Thí nghiệm môn Quá trình thiết bị

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

1.TRÍCH YEÁU

1.1. Muïc ñích :

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

khaùc nhau.

1.2. Phöông phaùp TN:

➢

Ño löïc ma saùt F baèng caùch ñoïc chæ soá treân löïc keá sau moãi giaù trò vaän toác

khuaáy N.

➢

Tính coâng suaát caùnh khuaáy.

Tính chuaån soá Reynold.

Tính chuaån soá coâng suaát .

Veõ giaûn ñoà theå hieän quan heä giöõa Re & N_p– goïi laø giaûn ñoà chuaån soá coâng

suaát ( khi ñaõ boû qua aûnh höôûng cuûa chuaån soá Froude) cho 2 heä thoáng ñoàng

daïng laø bình daàu & bình nhôùt .

1.3. Keát quaû thí nghieäm:

- Sau khi thí nghieäm, ño ñaïc vaø tính toaùn ta thu ñöôïc 4 giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát

khuaáy (Np) theo chuaån soá Re cho töøng tröôøng hôïp chaát loûng laø nhôùt vaø daàu (Ñoà thò

phaàn 4.4)

- Ôû taát caû caùc tröôøng hôïp, vaän toác khuaáy ñeàu döôùi 1100 voøng/phuùt. Treân 1100

voøng/phuùt, maùy bò laéc maïnh.

- Nhaän xeùt keát quaû TN:

• Trong tröôøng hôïp coù taám chaën thì chaån soá coâng suaát luoân lôùn hôn

trong tröôøng hôïp khoâng coù taám chaën. Nghóa laø coâng suaát tieâu hao P

cho khuaáy coù taám chaën lôùn hôn khi khoâng coù taám chaën vôùi cuøng moät

giaù trò vaän toác khuaáy.

• Khuaáy daàu deãâ taïo loõm xoaùy hôn khi khuaáy nhôùt.

1

Trang 1

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

2. LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM:

2.1. Khaùi nieäm:

Khuaáy laø quaù trình laøm giaûm söï khoâng ñoàng nhaát trong chaát loûng. Ñoù laø söï cheânh

leäch veà noàng ñoä, ñoä nhôùt, nhieät ñoä… ôû nhöõng vò trí khaùc nhau trong loøng chaát loûng.

2.2. Xaùc ñònh coâng suaát caùnh khuaáy P:

Coâng suaát khuaáy P phuï thuoäc nhieàu yeáu toá ñöôïc bieãu nhö sau:

P  f (N,d, , , D, H, Z, caùc kích thöôùc khaùc)

(1)

Baèng phöông phaùp phaân tích thöù nguyeân, ngöôøi ta thieát laäp caùc phöông trình

chuaån soá tính coâng suaát khuaáy döôùi daïng:

P  N _p.N ³.d ⁵.

(2)

Trong ñoù N_plaø chuaån soá coâng suaát, noù phuï thuoäc vaøo cheá ñoä thuûy ñoäng löïc hoïc

cuûa thieát bò:

Vôùi:

N _p f (Re, Fr,Ga,...)

(3)

P

•

Np 

: Chuaån soá coâng suaát, voâ thöù nguyeân.

N ³d ⁵

d²N



•

Re 

: Chuaån soá Reynolds cuûa caùnh khuaáy, tyû soá giöõa löïc ly taâm & löïc

ma saùt

N²d

g

•

Fr 

: Chuaån soá Froude, tyû soá giöõa löïc ly taâm & löïc troïng tröôøng, ñaëc

tröng cho söï hình thaønh xoaùy pheãu.

d Z H

D_tD_tD_t

Trong ñoù :

•

,

,S₁,S₂,... laø caùc thöøa soá hình daïng cuûa heä thoáng.

 P : Coâng suaát khuaáy (W).

 N : Vaän toác caùnh khuaáy (1/s).

 d : Ñöôøng kính caùnh khuaáy (m)

  : Khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng khuaáy (kg/m³).

  : Ñoä nhôùt ñoäng löïc hoïc chaát loûng khuaáy (N/s.m).

Nhö vaäy vaán ñeà öôùc ñoaùn coâng suaát khuaáy raát phöùc taïp vì caàn bieát roõ caû aûnh

höôûng cuûa hình daùng heä thoáng.

