GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 1
NỘI QUY
PHÒNG THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ
  
Điều 1: Trang phục và giờ thí nghiệm
- Sinh viên đi thí nghiệm phải mặc áo blouse.
- Sinh viên phải có mặt trước phòng thí nghiệm buổi sáng 7g30 và buổi chiều
13g00, đi trễ quá 15 phút không có lý do chính đáng sẽ không được làm thí
nghiệm.
Điều 2: Trả bài lý thuyết
- Sinh viên phải chuẩn bò bài kỹ trước khi thí nghiệm.
- Cán bộ hướng dẫn (CBHD) kiểm tra lý thuyết, nếu không đạt sinh viên sẽ không
được làm thí nghiệm, nhận điểm “0” cho toàn bài thí nghiệm và không được làm
bù.
Điều 3: Trong giờ thí nghiệm
- Sinh viên không được ra khỏi phòng thí nghiệm khi chưa có sự đồng ý của
CBHD.
- Thái độ phong cách của sinh viên phải đúng mực, nghiêm túc. Không đùa giỡn,
ăn quà, hút thuốc, … trong phòng thí nghiệm.
- Không đóng ngắt cầu dao bài thí nghiệm khi chưa có sự hướng dẫn của cán bộ,
nếu có sự cố phải linh động xử lý đồng thời báo ngay cho CBHD.
- Sinh viên phải có trách nhiệm bảo quản trang thiết bò – dụng cụ thí nghiệm, mọi
hư tổn đều phải bồi hoàn.
- Khi kết thúc thí nghiệm mỗi nhóm tự giác vệ sinh bài thí nghiệm, cúp điện nước
trước khi ra về.
Điều 4: Nộp báo cáo và kiểm tra kết quả bài thí nghiệm
- Báo cáo phải làm đúng mẫu quy đònh.
- Nộp báo cáo sau đúng một tuần kể từ buổi làm thí nghiệm.
- Sinh viên phải tự nộp báo cáo cho CBHD vào đầu giờ mỗi bài thí nghiệm trước
Hình 1: 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)
Trong đó:
C : Hệ số của màng chắn và Venturi, nó tuỳ thuộc vào chế độ chảy của Re
P : Độ giảm áp suất qua màng chắn hay Venturi, N/m
2
.


: Trọng lượng riêng của lưu chất, N/m
3
.
: Tỷ số giữa đường kính cổ Venturi (hay đường kính lỗ màng
chắn) trên đường kính ống.
Do đó, lưu lượng qua màng chắn hay Venturi được tính bằng:
f
2
d
2

f
1
d
1

2
A
2
= V
1
A
1
(2)

2. Tổn thất năng lượng do sự chảy của ống dẫn
Khi lưu chất chảy trong ống, ta có sự mất năng lượng do ma sát ở thành ống.
Xét trường hợp một ống tròn đều nằm ngang.
Từ phương trình Becnoulli ta có:
(3)

Vì và Z = 0 (4)

H
f
: Thuỷ đầu tổn thất ma sát trong ống, m.

Tổn thất năng lượng này liên hệ với thừa số ma sát bằng phương trình
Darceyweisbach:
(5)
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 tầng
Tổn thất ma sát được tính theo công thức sau:



g
P
H
f

)( 

0
2
)(
2


g
V

gD
LV
fH
f
2
2

2
32
Dg
LV
H


b) Trong chế độ chảy rối
Hệ số ma sát f tuỳ thuộc vào Re và độ nhám tương đối của ống .
Độ nhám tương đối của ống là tỷ số giữa độ nhám thành

