bai thi nghiem khuay chat long

Baùo caùo thí nghieäm: KHUAÁY CHAÁT LOÛNG

I. TRÍCH YEÁU1. Muïc ñích

Khaûo saùt giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát khuaáy vôùi nhieàu heä thoáng coù hình daïng khaùc nhau.

2. Phöông phaùp Ta thöïc hieän khuaáy 2 chaát loûng laø daàu vaø nhôùt baèng

caùc caùnh khuaáy turbine (CT2, CT3) vaø chaân vòt (CP2) ôû caùc vaän toác khaùc nhau öùng vôùi hai cheá ñoä: coù vaø khoâng coù taám chaën.

Ño caùc giaù trò löïc ma saùt (khi caùnh khuaáy quay, löïc ma saùt truyeàn leân caùnh khuaáy vaø laøm cho ñoäng cô quay treân oå bi) öùng vôùi töøng tröôøng hôïp thí nghieäm.

Tính toaùn caùc giaù trò coâng suaát cuûa ñoäng cô, chuaån soá Re vaø chuaån soá coâng suaát khuaáy Np öùng vôùi töøng tröôøng hôïp, töø ñoù xaây döïng caùc giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát khuaáy cho caùc tröôøng hôïp thí nghieäm.

3. Keát quaû thí nghieämBaûng 1: Keát quaû thí nghieäm vôùi nhôùt.

Baûng 2: Keát quaû thí nghieäm vôùi daàu.

Cheá ñoä khuaáy

N(v/ph)F(lbf)

CT2

Coù taám chaën

50 0,068400 0,079700 0,148900 0,1831100 0,21

Khoâng taám chaën

50 0,07400 0,078700 0,113900 0,1381100 0,156

II. LYÙ THUYEÁT TN

Trang 1

Cheá ñoä khuaáy

N(v/ph)F(lbf)

CT2 CT3 CP2

Coù taám chaën

200 0,085 0,074 0,078400 0,098 0,095 0,084600 0,142 0,106 0,102800 0,195 0,128 0,1101000 0,222 0,152 0,123


200 0,079 0,077 0,078400 0,088 0,086 0,081600 0,122 0,109 0,095800 0,166 0,118 0,1081000 0,189 0,128 0,111


1. Khaùi nieäm cô baûn: Khuaáy laø quaù trình cung caáp naêng löôïng ñeå taïo ra moät

doøng chaûy thích hôïp trong thieát bò nhaèm laøm giaûm söï khoâng ñoàng nhaát trong chaát loûng. Ñoù laø söï cheânh leäch veà noàng ñoä, ñoä nhôùt, nhieät ñoä ôû nhöõng ñieåm khaùc nhau trong loøng chaát loûng.

Ngöôøi ta coù theå khuaáy troän chaát loûng baèng cô khí (duøng caùnh khuaáy), baèng khí neùn (suïc khí) hoaëc baèng tieát löu hay tuaàn hoaøn chaát loûng.

Trong caùch khuaáy troän baèng cô khí, moät vaøi loaïi caùnh khuaáy thöôøng ñöôïc duøng laø:

Phaïm vi öùng duïng cuûa hai loaïi maùi cheøo ñöôïc söû duïng trong baøi thí nghieäm laø:

+ Loaïi caùnh khuaáy turbine: Loaïi naøy duøng ñeå khuaáy chaát loûng coù ñoä nhôùt cao ( = 5.105 cP), ñeå ñieàu cheá huyeàn phuø mòn, ñeå hoøa tan nhanh chaát raén hoaëc ñeå khuaáy troän chaát loûng ñaõ laéng caën coù noàng ñoä pha raén ñeán 80%.

+ Loaïi caùnh khuaáy chaân vòt: Duøng ñeå ñieàu cheá huyeàn phuø, nhuõ töông. Loaïi caùnh khuaáy naøy duøng khoâng thích hôïp vôùi chaát loûng coù ñoä nhôùt cao hoaëc khuaáy troän hoãn hôïp, trong ñoù pha raén coù khoái löôïng rieâng lôùn.

Trong caùc heä thoáng khuaáy, moät soá yeáu toá ñöôïc quan taâm laø:

Choïn caùnh khuaáy Thôøi gian khuaáy Coâng suaát tieâu toán Soá voøng quay Ñoä lôùn cuûa beà maët truyeàn nhieät.

Trong baøi thí nghieäm naøy ta seõ xem xeùt veà yeáu toá coâng suaát khuaáy vaø tieân ñoaùn coâng suaát khuaáy cho moät heä thoáng nhaát ñònh.

