Kết quả thí nghiệm Mạch Lưu Chất

Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự chảy của nước ở phòng thí nghiệm trong một hệ thống ống dẫn có đường kính khác nhau và có chưa lưu lượng kế màng chắn. Venturi. cùng các bộ phận nối ống như cút. van chữ T nhằm xác định Thí nghiệm 1: hệ số lưu lượng kế C theo hệ số chảy ( Re) Thí nghiệm 2: hệ số ma sát f theo chế độ chảy (Re) cho ống A. B. C. D. Phương pháp thí nghiệm: Thí nghiệm 1: cho dòng chảy lưu chất qua thiết bị có gắn lưu lượng kế màng chắn và Venturi. Đọc tổn thất cột áp tương ứng với từng lưu lượng dòng chảy và từng lưu lượng kế. Thí nghiệm 2: cho dòng chảy lưu chất qua lần lượt ống A. B. C. D với lưu lượng dòng chảy khác nhau rồi đi qua màng chắn và Venturi. Từ đó đọc tổn thất cột áp của màng chắn và Venturi. Lý thuyết thí nghiệm: Lưu lượng kế màng chắn và Venturi: Nguyên tắc của hai dụng cụ này là đo lưu lượng dựa trên cơ sở của sự chênh lệch áp suất do có sự giảm tiết diện đột ngột của dòng lưu chất. Hai dụng cụ này có cấu tạo như sau: / Ống venturi / Màng chắn Vận tốc trung bình được tính từ công thức:
C : hệ số của màng chắn và Venturi. phụ thuộc vào chế độ chảy ( Re)
: độ giảm áp suất qua màng chắn hay Venturi. N/m2
: tỉ số giữa đường kính cổ Venturi hay đường kính lỗ màng chắn trên đường kính ống Lưu lượng qua màng chắn hay Venturi sẽ như sau: Q= V2A2=V1A1 Tổn thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn: Khi lưu chất chảy trong ống. có sự mất mát năng lượng do ma sát ở thành ống. Xét trường hợp ống tròn và nằm ngang: Phương trình Becnoulli tại 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 giới hạn đoạn ống cho ta (−𝜟𝑷) 𝝆𝒈 + 𝜟(𝜶 𝑽 𝟐 ) 𝟐𝒈 +ΔZ+Hƒ = 0 Vì 𝜟(𝜶 𝑽 𝟐 ) 𝟐𝒈 = 0 và ΔZ = 0 Hƒ= (−𝜟𝑷) 𝝆𝒈 Hf : thủy đầu tổn thất ma sát trong ống. m. Tổn thất năng lượng này lien hệ với thừa số ma sát bằng phương trình Darceyweisbach:
Trong đó: L: chiều dài ống. m D: đường kính ống. m f: hệ số ma sát. vô thứ nguyên ( phụ thuộc vào chế độ dòng chảy): Nếu chế độ chảy tầng ( Re< 2320) thì
Nếu chế độ là chảy rối ( Re> 2320) thì
. f có thể được tra từ đồ thị Moody hay từ một số công thức thực nghiệm ( hệ số ma sát phụ thuộc vào Re và độ nhám tương đối
) Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm: Một hệ thống gồm các ống dẫn và van có kích thước khác nhau. lắp đặt như trong tài liệu hướng dẫn Bơm Đồng hồ đo Bình chứa Venture Màng Số liệu kích thước bốn ống dẫn bằng inox: Loại ống  Đường kính ngoài (mm)  Đường kính trong (mm)   A  34  29   B  26.5  22   C  21.5  17   D  16.5  13.5   Kết quả thí nghiệm: Thí nghiệm 1 Lần Thí Nghiệm  Độ Mở Van 7  W ( l )  Thời gian (s)  Q (l/s)  ΔPm/ρg(cmH2O)  ΔPv/ρg(cmH2O)  Re  Cm  Cv   1  ¼  1.5  15  0.1  36  20  3183098  2.916  3.91    ½  4  13  0.307  37.8  19.7  9772113  8.74  12.1    ¾  3.5  10  0.35  37.2  16.8  11140846  10.04  14.94    HT  7.5  8  0.937  36.5  17.9  29825636  27.1  38.76   2  ¼  6  13  0.46  37  19  14642254  13.2  18.47    ½  6.3  16  0.394  34  19.8  12541409  11.8  15.5    ¾  8  11  0.73  36.4  19.8  23236621  21.17  28.7    HT  10  8  1.25  34  20.1  39788735  37.5  48.8   3  ¼  8  11  0.73  33.8  21.9  23236621  21.97  27.3    ½  8.5  8  1.06  34.7  18.5  33740847  31.5  43.13    ¾  10  12  0.83  33.6  19.7  26419720  25.06  32.73    HT  10  12  0.83  34  24.9  26419720  24.91  29.11   Bảng giá trị trung bình cho 3 lần thí nghiệm: Độ  ΔPm/ρg  ΔPv/ρg  Re  Cm  Cv   Mở  (cmH2O)  (cmH2O)      Van 7            ¼  35.6  20.3  13687324  12.69533  16.56   ½  35.5  19.33333  18684790  17.34667  23.57667   ¾  35.73333  18.76667  20265729  18.75667  25.45667   HT  34.83333  20.96667  32011364  29.83667  38.89   Thí nghiệm 2: Đối với ống A ( d=0.029m) Lần Thí Nghiệm  Độ Mở Van 4  Q (l/s)  ΔPm/ρg(cmH2O)  ΔPv/ρg(cmH2O)  V (cm/s)  f  Re   1  ¼  0.71  0  0  1075  0  31172416    ½  0.542  7  1  820.56  2.34x10-6  23796408    ¾  0.384  24  1  581.36  0.0113  16859447    HT  0.365  29  1.5  552.59  0.0203  16025256   2  ¼  0.175  17.5  1  264.94  0.0255  7683342    ½  0.476  12.5  3  720.6  6.7x10-3  20898690    ¾  0.277  30  3  419.36  0.0276  12161632    HT  0.26  33  3.5  393.63  0.0324  14415251   3  ¼  0.45  10  3  681.28  5.67x10-3  19757165    ½  0.737  19  1.8  1115.78  6.58x10-3  32357846    ¾  0.57  26  4  863  0.01165  25022742    HT  0.587  30  3  888.69  0.013  25772124   Ta có bảng giá trị trung bình: Độ              Mở  ΔPm/ρg  ΔPv/ρg  V  f  Re   Van 4  (cmH2O)  (cmH2O)  (cm/s)         ¼  9.166667  1.333333  673.74  0.01039  19537641   ½  12.83333  1.933333  885.6467  0.004427  25684315   ¾  26.66667  2.666667  621.24  0.01685  18014607   HT  30.66667  2.666667  611.6367  0.0219  18737544   Đối với ống B ( d=0.022m) Lần Thí Nghiệm  Độ Mở Van 3  Q (l/s)  ΔPm/ρg(cmH2O)  ΔPv/ρg(cmH2O)  V (cm/s)  f  Re   1  ¼  0.215  1  0  565.6  5.18x10-4  12443022    ½  0.33  6.5  1  868.1  0.022  19098593    ¾  0.2  18  0  526.13  0.01  11574904    HT  0.227  25.5  1  597.16  0.0125  13137517   2  ¼  0.185  14  0  486.67  8.438x10-3  10706787    ½  0.201  9  0  528.76  0.005  11632779    ¾  0.218  25  1  573.483  0.0127  12616646    HT  0.27  26  0  713.28  0.01  15626121   3  ¼  0.1  0.5  0  263.06  0.00056  5787452    ½  0.163  19  1  428.79  0.013  9433547    ¾  0.28  19.5  2  736.58  0.0077  16204866    HT  0.246  23.5  0  647.14  0.01  14237133   Ta có bảng giá trị trung bình Độ              Mở  ΔPm/ρg  ΔPv/ρg  V  f  Re   Van 3  (cmH2O)  (cmH2O)  (cm/s)         ¼  5.166667  0  438.4433  0.003172  9645754   ½  11.5  0.666667  608.55  0.013333  13388306   ¾  20.83333  1  612.0643  0.010133  13465472   HT  25  0.333333  652.5267  0.010833  14333590   Độ mở đối với ống C (d= 0.017): Lần Thí Nghiệm  Độ Mở Van 2  Q (l/s)  ΔPm/ρg(cmH2O)  ΔPv/ρg(cmH2O)  V (cm/s)  f  Re   1  ¼  0.241  2  0  1061.7  0.00043  18050042    ½  0.279  5  1  1229.2  0.00092  20896107    ¾  0.338  14  2  1489.1  0.00213  25314998    HT  0.308  18.5  1  1356.9  0.00309  23068104   2  ¼  0.28  0  0.5  1233.6  0.00092  20971004    ½  0.109  2  1.5  480.2  0.00094  8163712    ¾  0.199  13.5  4  876.7  0.0035  14904392    HT  0.326  29  1  1436  0.00457  24416240   3  ¼  0.15  6.5  0.5  660.8  0.00222  11234466    ½  0.107  3  0  471.4  0.00144  8013919    ¾  0.241  11  1  1061.7  0.00248  18050042    HT  0.588  20  1  2590.5  0.0018  44039108   