Bài 1:
MẠCH LƯU CHẤT
A. LÝ THUYẾT
I. 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 chứa lưu lượng kế màng chắn,
venturi cùng các bộ phận nối ống như cút, van, chữ T.
II. Cơ sở lý thuyết.
1. Lưu lượng kế màng chắn và venturi.
Nguyên tắc của hai dụng cụ này là dùng sự giảm áp suất của lưu chất
khi chảy qua chúng để đo lưu lượng.
Lưu lượng kế Venturi và màng chắn
Vận tốc trung bình ở vò trí (2) được tính từ công thức tổng kê năng
lượng:
)1(
4
2
βγ
−
∆
=
P
CV
Trong đó:
C: hệ số của màng chắn và venturi, nó tùy thuộc vào chế độ chảy của
Re.
:P∆
độ giảm áp suất qua màng chắn hay venturi, N/m
2
.
:

v
v
v
v
2
2
1
1
Từ phương trình Becnoulli ta có:
0
2
)()(
2
=+∆+
∆
+
∆−
f
HZ
g
V
g
P
α
ρ
Vì:
0
2
)(
2

=
Trong đó:
:f
hệ số ma sát, vô thứ nguyên.
L: chiều dài ống, m.
D: đường kính ống, m.
a) Trong chế độ chảy từng:
Tổn thất ma sát được tính theo công thức sau:
2
32
gD
LV
H
f
ρ
µ
=
Hệ số ma sát
f
có thể tính theo công thức của Hagen – Poiseuille:
Re
6464
==
ρ
µ
DV
f
Trong đó:
:
µ

tùy thuộc vào Re và độ nhám tương đối của ống






D
ε
.
Độ nhám tương đối của ống là tỷ số giữa độ nhám thành
ε
(độ nhám
tuyệt đối) trên đường kính ống D.
Người ta có thể tính
f
từ một số phương trình thực nghiệm như
phương trình Nikuradse, hay để thuận tiễn người ta sử dụng giản đồ
f
theo
Re và






D
ε
(giản đồ Moody).


td
td
D
l
f=
ξ

f
D
l
td
td
ξ
=
B. THÍ NGHIỆM
I. Kết quả đo.
Thí nghiệm 1: Trắc đònh lưu lượng kế màng chắn và venturi.

lần
TN
đổ mở
van 7
W
(lít)
thời gian
t(s)

1
1/4 1 3.40 113.00 137.00 114.00 127.00

Độ mở
van 6
1
1/4 125.5 133.5 129 127
1/2 114 134.5 126 121
3/4 108 136 124 118
HT 106 136 125 117
2
1/4 127 133 129 127
1/2 121 134 127 121
3/4 110 135.5 126 119
HT 106 136 124 117
3
1/4 124 134 128 126
1/2 106 135 126 122
3/4 109.5 136 125 119
HT 105 137 124 117
Lần TN
Đổ mở
van 6
1
1/4 127 134 129.00 128.00
1/2 113 134 125.00 123.00
3/4 113 142 123.00 120.00
HT 100 143 123 119
2
1/4 127 134.5 129 128
1/2 113.5 137 125 123
3/4 103 142 123 120
HT 99.5 143 123 119

4. Cho oáng D:
lần
TN
ñoä môû
van 6
1
1/4 123 129 137 114
1/2 118 126.5 138 107
3/4 115.5 125 139 104
HT 114.5 124.5 139 102
2 1/4 125 130 137 117
1/2 117.5 126 138 106
3/4 115 125 139 103
lần TN
ñoä môû
van 6
1
1/4 124.5 134 132 123
1/2 115 133.5 131 116
3/4 110 133.5 130 112
HT 107 133 130 110
2
1/4 122 133.5 132 112
1/2 112 133.5 131 114
3/4 109 133 130 111
HT 107 133 130 110
3
1/4 124 134 131 123
1/2 111.5 133 131 113
3/4 108 133 131 111

HT 114 124.5 139 102
II. Kết quả tính.
1. Trình tự tính toán như sau:
Thí nghiệm 1:
)/( sl
t
W
Q =
)(
2
OmH
g
P
g
P
g
P
mbemlơnm
ρρρ
−=
∆
)(
2
OmH
g
P
g
P
g
P

màng chắn và venturi bằng nhau (40mm).
Vậy:
)/(
4
2
sm
D
Q
A
Q
V
π
==
Q: m
3
/s.
Sau khi tính V ta tính được Re.
Với các thông số sau:
ρ
= 1000 Kg/m
3
khối lượng riêng của chất lỏng
ở 20
0
C,
14.3
=
π
,
µ

C
Với Cm thì tính theo
m
P∆
, Cv tính theo
v
P∆
g
ργ
=
:
1
2
d
d
=
β
tỷ số giữa đường kính cổ venturi (hay đường kính lổ màng
chắn) trên đường kính ống.
29
17
=
β
g
g
P
P
ρ
ρ
.

D
Q
A
Q
V
π
==
Với mỗi thí nghiệm tương ứng với mỗi loại ống thì D khác nhau. Số
liệu kích thước cho mỗi loại ống cho trong bảng sau:
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
Tính f.
Từ công thức:
gD
LV
fH
f
2
2
=
Vậy:
2

nhau ta có.
g
V
P
cb
2
2
ξ
=∆

td
td
D
l
f=
ξ

f
D
l
td
td
ξ
=
Trong đó:
ξ
và D
td
tra theo bảng sau ứng với mỗi độ mở khác nhau
của van 5.

