Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo thực hành quá trình thiết bị gồm: lọc khung bản, cột chêm, chưng cất, hấp thu, mạch lưu chất, sấy đối lưu, cô đặc, truyền nhiệt, bơm ly tâm, chuẩn số reynold. Câu hỏi chuẩn bị, xử lí số liệu, bàn luận.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC SVTH: MSSV: Nhóm: 01 GVHD: Võ Phạm Phương Trang TP HỒ CHÍ MINH - 2022 MỤC LỤC BÀI 1: LỌC KHUNG BẢN I CÂU HỎI CHUẨN BỊ .3 II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM III BÀN LUẬN 11 BÀI 2: CÔ ĐẶC 12 I CÂU HỎI CHUẨN BỊ 12 II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .16 III BÀN LUẬN 21 BÀI 3: CHƯNG CẤT 22 I CÂU HỎI CHUẨN BỊ 22 II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .27 III BÀN LUẬN 29 BÀI 4: TRUYỀN NHIỆT 31 I CÂU HỎI CHUẨN BỊ 31 II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .36 III BÀN LUẬN 52 BÀI 5: SẤY ĐỐI LƯU 53 I CÂU HỎI CHUẨN BỊ 53 II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .57 III BÀN LUẬN 66 BÀI 6: CỘT CHÊM .68 I CÂU HỎI CHUẨN BỊ 68 II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .73 III BÀN LUẬN 80 BÀI 7: MẠCH LƯU CHẤT 82 I CÂU HỎI CHUẨN BỊ 82 II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 84 III BÀN LUẬN 91 BÀI 8: ĐẶC TUYẾN BƠM LY TÂM 92 I CÂU HỎI CHUẨN BỊ 92 II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .96 III BÀN LUẬN .101 BÀI 9: THÍ NGHIỆM REYNOLD 102 I CÂU HỎI CHUẨN BỊ 102 II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 104 III BÀN LUẬN .105 BÀI 1: LỌC KHUNG BẢN I CÂU HỎI CHUẨN BỊ Nêu mục tiêu thí nghiệm Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc ưu nhược điểm thiết bị lọc khung Vận hành hệ thống thiết bị lọc khung Tính toán hệ số lọc dựa số liệu thực nghiệm đưa phương trình lọc tương ứng Lọc sử dụng để làm gì? Cho ví dụ? Lọc q trình loại bỏ tạp chất khơng mong muốn, chất cặn bẩn khỏi dung dịch chất lỏng khơng khí Mục đích thu dung dịch tinh khiết hơn, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng sản xuất sinh hoạt Ví dụ: lọc nước sạch, lọc bã cà phê, lọc dầu, lọc khí Nêu phương pháp tạo chênh lệch áp suất lọc Các phương pháp tạo chênh lệch áp suất lọc: Làm dày làm mỏng vách lọc lớp bã lọc Thay đổi vận tốc chảy lưu chất Tạo áp lực bên lọc hay đặt máy hút bên sản phẩm Lọc có chế độ, đặc trưng đại lượng nào? Lọc có chế độ lọc: lọc chân không lọc ép đặc trưng bề mặt lọc Lọc chân khơng bề mặt lọc đổi liên tục (cạo bã, làm bề mặt liên tục) Lọc ép phải tạo lớp bã đủ dày để tạo thành áo lọc Lọc ổn định lọc khơng ổn định gì? Ưu nhược điểm? Viết phương trình vi phân lọc nghiệm Phương trình vi phân lọc: Đặt : lượng nước lọc riêng ( ) Phương trình viết gọn sau: Vậy nghiệm phương trình q Nêu sơ đồ thí nghiệm lọc khung Thùng khuấy huyền phù Bơm huyền phù Thiết bị lọc khung Áp kế Nêu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm phạm vi sử dụng lọc khung Cấu tạo: Máy lọc khung gồm dãy khung có kích thước, xếp liền Khung có tay tựa hai nằm ngang, khung có vải lọc Giới hạn hai đầu gồm cố định, đầu di động di chuyển nhờ tay quay Ép chặt khung với lực cấu vít đai ốc thực tay quay Toàn thiết bị lọc khung đặt bệ đỡ Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu khung nối liền tạo thành ống dẫn nhô để ghép với hệ thống cấp liệu Nước lọc chảy từ chảy xuống để lấy theo van Nguyên lí hoạt động Huyền phù tác động áp suất đưa vào rãnh vào khoảng trống khung, chất lỏng chui qua vải lọc sang rãnh theo van ngồi, cịn bã bị giữ lại khung Để rửa bã người ta ngừng cho huyền phù cho nước vào Nước rửa chui qua lớp vải lọc, qua toàn bề dày lớp bã kéo theo chất lỏng lại bã qua lớp vải lọc thứ hai sang bên cạnh theo ống Ưu điểm: Ưu, nhược điểm: Bề mặt lọc lớn Dịch lọc loại bỏ nấm men Tấm đỡ thay dễ dàng Lọc cặn bẩn Không cần người có chun mơn cao điều khiển Nhược điểm: Cần nhiều thời gian vệ sinh Thay đỡ theo chu kỳ Giá thành đỡ cao Dung dịch bị chảy nhiều, phân bố không đồng Phải tháo khung cần giảm áp suất Nêu trình tự tiến hành thí nghiệm Pha 500g bột CaCO3 vào 20 lít nước để có dung dịch huyền phù lọc Đóng van V1 van V2 Cho dung dịch pha vào bồn chứa Bật công tắc máy khuấy, khuấy hỗn hợp dung dịch CaCO3 Mở van V3, V4, V5, V6 Mở bơm, điều chỉnh áp suất V4 đồng hồ áp suất mức mong muốn Đong dung dịch lọc đầu C1 ghi nhận thể tích thời gian 30 giây Làm thí nghiệm với chế độ áp suất khác 10 Trình bày phương pháp xử lí số liệu thí nghiệm 11 Nêu đại lượng cần đo Đại lượng cần đo thí nghiệm: áp suất P, Thể tích dung dịch đong V, thời gian đạt thể tích nước đong 12 Hãy kể tên vài loại thiết bị lọc lọc khung Thiết bị lọc ép sử dụng cột lọc Thiết bị lọc chân không dạng thùng quay Thiết bị lọc ly tâm Thiết bị lọc ép, 13 Nêu phương pháp để tăng suất lọc Tăng áp lực lọc Tăng áp suất lọc Gia nhiệt trình lọc để giảm độ nhớt 14 Nêu yếu tố ảnh hưởng tới trình lọc Vận tốc lưu chất lọc Áp suất lọc Lớp bã lọc, tính chất vách ngăn Lớp vải lọc Hệ thống lọc hay thiết bị lọc Trạng thái chất lọc, tính chất huyền phù Nhiệt độ lọc 15 Trình bày phương trình lọc áp suất khơng đổi ý nghĩa đại lượng Phương trình lọc áp suất khơng đổi: Trong đó: q = V/F – Lượng nước lọc riêng – Tỉ số thể tích bã ẩm thu lượng nước lọc : độ nhớt (kg/ms) V: thể tích nước lọc ( : thời