2. Phaân tích thöù nguyeân:Coâng suaát khuaáy phuï thuoäc vaøo toác ñoä, tính chaát cuûa moâi

tröôøng vaø ñaëc tính hình hoïc cuûa thieát bò, töùc laø: Vaän toác caùnh khuaáy (v/ s). Ñaëc tính cuûa chaát loûng: ñoä nhôùt (Pa.s), khoái löôïng

rieâng (kg/m3). Ñoä cao cuûa chaát loûng trong bình chöùa H (m). Ñöôøng kính caùnh khuaáy d (m). Ñöôøng kính bình khuaáy D vaø caáu truùc bình khuaáy (loaïi

caùnh khuaáy, hình daùng bình chöùa, soá taám chaën,…)Nhö vaäy, ta coù quan heä :

P = f (N, d, , , D, H, Z, caùc kích thöôùc hình hoïc khaùc)

Baèng phöông phaùp phaân tích thöù nguyeân, ngöôøi ta thieát laäp caùc phöông trình chuaån soá tính coâng suaát khuaáy döôùi daïng :

Trang 2


= f*

hay laø:P = f (ReK, Frk, , Euk…)

Trong ñoù:

NP = : chuaån soá coâng suaát, coù yù nghóa cuûa moät

thöøa soá ma saùt. Noù phuï thuoäc vaøo cheá ñoä thuûy ñoäng löïc hoïc trong thieát bò.

Re = : chuaån soá Reynolds cuûa caùnh khuaáy, tyû soá

giöõa löïc ly taâm vaø löïc ma saùt. Noù ñaëc tröng cho cheá ñoä chaûy cuûa löu chaát trong bình khuaáy.

Fr = : chuaån soá Froude, tyû soá giöõa löïc ly taâm vaø löïc

troïng tröôøng, ñaëc tröng cho söï hình thaønh xoaùy pheãu.

, , ,… caùc thöøa soá hình daïng cuûa heä thoáng.

Giöõa caùc heä thoáng thoûa maõn ñieàu kieän ñoàng daïng hình hoïc, caùc thöøa soá hình daïng baèng nhau, ta coù theå boû qua aûnh höôûng cuûa chuùng. Vì theá:

N P = f*(Re, Fr,…) (*)3. Giaûn ñoà coâng suaát:Trong moãi cheá ñoä chaûy (doøng, quaù ñoä, chaûy xoaùy coù xuaát

hieän xoaùy pheãu vaø khoâng coù suaát hieän xoaùy pheãu), ta coù coâng thöùc tính coâng suaát khuaáy rieâng. ÔÛ ñaây ta chæ xeùt ñeán tröôøng hôïp chaûy xoaùy.

Coâng thöùc toång quaùt ñeå xaùc ñònh coâng suaát khuaáy troän:

P = N P.N3.d5. (W)Trong ñoù NP phuï thuoäc vaøo hai chuaån soá Re vaø Fr. Ta coù 3

caùch ñeå xaùc ñònh chuaån soá coâng suaát khuaáy: Xaùc ñònh chuaån soá coâng suaát theo giaûi tích. Xaùc ñònh chuaån soá coâng suaát theo ñoà thò. Xaùc ñònh chuaån soá coâng suaát theo phöông trình chuaån soá.

Vieäc xaùc ñònh chuaån soá coâng suaát baèng giaûi tích ñeán nay vaãn coøn laø moät vaán ñeà khoù khaên. Vì theá, ngöôøi ta duøng thöïc nghieäm ñeå xaây döïng quan heä giöõa 3 chuaån soá noùi treân.

Thoâng thöôøng, ngöôøi ta giöõ coá ñònh moät trong hai thoâng soá ôû moät giaù trò naøo ñoù (giaû söû laø Re ôû Re1), laøm thí nghieäm vôùi caùc giaù trò Fr1, Fr2,… ñeå ñöôïc caùc NP töông öùng. Sau ñoù seõ thay ñoåi noù ñeán caùc giaù trò khaùc (chaúng haïn Re2, Re3,…) vaøø cöù laëp laïi quy trình. Ta coù theå duøng moät maët phaúng 3 chieàu Re – Fr - N P

ñeå moâ taû phöông trình (*)

Trang 3


Töø giaûn ñoà 3 chieàu , ta coù theå quy veà giaûn ñoà 2 chieàu ñeå söû duïng. Tuy nhieân ngöôøi ta nhaän thaáy, ñoái vôùi ña soá heä thoáng thöïc, Fr khoâng phaûi laø yeáu toá aûnh höôûng quyeát ñònh leân NP. Ví duï nhö chuaån soá Fr thöôøng chæ ñöôïc tính ñeán khi maët thoaùng chaát loûng khoâng coøn ôû daïng phaúng do aûnh höôûng cuûa toác ñoä quay. Do ñoù ta veõ ñoà thò quan heä giöõa NP vaø Re, boû qua aûnh höôûng cuûa Fr. Ñoà thò moâ taû ñoù goïi laø giaûn ñoà coâng suaát khuaáy. Ta coù ví duï veà giaûn ñoà coâng suaát khuaáy nhö hình.

4. Tieân ñoaùn coâng suaát cho caùc heä thoáng thöïc:Khi caàn thieát xaây döïng moät heä thoáng khuaáy troän coâng

nghieäp, ngöôøi ta thöôøng taïo nhöõng moâ hình maãu nhoû roài xaây döïng giaûn ñoà coâng suaát cho caùc heä thoáng naøy. Moâ hình maãu phaûi ñoàng daïng vôùi caùc moâ hình thöïc teá vaø do ñoù, ta coù theå duøng chung giaûn ñoà coâng suaát cuûa moâ hình nhoû cho moâ hình lôùn. Töø ñoù, ta coù theå tieân ñoaùn coâng suaát khuaáy troän caàn thieát.

