý không? Tại sao?
Quan hệ giữa hd và Q là hàm bậc 2
Bậc 2 là hợp lí bởi vì Q tỉ lệ với bình phương lưu lượng dòng chảy
Khi lưu lượng dòng chảy lớn trong một đoạn đường ống dài, lưu chất sẽ va chạm với thành ống, dẫn đến ma sát cao và tổn thất năng lượng lớn Cần xem xét trạng thái chảy, độ nhám tương đối và độ nhám tuyệt đối để đánh giá tính hợp lý của chúng, từ đó tìm ra nguyên nhân của các tổn thất này.
Trạng thái chảy, độ nhám tương đối và độ nhám tuyệt đối đều được xác định chính xác nhờ vào việc tính toán dữ liệu một cách hợp lý Các số liệu này thể hiện mối quan hệ chính xác giữa các thành phần trong công thức, đồng thời làm rõ trạng thái chảy trong ống.
19 Đ? TH? MOODY ro ûy ợ tr h
0,1 Khu chuyeồn tieỏp ĐỒ THỊ MOODY
0,09 Khu Khu chảy rối Kh ảy h ám àn t c ca n
0,009 thàn nh cha ái ứnh n
) ứng thửụ h bì ûn ứ s u (Kh ho nh n thà roái ch u tha u Kh oàn ám g taàn hảy
Phụ lục 2a: Một số tính chất vật lý của nước
(Pa.s) Độ nhớt động học (m 2 /s)
Phụ lục 2b: Tính chất vật lý của không khí
Nhiệt độ ( o C) Khối lượng riêng
(kg/m 3 ) Độ nhớt động học