gian lọc ấn định trước (s) : Trở lực riêng theo thể tích bã lọc (1/ 16 Nêu phương trình lọc tốc độ khơng đổi ý nghĩa đại lượng Phương trình lọc tốc độ không đổi, W = const II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Số liệu thơ a = b = 22 cm a) Cấp 1; n = khung P = 0,3 V (l) 18,52 32,54 46,20 60,38 74,23 12 15 P = 0,65 V (l) 13,88 24,44 34,75 45,51 55,56 12 15 P = 1,05 V (l) 10,10 19,18 26,57 33,73 41,38 12 15 b) Cấp 2; n = P = 0,35 30,33 51,75 72,45 92,75 111,58 12 15 V (l) P = 1,1 13,08 24,57 35,22 46,93 57,39 12 15 V (l) Tính tốn Cấp 1: a Diện tích bề mặt lọc S = 2.n.a.b = 2.6.0,22.0,22 = 0,5808 (m2) Với : n – số lượng khung lọc a, b – kích thước bề mặt lọc (cm) b Năng suất trình lọc c Lượng nước lọc riêng P = 0,3 V Q 12 15 18,52 32,54 46,20 60,38 74,23 18,52 14,02 13,66 14,18 13,85 0,162 0,184 0,195 0,199 0,202 5,17 10,33 15,50 20,66 25,83 P = 0,65 V 12 15 13,88 24,44 34,75 45,51 55,56 13,88 10,56 10,31 10,76 10,05 Q 0,216 0,245 0,259 0,264 0,270 5,17 10,33 15,50 20,66 25,83 P = 1,05 V Q 12 15 10,10 19,18 26,57 33,73 41,38 10,1 9,08 7,39 7,16 7,65 0,297 0,313 0,339 0,356 0,362 5,17 10,33 15,50 20,66 25,83 d Tính giá trị C, K theo phương trình lọc: Ta có: phương trình lọc áp suất khơng đổi, : Ví dụ: Ở P = 0,3: Thay q1 = 5,17, q2 = 10,33, = 18,52 = 14,02 Suy ra: { Vậy: { C K 0,3 6,74 2,32 0,65 6,75 3,1 1,05 7,28 4,8 e Vẽ đồ thị: Biểu diễn theo V 12 15 P = 0,3 18,52 32,54 46,20 60,38 74,23 P = 0,65 13,88 24,44 34,75 45,51 55,56 P = 1,05 10,10 19,18 26,57 33,73 41,38 V 16 14 Thể tích V 12 10 P = 0,3 P = 0,65 P = 1,05 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Thời gian τ Cấp 2: a Diện tích bề mặt lọc S = 2.n.a.b = 2.5.0,22.0,22 = 0,484 (m2) Với : n – số lượng khung lọc a, b – kích thước bề mặt lọc (m) b Năng suất trình lọc c Lượng nước lọc riêng P = 0,35 V Q 12 15 30,33 51,75 72,45 92,75 111,58 30,33 21,42 20,7 20,3 18,83 0,099 0,116 0,124 0,129 0,134 6,20 12,40 18,60 24,79 30,99 III BÀN LUẬN Theo lý thuyết, với đường kính lỗ đường kính màng nên V qua màng chắn venturi Màng chắn Venturi có cấu tạo khác Màng chắn thay đổi kích thước đột ngột nên áp suất lớn ventury => Cm < Cv Dựa vào kết ta thấy kết luận Cm < Cv Giản đồ biểu diễn Q với hiệu số P qua ống venturi màng chắn: Độ chênh lệch áp suất tăng ứng với giá trị Q, tổn thất lượng qua màng lớn qua ventury Sự phụ thuộc Cm Cv theo Re: Re tăng kéo theo P nên C tăng hay giảm phụ thuộc vào mức độ tăng nhiều hay Re P theo phương trình hệ số lưu lượng tỉ lệ thuận với vận tốc dòng chảy tỉ lệ nghịch với P o sánh lưu lượng kế màng venture: Từ kết thí nghiệm ta