Trang 4


Trang 5


Trang 6


III. DUÏNG CUÏ, THIEÁT BÒ VAØ PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM1. Thieát bò thí nghieäm: 2 bình chöùa daàu vaø nhôùt. 2 caùnh khuaáy turbine CT2 (lôùn), CT3 vaø 1 caùnh khuaáy chaân

vòt CP2. 1 truïc gaén caùnh khuaáy. 1 boä taám chaën 4 taám. 1 ñoäng cô ¼ maõ löïc coù theå thay ñoåi ñöôïc vaän toác töø 0

ñeán 1200 voøng/phuùt (rpm) baèng hoäp soá. Ñoäng cô ñöôïc ñaët treân oå bi.

1 löïc keá loø xo coù thang ño töø 0 ñeán 2 lbf. 1 vaän toác keá coù 3 thang ño hoaït ñoäng theo nguyeân taéc

ñieän töø (0 – 300 rpm, 0 – 600 rpm, 0 – 1200 rpm).2. Phöông phaùp thí nghieäm:

2.1. Phöông phaùp ño:2.1.1. Coâng suaát khuaáy:

Khi caùnh khuaáy quay, löïc ma saùt truyeàn leân caùnh khuaáy vaø laøm cho ñoäng cô quay treân oå bi. Ta gaén loø xo löïc keá vaøo ñoäng cô ñeå haõm noù laïi, ñoïc soá ño treân löïc keá. Soá ño naøy chính laø ñoä lôùn cuûa löïc ma saùt F giöõa chaát loûng vaø caùnh khuaáy.

Coâng sinh ra khi ñieåm ñaët loø xo chuyeån ñoäng töông ñoái moät khoaûng ds:

dA = FdsKhi chuyeån ñoäng troïn moät voøng:

vôùi r laø khoaûng caùch töø vò trí gaén loø xo ñeán truïc ñoäng cô. Trong heä thoáng thí nghieäm naøy, r = 5 inch.

Coâng suaát cuûa ñoäng cô:

vôùi laø thôøi gian ñoäng cô quay heát moät

voøng.

Nhö vaäy:P = 2FrN

2.1.2. Vaän toác khuaáy NÑoïc treân vaän toác keá theo ñôn vò voøng/phuùt (rpm).

2.2. Noäi dung thí nghieämThí nghieäm ñöôïc thöïc hieän vôùi hai chaát loûng laø nhôùt vaø

daàu. Ñoái vôùi nhôùt tieán haønh laàn löôït vôùi caû ba caùnh khuaáy, vôùi daàu chæ duøng caùnh khuaáy CT2. ÖÙng vôùi moãi caùnh khuaáy phaûi ño hai cheá ñoä: coù vaø khoâng coù taám chaën. Vaän toác khuaáy thay ñoåi töø 100 ñeán 1100 voøng/phuùt. Vôùi nhôùt coù theå choïn vaän toác 200, 400, 600, 800 vaø 1000. Vôùi daàu neân ñeå 50, 400, 700, 900 vaø 1100.Chuù yù:

Trang 7


Khoâng neân chaïy maùy quaù 1100 voøng/phuùt, maùy seõ rung, nguy hieåm.

Khi ñoïc vaän toác luoân thöû ñeå ôû thang ño 0 – 1200 rpm tröôùc. Neáu thaáy chöa ñuû chính xaùc thì môùi giaûm xuoáng thang ño nhoû hôn. Traùnh ñeå kim chæ nhaûy quaù möùc toái ña cuûa thang ño.

Moãi khi baät taét ñoäng cô hay thay ñoåi vaän toác khuaáy, phaûi duøng tay giöõ ñoäng cô ñeå cho löïc ban ñaàu khoâng laøm ñoäng cô xoay maïnh seõ gaây va chaïm vaø laøm hö maùy.

Khi thaùo laép caùnh khuaáy, truïc… khoâng ñeå rôi xuoáng bình laøm vôõ bình.

Tröôùc khi duøng löïc keá phaûi chænh veà 0 khi ñoäng cô khoâng quay.

Khi quay hoäp soá ñeå ñieàu chænh vaän toác, phaûi thaùo rôøi loø xo khoûi ñoäng cô.IV. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM

Baûng 3: Keát quaû tính cho tröôøng hôïp khuaáy nhôùt baèng caùnh khuaáy CT2

Cheá ñoä

khuaáy

N(v/ph)

N(v/s) F(lbf) F(N) P(W) Re Np

Coù taám chaën

200 3,333 0,085 0,378 1,006 181,463 12,408400 6,667 0,098 0,436 2,320 362,926 3,577600 10,000 0,142 0,632 5,042 544,390 2,303800 13,333 0,195 0,868 9,232 725,853 1,779

1000 16,667 0,222 0,988 13,139 907,316 1,296

Khoâng coù taám

chaën

200 3,333 0,079 0,352 0,935 181,463 11,532400 6,667 0,088 0,392 2,083 362,926 3,212600 10,000 0,122 0,543 4,332 544,390 1,979800 13,333 0,166 0,739 7,859 725,853 1,515