(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 tiện người ta sử dụng giản đồ f theo Re và
(giản đồ Moody).
Ngoài sự mất mát năng lượng do ma sát trong ống dẫn nói trên, ta còn có sự
mất mát năng lượng do trở lực cục bộ, như do sự thay đổi tiết diện chảy, thay
đổi hướng chảy, hay do sự thay đổi tiết diện van. Trong trường hợp này ta có
công thức tính trở lực cục bộ như sau:
(8)
l
td
: Chiều dài tương đương của cút, van, …
Chiều dài tương đương được đònh nghóa như chiều dài của một đoạn ống
thẳng có cùng tổn thất năng lượng tại van, cút trong điều kiện như nhau.
Trở lực này bằng thế năng riêng tiêu tốn để thắng trở lực do bộ phận ta đang
xét gây ra:
(9)
So sánh hai vế công thức (8) và (9) ta có:
(10)
từ đó ta có:
(11)

III. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
1. Sơ đồ thí nghiệm

2
2


td
td
D
l
f

f
D
l
td
td


GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 5
V
1
V
1
V
2
V
2
V
3

chắn
A
I. B
C
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

C
21,5
17
D
16,5
13,5
Độ nhám tuyệt đối

= 0,116mm.
Màng chắn có lối vào là 40mm và đường kính lỗ là 17mm.
Venturi có lối vào là 40mm và đường kính cổ là 17mm.
IV. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
Lưu ý: Trong suốt quá trình làm thí nghiệm sinh viên không được điều chỉnh
van số 8. Trước khi làm thí nghiệm các van đều ở vò trí đóng. Khi mở hoặc
đóng bất cứ một van nào sinh viên đều phải xoay thật từ từ, tuyệt đối không
được đóng mở đột ngột.
1. Trắc đònh lưu lượng kế màng chắn và Venturi
 Mở van 9 cho nước vào bình đến vạch tối đa (1cm trên vạch tương đương
với 1lít)
 Mở hoàn toàn hai van 4, 5; đóng hai van 6, 7.
 Cho bơm chạy và từ từ mở van 6 đồng thời mở cặp van V
3
.
 Đóng van 6 lại và so sánh mức chất lỏng trong các nhánh áp kế (của từng
cặp áp kế) xem có bằng nhau không. Nếu không bằng nhau ta tiếp tục
mở đóng van 6 và điều chỉnh các cặp van V
1
, V
8
, và các van V

9
, V
10
cho đến khi nào bằng mới thôi. Nếu bằng nhau thì ta tiến
hành liền các bước sau.
 Dùng van 6 để điều chỉnh lưu lượng (tương tự như điều chỉnh van 7 trong
thí nghiệm 1), ứng với mỗi độ mở của van 6 ta đọc độ giảm áp của màng
và ống A ở độ dài l = 1,5m. Lặp lại thí nghiệm ít nhất 3 lần.
b) Cho ống B, C, D
Thao tác tương tự như đối với ống A, thay vì mở van 4 thì lúc này ta mở van
3 hoặc 2 hoặc 1. (Lưu ý: khi mở một trong bốn van 1, 2, 3, 4 thì ba van còn
lại sẽ phải đóng hoàn toàn).
3. Đònh chiều dài tương đương
 Ta sử dụng van số 5. Đếm số vòng của van số 5, sau đó mở hoàn toàn
van số 5.
 Mở van 4, 6 và cặp van V
2
. Các van còn lại đóng.
GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 8
 Đóng van 6, so sánh mực chất lỏng trong hai nhánh áp kế của từng cặp
xem có bằng nhau không. Nếu không bằng nhau thì phải điều chỉnh tương
tự như các thí nghiệm trước cho đến khi bằng nhau mới thôi. Nếu bằng
nhau thì tiến hành liền các bước sau.
 Cũng sử dụng van 6 để điều chỉnh lưu lượng như các thí nghiệm trước,
ứng với mỗi độ mở van 6 ta đọc độ giảm áp của màng và van.
 Xong thí nghiệm với độ mở hoàn toàn, ta đóng van số 5 về độ mở ¾, rồi
tiếp tục đo như trên.
 Tương tự ta lập lại thí nghiệm với độ mở van số 5 là ½ và ¼ .