nhận thấy Pm > Pv nên sử dụng lưu lượng kế Venturi cho kết xác Chiều dài tương đương bé khi độ mở van lớn khả cản trở dịng chảy nhỏ Từ kết thí nghiệm ta nhận thấy chiều dài tương đương nhỏ van mở hoàn toàn 91 BÀI 8: ĐẶC TUYẾN BƠM LY TÂM I CÂU HỎI CHUẨN BỊ Nêu mục đích thí nghiệm Khảo sát hệ thống bơm ly tâm mắc nối tiếp mắc song song Đo áp suất đầu hút đầu đẩy hệ bơm lưu lượng thay đổi để thiết lập đường đặc tuyến bơm Bơm ly tâm gì? Máy bơm ly tâm loại máy bơm thuỷ lực cánh dẫn hoạt động nguyên lý lực ly tâm, lượng thuỷ động dòng chảy nhờ cánh quạt máy Theo đó, nước dẫn vào tâm quay cánh bờm nhờ lực ly tâm, đẩy văng mép cánh bơm Cấu tạo nguyên lý hoạt động bơm ly tâm Bơm ly tâm chuyển lượng cung cấp từ motor điện tuabin để chuyển thành động au chuyển thành lượng áp suất chất lỏng mà bơm Các biến đổi lượng tác dụng phần bơm, cánh guồng buồng xoắn ốc hay khuếch tán Bánh guồng phận quay mà truyền lượng động cung cấp thành lượng động học Bộ phận xoắn ốc khuếch tán phận tĩnh mà chuyển lượng động học thành Chất lỏng q trình vào đầu hút sau vào tâm cánh guồng Khi bánh guồng chuyển động, quay chất lỏng đặt vào khoảng trống cánh tạo gia tốc ly tâm Khi chất lỏng rời tâm cánh guồng, vùng áp suất thấp tạo làm cho chất lỏng bên tràn vào, chất lỏng đẩy tiếp tuyến theo hướng xuyên tâm lực ly tâm Tác động lực bên bơm giống lực mà giữ nước gàu mà quay đầu dây Ý nghĩa làm việc bơm ly tâm? Ý tưởng chủ đạo lượng tạo lực ly tâm lượng động học Lượng lượng cung cấp cho chất lỏng tỷ lệ với vận tốc gờ hay cánh đuôi cánh guồng Cánh guồng quay nhanh hay cánh guồng lớn vận tốc cao cánh cánh guồng lớn lượng cung cấp cho chất lỏng lớn Năng lượng động học chất lỏng thoát khỏi cánh guồng sử dụng 92 cách tạo trở kháng dòng Trở kháng tạo xoắn ốc bơm (vỏ bơm) mà hãm chất lỏng làm cho chuyển động chậm lại Trong đầu đẩy, chất lỏng giảm tốc vận tốc chuyển thành áp suất theo nguyên lý Bernoulli Các đường đặc tuyến bơm Đường đặc tuyến bơm tốc độ không đổi Mỗi thông số thông số đặc trưng bơm đo tốc độ bơm không đổi biểu diễn so với lưu lượng thể tích, Q, chuyển động qua bơm Đường biểu diễn đặc tuyến tổng hợp Một cách biểu diễn thông số đặc trưng bơm xây dựng đường bao công suất hiệu suất không đổi đồ thi cột áp bơm với lưu lượng bơm Những đường cho phép kỹ sư hiểu hiệu suất tố đa bơm dải thơng số hoạt động, mà hỗ trợ việc lựa chọn bơm thích hợp điều kiện cho H = f (Q) n = const Đồ thị đặc tuyến bơm Các thông số kỹ thuật bơm a) Lưu lượng (Q) Q Lượng chất lỏng cung cấp lên đường ống đẩy đơn vị thời gian Đơn vị tính: m3 /s, lít/phút b) Cột áp (II): Phần lượng riêng