1000 16,667 0,189 0,841 11,185 907,316 1,104

Trang 8

Re

Np


Hình 5 : Giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát khuaáy cho tröôøng hôïp khuaáy nhôùt baèng caùnh khuaáy CT2

Baûng 4: Keát quaû tính cho tröôøng hôïp khuaáy nhôùt baèng caùnh khuaáy CT3

Cheá ñoä

khuaáy

N(v/ph)


Coù taám chaën

200 3.333 0.074 0.329 0.876 126.016 26.880400 6.667 0.095 0.423 2.249 252.032 8.627600 10.000 0.106 0.472 3.764 378.048 4.278800 13.333 0.128 0.570 6.060 504.065 2.906

1000 16.667 0.152 0.676 8.996 630.081 2.209

Khoâng coù taám

chaën

200 3.333 0.077 0.343 0.911 126.016 27.970400 6.667 0.086 0.383 2.036 252.032 7.810600 10.000 0.109 0.485 3.871 378.048 4.399800 13.333 0.118 0.525 5.587 504.065 2.679

1000 16.667 0.128 0.570 7.575 630.081 1.860

Hình 6 : Giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát khuaáy cho tröôøng hôïp khuaáy nhôùt baèng caùnh khuaáy CT3

Trang 9

Np

Re

Coù taám chaën

Khoâng coù taám


Baûng 5: Keát quaû tính cho tröôøng hôïp khuaáy nhôùt baèng caùnh khuaáy CP2

Cheá ñoä

khuaáy

N(v/ph)


Coù taám chaën

200 3,333 0,078 0,347 0,923 181,463 11,387400 6,667 0,084 0,374 1,989 362,926 3,066600 10,000 0,102 0,454 3,622 544,390 1,654800 13,333 0,11 0,490 5,208 725,853 1,004

1000 16,667 0,123 0,547 7,279 907,316 0,718

Khoâng coù taám

chaën

200 3,333 0,078 0,347 0,923 181,463 11,387400 6,667 0,081 0,360 1,918 362,926 2,956600 10,000 0,095 0,423 3,373 544,390 1,541800 13,333 0,108 0,481 5,113 725,853 0,985

1000 16,667 0,111 0,494 6,569 907,316 0,648

Hình 7 : Giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát khuaáy cho tröôøng hôïp khuaáy nhôùt baèng caùnh khuaáy CP2

Trang 10

Np

Re

Coù taám chaën

Khoâng coù taám


Baûng 6: Keát quaû tính cho tröôøng hôïp khuaáy daàu baèng caùnh khuaáy CT2

Cheá ñoä

khuaáy

N(v/ph)


Coù taám chaën

50 0,833 0,068 0,303 0,201 75,768 166,647400 6,667 0,079 0,352 1,869 606,144 3,025700 11,667 0,148 0,659 6,128 1060,752 1,851900 15,000 0,183 0,814 9,742 1363,825 1,384

1100 18,333 0,210 0,935 13,664 1666,897 1,063

Khoâng coù taám

chaën

50 0,833 0,070 0,312 0,207 75,768 171,548400 6,667 0,078 0,347 1,846 606,144 2,987700 11,667 0,113 0,503 4,679 1060,752 1,413900 15,000 0,138 0,614 7,347 1363,825 1,044

1100 18,333 0,156 0,694 10,151 1666,897 0,790

Hình 8 : Giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát khuaáy cho tröôøng hôïp khuaáy daàu baèng caùnh khuaáy CT2

Trang 11

Np

Re

Coù taám chaën

Khoâng coù taám

Coù taám chaën

Khoâng coù taám


V. BAØN LUAÄN Thieát keá boàn nhôùt coù theå tích 50m 3 - Trong quaù trình thí nghieäm, tieán haønh ño caùc kích thöôùc cuûa

bình chöùa, ta ñöôïc caùc keát quaû nhö sau:H: 0,26 (m)D:0,245 (m) (ta duøng ñöôøng kính trong cuûa bình chöùa ñeå laøm

cô sôû thieát keá boàn chöùa nhôùt 50m3 theo tieâu chuaån ñoàng daïng).

Vôùi: H: chieàu cao coät nhôùt trong bình, m.D: ñöôøng kính trong cuûa bình, m.

- Ñeå thieát keá ñöôïc boàn nhôùt 50m3 ñoàng daïng vôùi bình khuaáy trong thí nghieäm thì phaûi thoûa ñieàu kieän sau:

Vôùi H’: chieàu cao coät nhôùt trong boàn 50m3, m.D’: ñöôøng kính cuûa boàn nhôùt 50m3, m.

- Theå tích cuûa boàn nhôùt ñöôïc tính theo coâng thöùc:

Töø caùc ñieàu kieän (1) vaø (2), ta suy ra ñöôïc kích thöôùc töông öùng cuûa boàn nhôùt 50m3 phaûi thieát keá nhö sau:

- Boàn nhôùt coù ñöôøng kính: D’ = 3,91 (m)- Boàn nhôùt coù chieàu cao: H 5(m) - Chieàu cao cuûa nhôùt trong boàn: H’ = 4,15 (m)Vôùi caùc kích thöôùc töông öùng nhö treân, ta ñaõ thieát keá ñöôïc

boàn nhôùt coù theå tích 50m3 ñoàng daïng vôùi bình khuaáy nhôùt trong phoøng thí nghieäm.