2.3. Giaûn ñoà coâng suaát vaø caùc chuaån soá ñaëc tröng:

Treân thöïc teá, ngöôøi ta chæ ño ñöôïc aûnh höôûng cuûa chuaån soá Reynolds vaø Froude

treân chuaån soá coâng suaát sau khi ñaõ xaùc ñònh caùc thöøa soá hình daïng.

- Chuaån soá coâng suaát:

2

Trang 2

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

Ta coù theå vieát:

P = F_f.v = J.A.v

A ~ d²

v ~ dN

Trong ñoù :

• F_f: Löïc ma saùt.

• v : vaän toác löu chaát.

• J : Heä soá ma saùt.

• A : Dieän tích caùnh khuaáy vuoâng goùc vôùi phöông chuyeån ñoäng cuûa doøng löu

chaát.

• d : Ñaïi löôïng chieàu daøi.

P

Jd³N

J

Vaäy P 

~

(4)

0

d⁵N³ d⁵N³ d²N² v²

Ta thaáy chuaån soá coâng suaát coù yù nghóa cuûa moät thuøa soá ma saùt.

- Chuaån soá Reynolds caùnh khuaáy:

Suy thaúng töø ñònh nghóa chuaån soá Re cuûa doøng chaûy khi thay vaän toác v baèng soá

voøng quay N

D.v. d².N.

Re 



(5)



- Chuaån soá Froude:

Laø tæ soá giöõa löïc ly taâm vaø gia toác troïng tröôøng

d.N²

g

v²

d.g

Fr 



(6)

Chính quaân bình giöõa hai löïc naøy taïo neân xoaùy loác hình pheãu. Xoaùy loác naøy gaây

ra löïc phuï taùc duïng ngang leân truïc khuaáy, löïc naøy seõ raát lôùn neáu ñoä saâu xoaùy pheãu lôùn

hôn ñoä saâu caùnh khuaáy tính töø maët thoaùng chaát loûng vaø khi ñoù khí seõ loït vaøo chaát loûng

laøm giaûm ñaùng keå hieäu suaát khuaáy. Söï taïo pheãu coøn gaây söï ñaûo, laéc truïc khuaáy neáu

truïc khuaáy khoâng ñöôïc laép ñaët chính taâm. Vaän toác khuaáy caøng cao thì khaû naêng taïo

xoaùy pheãu caøng lôùn, ñeå khaéc phuïc hieän töôïng naøy, ngöôøi ta boá trí nhöõng taám chaën ñeå

ngaên caûn söï taïo pheãu, khi naøy hieäu suaát khuaáy taêng leân nhöng coâng suaát caùnh khuaáy

cuõng taêng leân do söùc caûn khuaáy taêng.

- Neáu löïc ly taâm nhoû (Re < 300) thì chuaån soá Fr chöa ñaùng keå (gaàn baèng soá

khoâng)vaø coâng suaát khuaáy trong tröôøng hôp coù taám chaén vaø khoâng coù taám chaén laø nhö

nhau, xoaùy loác chöa xuaát hieän.

- ÔÛ chuaån soá Re cao trong bình khoâng coù taám chaén ngöôøi ta goäp aûnh höôûng cuûa

chuaån soá Fr vaøo chuaån soá coâng suaát qua ñònh nghóa cuûa chuaån soá coâng suaát hieäu chænh:

3

Trang 3

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

Np

Fr^m

Np* 

(7)

Luõy thöøa m tuøy thuoäc hình daùng cuûa caùnh khuaáy vaø cuûa heä thoáng

a  log(Re)

m 

(8)

b

Trong ñoù : a,b laø caùc haèng soá phuï thuoäc hình daïng caùnh khuaáy vaø caùc thöøa soá hình

daïng.

Ñoái vôùi chong choùng 3 caùnh böôùc 2 coù H/D_t= 3,3 vaø Z/d = 1 thì a = 1,7

vaø b = 18,0.

Moät caùch toång quaùt, ta coù :

Np₀ f



Re, Fr



 C_NRe^Fr^{ 2}

(9)

Trong ñoù : C_N, ₁, ₂, laø caùc haèng soá phuï thuoäc cheá ñoä khuaáy.