mà chất lỏng nhận di chuyển qua bơm Cột áp phụ thuộc vào cấu tạo cùa hệ thống 93 ∑ );m H( Trong đó: – chênh lệch hai vị trí (1) (2) P ρg v2 2g – Chênh lệch áp hai vị trí (1) (2) – Chênh lệch động hai vị trí (1) (2) ∑ h – Tổng tơn thất đường ống ma sát, cục – Khối lượng riêng chất lỏng g – gia tốc trọng trường c) Chiều cao hút bơm: Phụ thuộc vào áp suất bão hòa cấu tạo đường ống hút ∑ξ ) ; m ( Trong đó: : Áp suất khí : Áp suất ống hút : Vận tốc hút : hệ số ma sát : Chiều dài đường ống hút : Đường kính ống hút ∑ : Tổng hệ số trở lực d) Công suất bơm (N): Là lượng mà bơm tiêu thụ đơn vị thời gian ;W 94 Trong Q: Lưu lượng chất lỏng H: Chiều cao cột áp : Hiệu suất bơm Sơ đồ thiết bị thí nghiệm Bể chứa Bơm ly tâm Áp kế Lưu lượng kế Nêu trình tự thí nghiệm Bước 1: Cấp nước vào bể chứa (2/3 bể chứa) Bước 2: Tiến hành thí nghiệm vận hành bơm công suất 1HP Thao tác valve trạng thái đóng mở để chỉnh dịng chảy theo u cầu thí nghiệm qua bơm 1HP Khởi động bơm 1HP (khởi động biến tần 1HP) Chỉnh lưu lượng (chỉnh biến tần 1HP) Đo áp suất đầu hút đầu đẩy bơm 1HP Bước 3: Tiến hành thí nghiệm vân hành bơm công suất 2HP Thao tác valve trạng thái đóng mở để chỉnh dịng chảy theo yêu cầu thí nghiệm qua bơm 2HP Khởi động bơm 2HP (khởi động biến tần 2HP) Chỉnh lưu lượng (chỉnh biến tần 2HP) Đo áp suất đầu hút đầu đẩy bơm 2HP 95 Bước 4: Tiến hành thí nghiệm vận hành bơm cơng suất 1HP bơm công suất 2HP mắc nối tiếp Thao tác valve trạng thái đóng mở để chỉnh dịng chảy theo u cầu thí nghiệm qua bơm công suất 1HP bơm công suất 2HP mắc nối tiếp Khởi động bơm 1HP 2HP (khởi động biến tần 1HP 2HP) Chỉnh lưu lượng (chỉnh biến tần 1HP 2HP) Đo áp suất đầu hút đầu đẩy hệ bơm mắc nối tiếp Bước 5: Tiến hành thí nghiệm vận hành bơm công suất 1HP bơm công suất 2HP mắc song song Thao tác valve trạng thái đóng mở để chỉnh dịng chảy theo u cầu thí nghiệm qua bơm cơng suất 1HP bơm cơng suất 2HP mắc song song Khởi động bơm 1HP 2HP (khởi động biến tần 1HP 2HP) Chỉnh lưu lượng (chỉnh biến tần 1HP 2HP) Đo áp suất đầu hút đầu đẩy hệ bơm mắc song song II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Số liệu thực nghiệm h – Khoảng cách thẳng đứng hai vị trí đặt áp kế chân không kế, m h = 67 cm = 0,67 m Thí nghiệm 1: Vận hành bơm cơng suất 1HP STT (s) V (lít) Pak (mH2O) Pck (mH2O) 60 40 2 60 60 22 60 80 40 I (A) U (V) 0,005 220 Thí nghiệm 2: Vận hành bơm công suất 2HP STT (s) V (lít) Pak (mH2O) Pck (mH2O) 60 40 60 60 22 60 80 41 -1 96 I (A) U (V) 0,005 220 Thí nghiệm 3: Vận hành bơm công suất 1HP bơm công suất 2HP mắc nối tiếp STT (s) V (lít) Pak (mH2O) Pck (mH2O) 60 40 -3 