Choïn caùnh khuaáy CT2 ôû cheá ñoä khoâng taám chaën trong quaù trình thí nghieäm ñeå laøm chuaån cho vieäc choïn loaïi caùnh khuaáy vaø kích thöôùc caùnh khuaáy trong quaù trình khuaáy nhôùt trong boàn 50m3.

Ta cuõng choïn caùnh khuaáy loaïi turbin vaø ñoä nhuùng saâu cuûa caùnh khuaáy vaøo boàn nhôùt cho boàn 50m3 theo tieâu chuaån sau:

Vôùi d, d’: ñöôøng kính caùnh khuaáy trong phoøng thí nghieäm vaø trong boàn 50m3.Z,Z’: chieàu cao tính töø ñaùy bình ñeán caùnh khuaáy trong

phoøng thí nghieäm vaø trong boàn 50m3. Töø tieâu chuaån treân ta choïn ñöôïc ñöôøng kính caùnh khuaáy d’ =

1,22 (m). Nhö vaäy, quaù trình khuaáy nhôùt trong boàn theå tích 50m3

Trang 12


laø ñoàng daïng vôùi quaù trình trong phoøng thí nghieäm ta ñaõ tieán haønh.

Quaù trình khuaáy trong bình chöùa 50m3, ta choïn 5 giaù trò vaän toác khuaáy nhö sau:

Baûng 7: Keát quaû tính cho tröôøng hôïp khuaáy nhôùt baèng caùnh khuaáy turbin ñoàng daïng vôùi caùnh khuaáy CT2

Cheá ñoä

Caùnh khuaáy

Vaän toác khuaáy(voøng/phuùt)

Voøng/s

Re


Turbin

200 3,3346515,

6

400 6,6793031,

1

600 10,0013954

7,0

800 13,3318606

2,0

1000 16,6723257

8,0Vì hai quaù trình khuaáy laø ñoàng daïng vôùi nhau neân ta coù theå

döïa treân giaûn ñoà coâng suaát khuaáy ñaõ thieát laäp ñöôïc trong quaù trình thí nghieäm ñeå tieân ñoaùn coâng suaát khuaáy cuûa boàn nhôùt 50m3 vôùi caùc vaän toác ñaõ choïn.

Ñoà thò cuûa coâng suaát khuaáy P theo Re trong cheá ñoä khuaáy khoâng taám chaën, duøng caùnh khuaáy CT2 ñöôïc cho nhö sau:

Hình 9 : Giaûn ñoà coâng suaát khuaáy theo Re trong tröôøng hôïp boàn nhôùt 50m3

Baûng 8: Keát quaû tính coâng suaát khuaáy cho tröôøng hôïp khuaáy nhôùt baèng caùnh khuaáy turbin ñoàng daïng vôùi

caùnh khuaáy CT2

Cheá ñoä

Caùnh khuaá

y

Vaän toác khuaáy(voøng/phuùt)

Voøng/s

ReCoâng suaát

khuaáy(W)

Trang 13



CT2

200 3,3346515,

633,18

400 6,6793031,

137,39

600 10,00139547

,039,85

800 13,33186062

,041,60

1000 16,67232578

,042,96

Töø caùc soá lieäu tính toaùn ñöôïc ôû treân, ta seõ veõ ñöôïc ñoà thò bieåu dieãn moái quan heä giöõa coâng suaát khuaáy P vaø vaän toác N.

Caâu 1: Nhaän xeùt aûnh höôûng cuûa taám chaën ñeán coâng suaát khuaáy:

Tröôøng hôïp caùnh khuaáy CT2: o Khuaáy daàu : Khi vaän toác khuaáy nhoû, coâng suaát khuaáy khi coù taám chaën nhoû hôn khoâng coù taám chaën. Coøn khi vaän toác khuaáy lôùn (400rpm) thì coâng suaát khuaáy khi coù taám chaën lôùn hôn khoâng coù taám chaën.o Khuaáy nhôùt : Trong moïi vaän toác khaûo saùt, coâng suaát khuaáy khi coù taám chaën luoân lôùn hôn khi khoâng coù taám chaën.

Tröôøng hôïp caùnh khuaáy CT3: ÔÛ vaän toác 200 vaø 600 rpm thì coâng suaát khuaáy khi coù taám chaën nhoû hôn khoâng coù taám chaën, coøn ôû caùc vaän toác coøn laïi thì coâng suaát khuaáy khi coù taám chaën lôùn hôn khoâng coù taám chaën.

Tröôøng hôïp caùnh khuaáy CP2: Trong moïi vaän toác khaûo saùt, coâng suaát khi coù taám chaën luoân lôùn hôn tröôøng hôïp khoâng coù taám chaën.