Ta có bảng giá trị trung bình: Độ              Mở  ΔPm/ρg  ΔPv/ρg  V  f  Re   Van 2  (cmH2O)  (cmH2O)  (cm/s)         ¼  2.833333  0.333333  985.3667  0.00119  16751837   ½  3.333333  0.833333  726.9333  0.0011  12357913   ¾  12.83333  2.333333  1142.5  0.002703  19423144   HT  22.5  1  1794.467  0.003153  30507817   Độ mở đối với ống D (d=0.0135) Lần Thí Nghiệm  Độ Mở Van 1  Q (l/s)  ΔPm/ρg(cmH2O)  ΔPv/ρg(cmH2O)  V (cm/s)  f  Re   1  ¼  0.195  1  9.8  1362.3  0.0013  18391237    ½  0.183  1  1  1278.5  0.00014  17259469    ¾  0.183  1  1.2  1278.5  0.00017  17259469    HT  0.26  4  1.2  1816.4  9.9x10-5  24521650   2  ¼  0.39  1  0.2  2724.6  6.6x10-5  36782475    ½  0.143  2  1  999  0.00036  13486907    ¾  0.147  2  0  1027  3.5x10-4  13864163    HT  0.228  5  0.8  1592.8  5.6x10-4  21503601   3  ¼  0.374  5  0  2612.8  3.44x10-4  35273451    ½  0.174  1  0  1215.6  1.48x10-4  16410643    ¾  0.208  1  0  1453.13  1.24x10-4  19617320    HT  0.32  1  0  2235.6  8.05x10-5  30180492   Ta có bảng giá trị trung bình : Độ              Mở  ΔPm/ρg  ΔPv/ρg  V  f  Re   Van 1  (cmH2O)  (cmH2O)  (cm/s)         ¼  2.333333  3.333333  2233.233  0.00057  30149054   ½  1.333333  0.666667  1164.367  0.000216  15719006   ¾  1.333333  0.4  1252.877  0.000215  16913651   HT  3.333333  0.666667  1881.6  0.000247  25401914   Ở thí nghiệm 1 tính lưu lượng dựa vào công thức Q=w/t .l/s w: là thể tích nước mất đi. l t: là thời gian. s Các đại lượng Re. Cm. Cv. f được tính theo những công thức sau:
Trong đó : d :đường kính ống.m ( 0.04m) v: vận tốc dòng chảy. m/s
: khối lượng riêng của chất lỏng. kg/m3 (1000 g/l) µ: độ nhớt động học ( 10-3 Pa.s) Dựa vào công thức :

Trong đó: β= 17/40 = 0.425 Xác định hệ số ma sát f:

Vẽ đồ thị: Lưu lượng Q đối với hiệu số thủy dầu áp suất
và
qua màng chắn và ống Venturi / Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo Re: / Thừa số ma sát theo Re: Đối với ống A: / Đối với ống B: / Đối với ống C: / Đối với ống D: / Bàn luận: Nhận xét các giản đồ và so sánh kết quả: Thí nghiệm 1: Hệ số lưu lượng kế Cm và Cv theo chế độ chảy (Re): Theo lý thuyết, với đường kính lỗ và đường kính lỗ màng( venture) bằng nhau nên ở công thức:
Có: β và V2 bằng nhau. Do đó C tỉ lệ với ∆P. Cấu tạo của màn chắn và venture là khác nhau. Màng chắn thay đổi kích thước đột ngột hơn nên tổn thất áp suất lớn hơn Venturi => Cm < Cv Vì thế kết quả thí nghiệm 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. Mà, Re tăng kéo theo ∆P tăng, do đó C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay ít của Re và ∆P. So sánh lưu lượng kế và màng venture: do ∆Pm> ∆Pv nên khi sử dụng lưu lượng kế venture sẽ cho kết quả chính xác hơn. Thí nghiệm 2: Hệ số ma sát f theo chế độ chảy Re cho ống A, B, C, D: Theo lý thuyết: 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=f3( Re,∆/d) Khu vực chảy với thành nhám hoàn toàn: f=f4 ( ∆/d) Tỉ số
không đổi thì đường biểu diễn f sẽ không phụ thuộc chiều dài ống. Theo thực nghiệm: Chiều dài ống ảnh hưởng đến f. Điều này có thể giải thích là do độ nhám của ống không đồng đều, không suốt chiều dài ống, có thể là do đóng cặn bên trong đường ống….