Neáu löu chaát khuaáy coù cheá ñoä chaûy :

• Chaûy taàng : ₁= -1, ₂= 0 khi naøy P₀= C_NRe^-1.

• Chaûy roái coù taám caûn : ₁= 0, ₂= 0 khi naøy P₀= C_N.

a  log(Re)

• Chaûy roái khoâng coù taám caûn : ₁= 0, ₂=

, trôû laïi tröôøng hôïp treân.

b

2.4. Nguyeân taéc khueách ñaïi ñoàng daïng

Hai heä thoáng ñöôïc goïi laø ñoàng daïng hoaøn toaøn khi chuùng thoûa maõn ñoàng thôøi :

• Ñoàng daïng hình hoïc.

• Ñoàng daïng ñoäng hoïc.

• Ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc.

Moâ hình ñoàng daïng hoaøn toaøn ñoøi hoûi taát caû caùc chuaån soá voâ thöù nguyeân töông

öùng baèng nhau.

Khi caàn thieát keá moät heä thoáng khuaáy lôùn cho coâng nghieäp, ngöôøi ta thöôøng taïo

moät moâ hình nhoû roài ño thöïc nghieäm giaûn ñoà coâng suaát cuûa moâ hình naøy. Vì coù ñoàng

daïng hình hoïc giöõa hai heä thoáng nhoû vaø lôùn neân giaûn ñoà aùp ñöôïc cho caû haivaø coù theå

duøng ñeå tieân ñoaùn coâng suaát cuõng nhö cöôøng ñoä khuaáy trong nhaø maùy: ñaây laø nguyeân

taéc khueách ñaïi ñoàng daïng.

Trong thöïc teá, nhieàu khi raát khoù thöïc hieän moâ hình ñoàng daïng hoaøn toaøn, neáu

hai heä thoáng lôùn nhoû gaàn ñoáng daïng nhöng coù vaøi dò bieät thì ta coù theå duøng heä soá hieäu

chænh thöïc nghieäm.

Tuy nhieân baèng thöïc nghieäm ngöôøi ta nhaän thaáy : N _p f (Re). Coù 3 phöông phaùp

xaùc ñònh chuaån soá coâng suaát N_p

• Xaùc ñònh N_ptheo phöông phaùp giaûi tích :

4

Trang 4

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

• Xaùc ñònh N_ptheo phöông trình chuaån soá : N _p C.Re^m, caùc giaù trò

C & m ñöôïc xaùc ñònh qua caùc baûng tra.

• Xaùc ñònh N_ptheo ñoà thò (duøng giaûn ñoà coâng suaát).

2.5. Tieân ñoaùn coâng suaát trong caùc heä thoáng thöïc:

Khi caàn thieát keá moät heä thoáng khuaáy troïn trong coâng nghieäp, ngöôøi ta taïo moät moâ

hình maãu nhoû roài xaây döïng giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát cho moâ hình naøy. Moâ hình maãu

phaûi ñoàng daïng vôùi moâ hình thöïc teá. Vì söï ñoàng daïng naøy maø moâ hình lôùn coù theå duøng

chung giaûn ñoà cuûa moâ hình maãu. Töø ñoù ta coù theå tieân ñoaùn coâng suaát thöïc caàn thieát.

3. THIEÁT BÒ & PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM:

3.1. Thieát bò TN :

• 2 bình chöùa daàu vaø nhôùt

• 2 caùnh khuaáy turbine CT₂, CT₃& 1 caùnh khuaáy chaân vòt CP₂

• 1 truïc gaén caùnh khuaáy

• 1 boä taám chaën 4 taám

• 1 ñoäng côù ¼ maõ löïc coù theå thay ñoåi vaän toác 0 – 1200v/ph baèng hoäp soá

• 1 löïc keá loø xo coù thang ño 0 – 2lbf

• 1 vaän toác keá coù 3 thang ño ( 0- 300; 0- 600; 0 – 1200v/ph)

3.2. Phöông phaùp TN:

3.2.1. Ño coâng coâng suaát khuaáy:

Coâng suaát khuaáy P ñöôïc tính baèng coâng thöùc:

P  2.r.F.N

(10)