thứ
Độ mở
van 7
W
(lít)
Thời gian
(giây)
Q
(lít/s)
g
P
m


(cmH
2
O)
g
P
v


(cmH
2
O)
Re
C
m
C
v


GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 9
2
1 2 …

… Hoàn toàn
Thí nghiệm 2: Một bảng cho mỗi ống dẫn

Lần TN
thứ
Độ mở

2
…
Hoàn toàn
2
1



2
…
Hoàn toàn

Thí nghiệm 3:

Lần TN
thứ
Độ mở
van 5
Độ mở

¼
1

2

…

n



n

¾
1

2

…


n

2
¼
1

2


…

n

¾
1 2

…

n

3
¼
½
1

2

…

n
n

GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 11
Hoàn toàn
1

2

…


chắn và ống venturi.
 Hệ số lưu lượng kế C
m
và C
v
theo Re.
 Thừa số ma sát theo Re.
 Lưu lượng Q theo áp suất ở các độ mở của van.
 Đặc tuyến riêng và đặc tuyến van gắn vào mạng ống này (Q/Q
max
theo
độ mở/độ mở max).
3. Bàn luận
 Nhận xét về các giản đồ và so sánh với kết quả trong sách.
 Nhận xét về mức độ tin cậy của kết quả và các nguyên nhân của sai số.
 Dựa trên giản đồ đo được đề nghò mục đích sử dụng của van

GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 12
BÀI 2
TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG
I. MỤC ĐÍCH
 Làm quen với thiết bò truyền nhiệt ống lồng ống, các dụng cụ đo nhiệt độ
và lưu lượng lưu chất.
 Xác đònh hệ số truyền nhiệt trong quá trình truyền nhiệt giữa hai dòng
lạnh, nóng ngăn cách bởi vách ngăn kim loại ở các chế độ chảy khác
nhau.
 Thiết lập cân bằng nhiệt lượng.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1
, C
2
: Nhiệt dung riêng trung bình của dòng nóng và dòng lạnh, J/kg.K
t
v1
, t
R1
: Nhiệt độ vào và ra của dòng nóng,
0
C.
t
v2
, t
R2
: Nhiệt độ vào và ra của dòng lạnh,
0
C.
2. Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt
Q = K
1
.

t
log
.L, W (2)
L : Chiều dài ống, m
K
1
: Hệ số truyền nhiệt dài, W/m.


t
lon
: Hiệu số nhiệt độ giữa dòng nóng và dòng lạnh ở đầu vào hoặc ra có
giá trò lớn.


t
nho
: Hiệu số nhiệt độ giữa dòng nóng và dòng lạnh ở đầu vào hoặc ra có
giá trò bé.
4. Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết,
*
l
K
tính trên 1m chiều dài ống

cau
cau
ngtr
ng
tr
l
d
r
dd
d
d
K


0
C
r
cau
: Nhiệt trở của lớp cáu, m
2
.s.
0
C/J
d
cau
: Đường kính lớp cáu, m
5. Hệ số cấp nhiệt

1
,

2
giữa vách ngăn và dòng lưu chất
R
t
nm
ANu

1
25,0
Pr
Pr
PrRe.


1
, B
2
): Loại ống lồng ống đơn giản, lưu chất chảy dọc bề mặt
ngoài của ống trong. Hai dòng chảy có phương song song với nhau.
Kích thước ống:
Kiểu ống
Đường kính (mm)
Chiều dài (mm)
Ống trong
Ống ngoài
A
17/21
30/34
1020
B
17/21
30/34
1020