60 60 23 -4 60 80 45 -1 I (A) U (V) 0,005 220 Thí nghiệm 4: Vận hành bơm cơng suất 1HP bơm công suất 2HP mắc song song STT (s) V (lít) Pak (mH2O) Pck (mH2O) 60 40 60 60 24 -1 60 80 41 I (A) U (V) 0,005 220 Xử lí số liệu a Năng suất bơm xác định theo công thức: Q= (m3/s) V – thể tích nước đo (lít) – Thời gian tương ứng với lượng nước đo (s) b Áp suất toàn phần bơm H = Pak + Pck + h + W 2đ W 2h 2.g Trong đó: Pak – áp suất ống đẩy (mH2O) Pck – áp suất chân không ống hút (mH2O) h – Khoảng cách thẳng đứng hai vị trí đặt áp kế chân không kế (m) Wđ – vận tốc nước ống đẩy (m/s) Wh – vận tốc nước ống hút (m/s) Mà: Wđ = Wh c Cơng suất hữu ích bơm 97 Q ρ g H Nb = (kW) 1000 g – Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 – Khối lượng riêng nước, tra bảng theo nhiệt độ làm việc Nhiệt độ vận hành, t = 30C (kg/m3) = 995,7 kg/m3 d Công suất tiêu thụ (tính cơng suất động cơ) N= (kW) U – điện đọc vôn kế V1, (V) I – cường độ dòng điện đọc ampe kế, (A) e Hệ số có ích bơm (hiệu suất bơm) = Nb N (%) Thí nghiệm STT τ V Q (m3/s) (s) (l) 60 40 6,67.10-4 60 60 60 80 1,33.10-3 10-3 Pak Pck (mH2O) (mH2O) H (m) Nb (kW) 0,08 0,02 0,77 5,02.10-3 0,22 0,05 0,94 9,18.10-3 0,40 0,08 1,15 I (A) U (V) N (kW) (%) 4,56 0,005 220 0.0011 0,0149 8,34 13,54 Thí nghiệm STT τ V Q (m3/s) (s) (l) 60 40 6,67.10-4 60 60 60 80 1,33.10-3 10-3 Pak Pck (mH2O) (mH2O) H (m) Nb (kW) 0,07 0,74 4,82.10-3 0,22 0,89 8,69.10-3 0,41 -0,1 0,98 98 0,0127 I (A) U (V) N (kW) (%) 4,38 0,005 220 0.0011 7,9 11,54 Thí nghiệm STT τ V Q (m3/s) (s) (l) 60 40 6,67.10-4 60 60 60 80 1,33.10-3 10-3 Pak Pck (mH2O) (mH2O) H (m) Nb (kW) 0,08 -0,03 0,72 4,69.10-3 0,23 -0,04 0,86 8,4.10-3 0,45 -0,01 1,11 0,0144 I (A) U (V) N (kW) (%) 4,26 0,005 220 0.0011 7,63 13,09 Thí nghiệm STT τ V Q (m3/s) (s) (l) 60 40 6,67.10-4 60 60 60 80 1,33.10-3 10-3 Pak Pck (mH2O) (mH2O) H (m) Nb (kW) I (A) U (V) N (kW) 0,74 4,82.10-3 0,07 0,24 -0,01 0,9 8,79.10-3 0,41 0,02 1,1 0,0143 4,38 0,005 220 0.0011 1,2 Áp suất toàn phần H (m) 1,1 0,9 0,8 Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm 0,6 Thí nghiệm 0,5 0,50 1,00 Lưu lượng Q.10-3 (m3/s) 99 7,99 13 Đồ thị a Mối quan hệ lưu lượng Q áp suất toàn phần bơm H 0,7 (%) 1,50 b Mối quan hệ lưu lượng Q công suất hữu ích bơm Nb Cơng suất hữu ích bơm Nb.10-3 (kW) 16 14 12 10 TN1 TN2 TN3 TN4 0,50 1,00 Lưu lượng Q.10-3 1,50 (m3/s) c Mối quan hệ giữ lưu lượng Q hiệu suất bơm Hiệu suất bơm (%) 14 12 10 Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm 0,50 1,00 Lưu lượng Q.10-3 (m3/s) 100 1,50 III BÀN LUẬN Trong q trình tiến hành thí nghiệm, điều chỉnh lưu lượng