Nhìn chung, giaù trò coâng suaát khuaáy khi coù taám chaën thöôøng lôùn hôn khi khoâng coù taám chaën vaø khoâng khaùc nhau nhieàu laém. Bôûi vì khi coù taám chaën thì caùc doøng löu chaát seõ bò ma saùt vôùi taám chaën neân seõ toán theâm coâng suaát ñeå thaéng löïc ma saùt ñoù.

Caâu 2: Nhaän xeùt söï tieâu thuï naêng löôïng cuûa töøng loaïi caùnh khuaáy

Cheá ñoä khuaáy

Vaän toác

NP

CT2 CT3 CP2

Trang 14


trong khuaáy

Coù taám chaën

200 1,006 0,876 0,923400 2,320 2,249 1,989600 5,042 3,764 3,622800 9,232 6,060 5,2081000 13,139 8,996 7,279

Khoâng coù taám chaën

200 0,935 0,911 0,923400 2,083 2,036 1,918600 4,332 3,871 3,373800 7,859 5,587 5,1131000 11,185 7,575 6,569

Theo baûng keát quaû treân, ta coù möùc ñoä tieâu toán naêng löôïng cuûa caùc loaïi caùnh khuaáy theo thöù töï laø:

ÔÛ vaän toác khuaáy nhoû (200 rpm): CT2 > CP2 >CT3

ÔÛ vaän toác khuaáy lôùn (>200 rpm): CT2 > CT3 > CP2

Bôûi vì: Vôùi cuøng vaän toác khuaáy, löïc ma saùt taùc duïng leân caùnh khuaáy phuï thuoäc vaøo tieát dieän vuoâng goùc vôùi vaän toác daøi cuûa caùnh khuaáy. Caùnh khuaáy kieåu turbine coù beà maët vuoâng goùc vôùi vaän toác daøi cuûa caùnh khuaáy lôùn hôn caùnh khuaáy chaân vòt neân seõ chòu taùc duïng cuûa löïc ma saùt nhieàu hôn, laøm tieâu toán naêng löôïng khuaáy nhieàu hôn. Caùnh khuaáy caøng lôùn thì chòu löïc ma saùt taùc duïng caøng nhieàu.Ngoaøi ra, ta cuõng coù moät nhaän xeùt laø khi vaän toác caøng

lôùn thì cheânh leäch coâng suaát khuaáy tieâu toán cho töøng loaïi caùnh khuaáy caøng cheânh leäch roõ.

Caâu 3: Ta choïn khoaûng caùch giöõa caùc vaän toác trong tröôøng hôïp khuaáy daàu lôùn hôn khuaáy nhôùt vì:

Ñoä nhôùt cuûa daàu nhoû hôn nhieàu so vôùi ñoä nhôùt cuûa nhôùt (daàu = 51,84cP coøn nhôùt = 90,89cP) neân vôùi cuøng moät toác ñoä quay thì löïc ma saùt giöõa daàu vôùi caùnh khuaáy seõ nhoû hôn löïc ma saùt giöõa nhôùt vôùi caùnh khuaáy. Do ñoù vaän toác caùnh khuaáy khi khuaáy daàu phaûi thay ñoåi moät giaù trò ñaùng keå thì ta môùi coù theå khaûo saùt thaáy söï thay ñoåi cuûa löïc ma saùt, laøm giaûm ñi sai soá chuû quan cuûa quaù trình thí nghieäm, trong khi ñoù ta chæ caàn thay ñoåi vaän toác khuaáy nhôùt moät löôïng nhoû hôn thì ñaõ ñaït ñöôïc nhöõng muïc ñích treân. Cho neân ta choïn:

Vaän toác khuaáy daàu: 50, 400, 700, 900 vaø 1100 voøng/phuùt.

Vaän toác khuaáy nhôùt: 200, 400, 600, 800 vaø 1000 voøng/phuùt.

Caâu 4: Trong tröôøng hôïp naøo thì coù xoaùy pheãu? Nguyeân nhaân gaây ra xoaùy pheãu:

Trang 15


Chaát loûng khi chuyeån ñoäng trong thuøng khuaáy chòu taùc duïng cuûa tröôøng löïc ly taâm caùnh khuaáy, cho neân beà maët thoaùng chaát loûng trong thieát bò töø phaúng chuyeån thaønh parabol maø ñaùy cuûa noù taïi taâm (nhö hình veõ). Hieän töôïng naøy goïi laø söï taïo pheãu trong thieát bò khuaáy.

Ñeå bieát trong tröôøng hôïp naøo thì coù xoaùy pheãu, ta haõy xem xeùt ñoà thò moâ taû söï phuï thuoäc giöõa chuaån soá coâng suaát khuaáy vaø Rek sau:

Ta thaáy ñoà thò coù 4 phaàn: AB (Rek < 20): öùng vôùi chuyeån ñoäng doøng. BC vaø BE: bieåu thò giai ñoaïn töø chaûy quaù ñoä chuyeån sang

chaûy xoaùy. CD (Rek > 300): ñaëc tröng cho phaïm vi chaûy xoaùy nhöng

khoâng xuaát hieän xoaùy pheãu (do coù duøng bieän phaùp choáng xoaùy pheãu).