Sơ đồ hệ thống thiết bò (xem hình):

kế dòng
nóng

Lưu lượng
kế dòng
lạnh

A
B
1
B
2
Bơm
gia
nhiệt

Bồn chứa
gia nhiệt

Điện
trở

GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 15
Chú thích:
: Ký hiệu dòng nóng vào và ra.
: Ký hiệu dòng lạnh vào và ra.
A : Bộ trao đổi nhiệt dạng dòng chảy vuông góc.
B

t
1v

t
1R

t
2v

t
2R

t
1v

t
1R

t
2v

t
2R

t
1v

t
1R


1 2
…. n
van và đậy nắp bồn chứa lại.
 Mở cầu dao nguồn, bật công tắc NGUỒN trên hộp điều khiển lên.
 Bật công tắc GIA NHIỆT lên. Đèn hoạt động màu đỏ sáng. Cụm gia
nhiệt hoạt động.
 Sau khi nước trong bồn gia nhiệt sôi (khoảng từ 30 – 60 phút), công tắc
gia nhiệt tự động ngắt, lúc đó bắt đầu làm thí nghiệm.
 Mở van 3, bấm nút chạy của BƠM (màu xanh), đèn hoạt động của bơm
(màu đỏ) sáng. Bơm ly tâm hoạt động và bơm nước tuần hoàn.
 Chờ cho hệ thống ổn đònh, mở một trong các cặp van tương ứng: 4/8, 5/9,
6/10. Điều chỉnh cặp van 2, 3 để điều chỉnh lưu lượng dòng nóng và chỉnh
van 7 để điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh theo yêu cầu. Chỉ số lưu lượng
được đọc trên lưu lượng kế.
 Chờ khoảng 5 – 10 phút, khi quá trình đã ổn đònh, ấn và giữ một nút
(màu vàng) cần thiết trong bốn nút trên hộp điều khiển để có nhiệt độ tại
vò trí tương ứng.
 Sau khi đo xong tất cả các thông số cần thiết, tắt công tắc GIA NHIỆT,
tiếp theo tắt BƠM, tắt công tắc nguồn CB. Mở nắp bồn gia nhiệt cho
nước nguội bớt. Khoá tất cả các van lại. Đợi khi nước đã nguội rồi mở
van 11 để xả hết nước trong bồn chứa gia nhiệt. GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 17
V. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN
1. Tính nhiệt lượng Q theo công thức (1)
Thiết lập cân bằng nhiệt lượng. Xác đònh tổn thất nhiệt.
2. Tính t
log
theo công thức (3)

l : Kích thước hình học cần xác đònh hay chiều dài đặc trưng của
dòng chảy, m.
Đối với chuyển động trong ống tròn, vận tốc đặc trưng được lấy bằng vận
tốc trung bình của mặt cắt (có tiết diện tròn), chiều dài đặc trưng chính là
đường kính ống. Đối với chuyển động trong tiết diện không tròn, l được
tính bằng đường kính tương đương d
td
:



F
d
td
4
(7)
với: F : Diện tích mặt cắt (tiết diện ngang mà dòng lưu chất chuyển động
qua), m
2
.
 : Chu vi tiết diện ướt (chu vi mà chất lỏng tiếp xúc với bề mặt trao
đổi nhiệt), m.
Các đại lượng hoá lý

,

được tra từ sổ tay ở nhiệt độ trung bình
của lưu chất.
GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ


5

25,0
38,06,0
Pr
Pr
.Pr.Re.25,0









t
Nu

2.10
5


Re < 2.10
6

25,0
37,08,0
Pr
Pr







t
GrNu

Chảy chuyển tiếp
2320 < Re < 10
4

1
25,0
43,0
.
Pr
Pr
.Pr.












Re.10
-3

2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
3
4
5
6
8
10
C
1,9
2,2
3,3
3,8
4,4
6
10,3
15,5
19,5
27
33

L/d
1

Khi Re > 10
4
thì

1
phụ thuộc vào Re:
Re
L/d
10
20
30
40
50
1. 10
4

1,23
1,13
1,07
1,03
1
2. 10
4

1,18
1,10
1,05
1,02
1
5. 10

2
/s
a : hệ số dẫn nhiệt của lưu chất, m
2
/s.