cần ý thao tác nhanh thực khơng q 10 giây tránh tình trạng bơm bị hư hỏng Do điều chỉnh lưu lượng không dẫn đến áp suất chênh lệnh lần lớn Khi giữ nguyên tốc độ, tăng lưu lượng cột áp bơm giảm dần cơng suất tăng dần Những nguyên nhân dẫn tới sai số thí nghiệm: Thao tác khơng thục, dẫn đến kết sai Thiết bị đo cũ dẫn tới số liệu khơng xác Nước cứng yếu tố gây tắc nghẽn ống dẫn từ dẫn tới sai số 101 BÀI 9: THÍ NGHIỆM REYNOLD I CÂU HỎI CHUẨN BỊ Cơ sở lý thuyết Để nghiên cứu chế độ chuyển động dòng chất lưu ống dẫn, năm 1883 Reynolds tiến hành thí nghiệm hình Bằng cách điều chỉnh van 1, vận tốc chất lưu ống thủy tinh thay đổi Reynolds nhận thấy, vận tốc nhỏ, dòng mực chuyển động ống thủy tinh sợi xuyên suốt ống Tiếp tục tăng vận tốc tới lúc đó, dịng mực bắt đầu gợn sóng Nếu tiếp tục tăng vận tốc lưu chất dịng mực hịa trộn hồn tồn nước, nghĩa khơng cịn nhìn thấy dịng mực Hiện tượng Reynolds giải thích sau, vận tốc lưu chất nhỏ, chất lỏng chuyển động theo lớp song song nên dòng mực chuyển động theo đường thẳng Trường hợp Reynolds gọi chế độ chảy tầng (chảy dòng) Khi vận tốc tăng đến giới hạn đó, lớp chất lỏng bắt đầu có tượng gợn sóng (chuyển động theo phương vng góc) dịng mực bị dao động tương ứng chế độ gọi chảy độ Tiếp tục tăng vận tốc lưu chất lớp chất lỏng chuyển động theo phương dịng mực bị hồ trộn hồn tồn lưu chất Trường hợp gọi chế độ chảy xoáy (chảy rối) = Trong đó: ω.d.ρ ω.d = v khối lượng riêng lưu chất, kg/m3 µ độ nhớt động lực học lưu chất, kg/ms ν độ nhớt động học, m2/s 102 w – vận tốc dòng lưu chất chuyển động ống, m/s dtd – đường kính tương đương, m dtd = Trong đó: 4f f – tiết diện ống, m2 U – chu vi thấm ướt ống, m Nếu ống trịn có đường kính D: Tiết diện f = D/4 chu vi thấm ướt = D suy dtd = 4f/U = D Nếu ống có tiết diện hình chữ nhật có cạnh a, b: Tiết diện f = a.b chu vi thấm ướt U = 2(a + b) suy dtd = 4f/U = 2ab/(a+b) Nếu ống có tiết diện hình vng cạnh a dtd=a Xác định chế độ dịng chảy từ chuẩn số Reynold Chế độ chảy Chảy dòng chảy tầng Chảy độ Chuẩn số Re Đặc điểm Re ≤ 2300 Đó q trình chảy có quy luật, phần tử dịng mơi chất chuyển động song song với mặt vách, môi chất chảy theo lớp không xáo trộn với nhau, nên hệ số tỏa nhiệt α không lớn, trao đổi nhiệt lớp chủ yếu dẫn nhiệt Do hệ số dẫn nhiệt chất lỏng chất khí nhỏ nên cường độ trao đổi nhiệt thấp 2300 ≤ Re ≤ 10000 Là tượng phần tử dòng chuyển động hỗn loạn xáo trộn với nhau, không theo quỹ đạo xác định có khuynh hướng chung chuyển động theo dịng chảy, phần tử mơi chất có hội tiếp xúc trao đổi nhiệt với mặt vách nhiều nên hệ số tỏa nhiệt tăng cao Trao đổi