EF (Rek > 300): cuõng thuoäc phaïm vi chaûy xoaùy nhöng coù xuaát hieän xoaùy pheãu.

Xoaùy pheãu laø coù haïi vì:* Söï taïo pheãu aûnh höôûng khoâng toát ñeán

quaù trình khuaáy. Töø pheãu khí coù theå xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng loûng laøm giaûm hieäu quaû cuûa quaù trình khuaáy (ta xeùt khuaáy chaát loûng), ñoàng thôøi caùnh khuaáy chòu taùc duïng cuûa löïc phuï laøm taêng coâng suaát khuaáy.

Trang 16


* Ngoaøi ra caùc chaát loûng ñem khuaáy thöôøng coù tính chaát vaät lyù khaùc nhau (ñoä nhôùt, khoái löôïng rieâng), neân döôùi taùc duïng cuûa tröôøng löïc ly taâm coù theå xuaát hieän khaû naêng phaân ly (phaân lôùp) cuûa caùc chaát loûng, laøm giaûm hieäu quaû cuûa quaù trình khuaáy (muïc ñích cuûa khuaáy laø laøm giaûm söï khoâng ñoàng nhaát, söï phaân lôùp cuûa caùc chaát).

Nhöõng phöông phaùp laøm maát xoaùy pheãu laø: Ñaët leäch taâm caùnh khuaáy vaøo beå khuaáy, ñaët nghieâng

hoaëc naèm ngang: nhaèm laøm cho nhöõng xoaùy pheãu ñöôïc taïo thaønh leäch taâm seõ va ñaäm vaøo thaønh vaø doäi ngöôïc trôû laïi, phaù vôõ loõm xoaùy maø khoâng laøm taêng dieän tích tieáp xuùc, taêng löïc ma saùt vaø taêng coâng suaát ñoäng cô.

Gheùp thanh chaén trong thuøng khuaáy: coù chung nhöôïc ñieåm laø taêng dieän tích tieáp xuùc laøm taêng löïc ma saùt vaø coâng suaát cuûa ñoäng cô, goàm coù:

Gheùp taám chaën ôû thaønh thuøng. Ñaët oáng tuaàn hoaøn trung taâm. Ñaët caùc oáng thaúng ñöùng trong thuøng (oáng daãn chaát

loûng, nhieät keá…)

Beà maët cuûa xoaùy coù daïng loõm xuoáng ôû taâm vì maët ñaúng aùp treân beà maët thoaùng chaát loûng laø moät maët parabol coù ñaùy ôû taâm (nhö hình).Caâu 5: Nhaän xeùt möùc ñoä tin caäy cuûa phöông phaùp ñoàng daïng:

Tröôùc heát ta tìm hieåu khaùi nieäm cuûa ñoàng daïng:Caùc hieän töôïng cuøng baûn chaát vaät lyù ñöôïc goïi laø ñoàng

daïng vôùi nhau neáu nhö taát caû caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng cuûa chuùng ñoàng daïng: taïi caùc ñieåm töông öùng, trong caùc thôøi ñieåm töông töùng, taát caû caùc ñaïi löôïng coù höôùng phaûi ñoàng daïng hình hoïc, taát caû caùc ñaïi löôïng voâ höôùng phaûi töông öùng tyû leä vôùi nhau.

Trong lónh vöïc cô löu chaát, khaùi nieäm ñoàng daïng bao goàm 3 noäi dung:

Ñoàng daïng hình hoïc : neáu caùc kích thöôùc giöõa heä thoáng thöïc vaø moâ hình ñoàng daïng töông öùng tyû leä vôùi nhau.

Ñoàng daïng ñoäng hoïc : neáu: Quyõ ñaïo chuyeån ñoäng cuûa caùc phaàn töû löu chaát töông öùng cuûa chuùng ñoàng daïng hình hoïc vôùi nhau. Giaù trò vaän toác vaø gia toác taïi caùc ñieåm töông öùng taïi caùc thôøi ñieåm töông öùng tyû leä vôùi nhau.

Ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc : neáu: Taïi caùc ñieåm töông öùng coù nhöõng löïc cuøng loaïi taùc duïng. Tyû leä giaù trò cuûa caùc löïc cuøng loaïi taùc duïng taïi caùc ñieåm töông öùng laø nhö nhau trong toaøn boä theå tích heä thoáng.

Trang 17


Löïc taùc duïng leân heä thoáng thöïc ñònh höôùng theá naøo thì löïc töông öùng ôû moâ hình cuõng phaûi ñònh höôùng nhö vaäy.