.
p
c
a 
(15)

: hệ số dẫn nhiệt của lưu chất, W/m.
0
C

:khối lượng riêng, kg/m
3

c
p
: nhiệt dung riêng đẳng áp, J/kg.
0
C
Pr : chuẩn số Prandl của lưu chất được xác đònh ở nhiệt độ trung
bình của lưu chất.
Pr
t

 Cách tính nhiệt độ của thành ống: t
1
= t
1
– t
v1

t
2
= t
v2
– t
2

Ta thực hiện phép tính lặp. Khởi điểm ta chọn gần đúng hiệu số giữa nhiệt
độ lưu chất và vách ngăn như sau:

2
1
t
t

21



t
t
(18)

 
1
2
log
2
Re
Re
1
21



t
t
(19)
Từ đây ta tính được nhiệt độ trung bình của lưu chất và vách ngăn, do đó tính
được tỷ số
t
Pr
Pr
, Nu và hệ số cấp nhiệt .
l

GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 21
Sau khi có kết quả tính 
1
, 
2
ta kiểm tra t
1
, t
2
bằng phương trình sau:
q = K. t
log
= 
1
.t
1
= 
2
.t
2
(21)
hay

1
log
1
.


1
*
, K
1
theo Re
VI. NỘI DUNG VÀ BÀN LUẬN
Sau khi tính toán và dựng các đồ thò sinh viên tự đưa ra những nhận xét,
đánh giá và bàn luận về kết quả thí nghòêm. Các nội dung cần đề cập đến có
thể là:
 Tổn thất nhiệt có đáng kể không? Tại sao?
 Mức độ sai số, nguyên nhân gây ra sai số trong lúc làm thí
nghiệm? Biện pháp khắc phục?
 So sánh hệ số truyền nhiệt dài thực nghiệm K
l
với hệ số truyền
nhiệ dài lý thuyết
*
l
K
.

GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 22
B 3
NGHIỀN – RÂY – TRỘN
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
a. Ngiền một loại vật liệu, dựa vào kết quả rây xác đònh sự phân phối kích
thước vật liệu trước và sau khi nghiền, công suất tiêu thụ, hiệu suất của máy
nghiền.

và K
b

(hằng số Bond tuỳ thuộc vào loại máy và vật liệu nghiền. Gọi T là năng
suất (tấn/phút):
3
10*100
1
60


bi
KW
(2.2)

i
i
b
W
W
K 19
10
60


GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 23

p










12
21
11
19
pp
i
DD
WPPP
(2.4)
Công suất nghiền T tấn vật liệu / phút từ D
p1
đến D
p2
là:
T
DD
WPPP
pp
i



: thừa số công suất
Hiệu suất của máy nghiền:
'
P
P

2. Phương trình biểu diễn đến sự phân phối kích thước đối với hạt
nhuyễn
b
p
p
KD
dD
d



(2.6)

: Khối lượng tích luỹ trên kích thước D
p

D
p
: Kích thước hạt
K, b: Hai hằng số biểu thò đặc tính phân phối của khối hạt
Lấy tích phân từ

=


p
b
p
DD
b
K

(2.7)
Tổng quát ta xét giữa rây thứ n và rây thứ n-1 và giả sừ ta sử dụng rây
tiêu chuẩn có
pn
pn
D
D
1
= r = hằng số
 
1
1
1
1
1









n
DKD
b
rK

với
 
1
1
1
'



b
r
K
b

hoặc
 
'
loglog1log KDb
pnn


(2.8)
K
’
và b được xác đònh bằng cách vẽ 

2
) và rây lại lần nữa.
Tổng số J
1
+ J
2
+ J
3
+ … sẽ tiệm cận đến F.a.
Hiệu suất rây là 100% nếu J
1
= F.a
4. Phương trình trộn
Khi trộn một khối lượng a chất A với một khối lượng b chất B, tạo thành hỗn
hợp đồng nhất. Thành phần của chất A và B trong hỗn hợp lý tưởng:
GIÁO TRÌNH TN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

Trang 25
Đối với chất A
ba
a
C
A



Đối với chất B
ba
b
C





N
CC
s
N
i
iAA
A
(2.10)
 
1
1
2





N
CC
s
N
i
iBB
B
(2.11)
Với C


0
s
1
0,5