nhiệt chủ yếu đối lưu, cường 103 độ trao đổi nhiệt lớn Nhiệt độ vùng lòng chất lỏng tương đối đồng Chảy xốy ống Re ≥ 100000 Trong dịng chảy rối, xốy rối khơng ổn định xuất với nhiều kích cỡ khác chúng tương tác với Lực cản ma sát bề mặt lớp biên tăng lên Cấu trúc vị trí tách lớp biên thường xuyên thay đổi, dẫn đến việc giảm lực cản tổng thể Trình tự thí nghiệm Bước 1: Mở nguồn điện, mở máy bơm (8), cấp nước từ bình chứa nước thấp vị (12) lên bình chứa nước cao vị (4) Chờ bình chứa nước đầy tiến hành thí nghiệm Trong thời gian chờ đợi pha nước màu đổ vào bình chứa nước màu (1) Bước 2: Thí nghiệm với trường hợp lưu lượng tăng dần, cách mở rộng khóa nước (6), dòng chảy chuyển từ trạng thái chảy tầng sang trạng thái chảy rối Mở khóa nước (6) với độ mở nhỏ, để có dịng chảy ơng quan sát (5), mở khóa (2) bình chứa nước màu (1) dịng chảy vào ơng dẫn nước màu (3) Điều chỉnh khóa (2) cho lượng nước màu đủ quan sát Bước 3: Quan sát dòng nước màu chảy ông quan sát (5) để nhận xét trạng thái chảy Trạng thái (chảy tầng), tia màu sợi thẳng, ta xác định số Re tương ứng Bước 4: Mở dần khóa nước (6) để tăng dần lưu lượng nước ống quan sát (5), vận tốc nước chảy ống quan sát (5) tăng lên Trạng thái chảy (chảy độ), tia màu bắt đầu gợn sóng, đứt đoạn, ta xác định số Re tương ứng Bước 5: Tiếp tục mở dần khóa nước (6) rộng nữa, lưu lượng ống quan sát (5) tăng lên, vận tốc nước chảy tăng lên với trạng thái chảy thứ 3(chảy xốy rối), tia màu hịa lẫn hồn tồn vào dịng nước, ta xác định số Re tương ứng Bước 6: Thí nghiệm ngược lại với trường hợp lưu lượng giảm dần: dòng chảy chuyển từ trạng thái chảy rối sang trạng thái chảy tầng Ta xác định số Re tương ứng II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Các thơng số: Nhiệt độ vận hành t = 20C Tra bảng dựa vào nhiệt độ ta có: o Khối lượng riêng = 998,2 kg/m3 o Độ nhớt động lực học = 1,004.10-3 (N.s/m2) o Độ nhớt động học = 1,006.10-3 (m2/s) 104 Tiết diện F = 2,547.10-4 (m2) Đường kính d = 0,018 (m) Q (lít/s) = Q (m3/s).10-3 = Q/F (m/s) a Trường hợp chảy dòng Re < 2300 TN Q (lít/s) Q (m3/s) (m) Re 5.10-3 19,63 351,23 7,5 7,5.10-3 29,45 526,94 9.10-3 35,33 632,15 12 12.10-3 47,11 842,92 12,5 12,5.10-3 49,08 878,17 b Trường hợp chảy độ 2300 Re 10000 TN Q (lít/s) Q (m3/s) (m) Re 33 33.10-3 129,68 2320,32 33,5 33,5.10-3 131,65 2355,57 34 34.10-3 133,65 2391,35 34,5 34,5.10-3 135,58 2425,88 35 35.10-3 137,54 2460,95 c Trường hợp chảy rối Re > 10000 TN Q (lít/s) Q (m3/s) (m) Re 150 0,15 589,46 10546 155 0,155 609,11 10898 160 0,16 628,76 11250 165 0,165 648,41 11601 170 0,17 668,05 11953 III BÀN LUẬN 105