Nhö vaäy, neáu ta coù theå xaây döïng moät moâ hình thoûa maõn caû 3 noäi dung ñoàng daïng treân vôùi heä thoáng thöïc thì ta coù moâ hình ñoàng daïng hoaøn haûo vì caùc hieän töôïng xaûy ra ôû thöïc teá vaø trong moâ hình coù cuøng moät quy luaät vaät lyù. Nhöng trong thöïc teá, khoâng phaûi bao giôø cuõng coù theå ñaït ñöôïc nhö vaäy maø chæ coù theå taïo ñöôïc moâ hình gaàn ñuùng, bôûi vì:

Caùc tieâu chuaån ñoàng daïng thöôøng khoâng cuøng thoûa maõn. Do ñoù ta phaûi löïa choïn loaïi löu chaát sao cho thoûa maõn toát nhaát caùc tieâu chuaån ñoàng daïng vaø trong töøng tröôøng hôïp cuï theå maø xem xeùt loaïi löïc naøo coù tính quyeát ñònh trong heä thoáng ñeå maø xaây döïng moâ hình theo tieâu chuaån töông öùng vôùi loaïi löïc ñoù. Coøn caùc tieâu chuaån khoâng thoûa maõn ñöôïc thì cuõng coá gaéng laøm chuùng ñöøng quaù khaùc bieät.

Khi caùc kích thöôùc khoâng gian cuûa heä thoáng quaù khaùc bieät nhau, neáu duøng moät tyû leä nhö nhau cho moïi chieàu khoâng gian thì coù theå moät kích thöôùc naøo ñoù treân moâ hình seõ quaù nhoû khoâng theå thí nghieäm ñöôïc, hoaëc aûnh höôûng cuûa söùc caêng beà maët trôû neân roõ reät, laøm sai leäch keát quaû. Trong tröôøng hôïp ñoù, ta coù theå laøm moâ hình vôùi caùc tyû leä moâ hình khaùc nhau cho nhieàu chieàu khoâng gian.

Ta cuõng khoâng theå xem xeùt heát taát caû caùc loaïi löïc taùc duïng leân heä thoáng, ví duï nhö trong nhöõng heä thoáng nhoû, ta chæ keå ñeán löïc coù taùc duïng ñaùng keå nhö löïc ly taâm, löïc ma saùt nhöng khi aùp duïng cho heä thoáng lôùn ta coøn phaûi xeùt ñeán troïng löïc vaø löïc quaùn tính.

Do ñoù, khi ñem moâ hình gaàn ñuùng aùp duïng vaøo heä thoáng thöïc, ta caàn coù nhöõng heä soá hieäu chænh.

Phaân tích tröôøng hôïp “boàn nhôùt 50m3” ôû treân:Trong tröôøng hôïp naøy, ta ñaõ xaây döïng boàn nhôùt theo tieâu chuaån ñoàng daïng hình hoïc (kích thöôùc tyû leä) vaø ñoàng daïng ñoäng hoïc (caên cöù treân ñoà thò Np – Re) ñeå xaùc ñònh coâng suaát khuaáy. Nhöng cuõng nhö ñaõ phaân tích phía treân, coù nhieàu yeáu toá khoâng ñöôïc thoûa maõn neân moâ hình naøy chæ laø ñoàng daïng gaàn ñuùng.Caâu 6: Sau khi xaây döïng thaønh coâng boàn 50m3, chuyeån sang giai ñoaïn chuyeån giao coâng ngheä, neáu ñöôïc yeâu caàu, ta seõ ñöa cho kyõ sö vaän haønh thieát bò giaûn ñoà coâng suaát theo vaän toác. Bôûi vì ngöôøi kyõ söõ vaän haønh thieát bò chæ quan taâm ñeán coâng suaát khuaáy öùng vôùi töøng vaän toác khuaáy, töùc laø quan taâm ñeán hao toån naêng löôïng cho quaù trình khuaáy chöù khoâng quan taâm ñeán chuaån soá coâng suaát khuaáy.

Trang 18


VI. PHUÏ LUÏC Tính coâng suaát khuaáy:

P=2rFNVôùi: r = 5 inch

Tính Re:Re = d2.N./

Vôùi:d(CT2) = 3 inchd(CT3) = 2,5 inchd(Cp2) = 3 inch

Nhôùt: = 852,15 kg/m3

= 90,89 cPDaàu: = 811,75 kg/m3

= 51,84 cP Tính chuaån soá coâng suaát:

Np = P/N3d5Chieàu cao coät nhôùt: H = 0,26mÑöôøng kính thuøng khuaáy nhôùt: Dtr = 24,5cm, Dng = 25,7cm

Ñôn vò:1 lbf = 4,45 N1 inch = 0,0254m1 v/ph = 1rpm = 1/60 v/s1 cP = 10-3Pa.s

Trang 19


TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

[1]. Boä moân Maùy – Thieát bò tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa Tp. Hoà Chí Minh, “ Giaùo trình thí nghieäm quaù trình – thieát bò”.[2] Caùc taùc giaû, “ Soå tay quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa chaát”, Taäp 1, NXB Khoa hoïc vaø kyõ thuaät, Haø Noäi, 1999.[3] Nguyeãn Vaên Luïa, “ Caùc quaù trình vaø thieát bò hoùa chaát trong coâng ngheä hoùa chaát vaø thöïc phaåm”, Taäp 1, NXB Ñaïi hoïc quoác gia TP.Hoà Chí Minh, 2000.[4] Caùc taùc giaû, “ Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc”, Taäp 10, NXB Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa TP.Hoà Chí Minh.[5] Caùc taùc giaû, “ Giaùo trình cô löu chaát”, NXB Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa TP.Hoà Chí Minh, tr 107-123.

Trang 20

bai thi nghiem khuay chat long

Documents