Re Cm Cv Q Pv Pm

24599 4.329892 10.3282 0.33 0.02 0.14
)(
2
OmH
g
Pm
ρ
∆
)(
2
OmH
g
Pv
ρ
∆
33056 3.774856 9.65692 0.44 0.04 0.24
31985 3.19058 9.45053 0.43 0.04 0.31
33433 4.729985 10.1525 0.45 0.04 0.23
Thí nghieäm 2:
Cho oáng A:
Q (l/s)

V (m/s) f Re

0.32 0.08 0.02 0.484712618 0.032915 14057
0.34 0.20 0.04 0.515007157 0.058314 14935
0.40 0.37 0.05 0.605890773 0.052665 17571
0.42 0.42 0.06 0.636185312 0.057322 18449

)(
2
OmH
g
Pv
ρ
∆
)(
2
OmH
g
Pm
ρ
∆
)(
2
OmH
g
Pv
ρ
∆
0.30 0.07 0.947518029 0.022871 20845 0.30

0.10 0.02 0.842238248 0.00827 18529 0.10
0.29 0.04 0.947518029 0.013069 20845 0.29
0.27 0.06 0.921198084 0.02074 20266 0.27
0.32 0.07 1.00015792 0.020527 22003 0.32
Cho oáng C:
Q (l/s)


)(
2
OmH
g
Pm
ρ
∆
)(
2
OmH
g
Pv
ρ
∆
)(
2
OmH
g
Pm
ρ
∆
)(
2
OmH
g
Pv
ρ
∆

0.32 0.06 0.24 2.236725992 0.008635 30196

ống
IV. Nhận xét kết quả và bàn luận
1. Giản đồ biểu diễn lưu lương Q đối với hiệu số thủy dầu áp suất
qua màng chắn và Venturi :
Độ chênh cột áp tăng theo lũy thừa 2 đối với lưu lượng
∆
p=K
1
Q
Ứng với một giá trò Q,
∆
p
m
>
∆
p
v
thì tổn thất năng lượng qua
màng lớn hơn qua venture
Giải thích: màng có cổ co hẹp đột ngột làm cho dòng lưu chất
khi qua màng bò tổn thất nhiều và đột ngột, vận tốc dòng chảy
tăng lean, áp suất thủy tỉnh giảm, áp suất động lực học tăng( áp
suất thủy tỉnh giảm nhiều do chuyển thành áp suất động lực nhiều)
Hệ số lưu lượng kế Cm , Cv theo Re cùng moat lưu lượng chảy qua
có hệ số lưu lượng venture thấp
Theo lý thuyết
)1(
4
2
βγ

,C
v
dao động do dòng chảy không ổn đònh vì :
- Thay đổi lưu lượng
- Thay đổi độ mở của van 15.
C biểu thò mức độ tổn thất năng lượng khi dòng chảy qua lưu lượng
kế
C
v
> C
m
: Tổn thất năng lượng của lưu lượng khi dòng chảy qua lưu
lượng kế venturi nhỏ hơn tổn thất năng lượng của lưu lượng của lưu
lượng kế màng
3. Giản đồ biểu diễn thừa số ma sát f theo Re :
Theo lý thuyết :
- Khu vực chảy tầng f=f
1
(Re)
- Khu vực chảy rối thành trơn f=f
2
(Re)
- Khu vực quá độ từ chảy rối thành trơn sang chảy rối thành
nhám: f=f
3
(Re,
∆
/d)
- Khu vực chảy với thành nhám hoàn toàn f=f
4

- Mức độ tổn thất năng lượng cũng thể hiện ở chiều dài tương
đương L
e
(bảng số liệu cho thí nghiệm 3). Độ mở càng lớn thì L
e
càng nhỏ tức tổn thất cục bộ càng nhỏ.
5. Đặc tuyến riêng của van tại các độ mở khác nhau :
- Cùng một giá trò lưu lượng ở các độ mở van càng lớn, độ mở áp suất
càng lớn
- Đường đặc tuyến riêng của van nằm dưới đường 45
0
tức là van sử dụng
là van cửa.
- Độ mở của van ảnh hưởng nhiều đến tổn thất năng lượng của hệ thống,
giản đồ cho thấy ứng với cùng một trò số lưu lượng Q thì tổn thất áp suất
qua van mở 1/4 là cao nhất và qua van mở hoàn toàn là nhỏ nhất do đó
để giảm tổn thất ta phải mở van hoàn toàn khi sử dụng.
- Do tổn thất năng lượng qua van nên áp suất ở đầu ra của van giảm.
Điều này được ứng dụng làm van tiết lưu thay đổi áp suất trong hệ thống
dẫn khí .
6. Các nguyên nhân gây sai số :
- Sự rò rỉ chất lỏng dọc đường ống, làm tổn thất năng lượng .
- Sự hoạt động không ổn đònh của bơm.
- Sự gỉ sét không đồng đều bên trong ống dẫn đến độ nhám thành
ống không đều.
- Độ mở của các van không đồng nhất giữa các lần thí nghiệm .
- Bơm hoạt động không ổn đònh, do đó mức chất lỏng trong các ống
cũng không ổn đònh.
- trong quá trình thí nghiệm nhiệt độ của nước tăng lean dẫn đến
giá trò lưu lượng có thay đổi