Trong ñoù: r = 5 inch laø khoaûng caùch töø vò trò gaén loø xo ñeán truïc ñoäng cô; F-

löïc ma saùt giöõa chaát loûng vaø caùnh khuaáy, N- soá voøng quay caùnh khuaáy

3.2.2. Vaän toác khuaáy N:

Ñoïc treân vaän toác keá (v/ph)

3.3. Noäi dung TN

(1) Choïn löu chaát daàu hay laø nhôùt ñeå tieán haønh TN

(2) Choïn caùnh khuaáy turbine (CT₂hay CT₃) hay c aùnh khuaáy chaân vòt CP₂

laép vaøo truïc khuaáy

(3) Ñoâi vôùi nhôùt ñieàu chænh toác ñoä khuaáy laø 200,400,600,800,1000. Coøn ñoái

vôùi daàu thì choïn toác ñoä khuaáy laø 50,400,700,900,1100 voøng/phuùt

* Chuù yù khi tieán haønh TN :

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

• Khi ñoïc vaän toác luoân thöû ñeå vaän toác keá ôû thang 0 -1200prm 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.

5

Trang 5

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

• Moãi khi baät taét ñoäng cô hay thay ñoåi vaän toác khuaáy, phaûi duøng tay giöõ

ñoäng cô 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 laøm vôõ bình.

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

• Khi quay hoäp soá ñeå ñieàu cheá vaän toäc, phaûi thaùo rôøi loø xo khoûi ñoäng cô.

4. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM:

Vaän toác khuaáy

(voøng/ph)

100

F(lbf)

Chaát loûng

Nhôùt

0.03

0.04

0.045

0.055

0.04

-caùnh khuaáy

C_T2

Khoâng coù taám

chaën

200

300

400

100

Coù taám chaën

200

0.05

300

0.06

400

0.07

100

200

300

400

100

200

0.03

0.04

0.045

0.055

0.035

0.04

- caùnh khuaáy

C_T3

Khoâng coù taám

chaën

Coù taám chaën

300

0.05

400

0.06

100

200

300

0.04

0.05

0.06

- caùnh khuaáy

C_P2

Khoâng coù taám

chaën

400

0.07

100

200

0.04

0.05

Coù taám chaën

300

400

50

150

0.075

0.0825

0.035

0.04

Daàu

-caùnh khuaáy

C_T2

Khoâng coù taám

chaën

250

350

0.045

0.05

50

0.04

Coù taám chaën

6

Trang 6

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

150

250

350

0.045

0.05

0.055

4.3. Xaây döïng giaûn ñoà Coâng suaát khuaáy – Vaän toác khuaáy cho boàn nhôùt 50m³ñoàng

daïng boàn nhôùt thí nghieäm:

Ñöôøng kính boàn nhôùt thöïc teá: D = 4.3m

Choïn loaïi caùnh khuaáy maùi cheøo ñoàng daïng vôùi caùnh khuaáy CT3 coù ñöôøng kính

d = 1.14 m

Vaän toác khuaáy

(voøng/s)

P

(W)

Re

Np

100

4.5

4.2

4

0.008

0.00408

0.03048

0.10285

0.4535

200

300

500

0.016

0.025

0.041

4.4. Ñoà thò

7

Trang 7

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

8

Trang 8

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

9

Trang 9

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

5. BAØN LUAÄN:

5.1. AÛnh höôûng cuûa taám chaën ñeán coâng suaát khuaáy:

- Trong caùc thí nghieäm, ta luoân thaáy vôùi cuøng moät vaän toác khuaáy, tröôøng hôïp laép

taám chaën seõ coù chuaån soá coâng suaát (hay coâng suaát) khuaáy cao hôn so vôùi khoâng laép

taám chaën.

- Laép taám chaën seõ laøm taêng trôû löïc caûn trôû doøng chaûy xoaùy troøn cuûa chaát loûng

trong boàn khuaáy. Töø ñoù laøm taêng löïc ma saùt cuûa doøng chaûy. Trong tröôøng hôïp khoâng

coù taám chaën neáu duøng moät coâng suaát baèng vôùi tröôøng hôïp khoâng laép taám chaën thì do

trôû löïc doøng chaûy ñoù, vaän toác khuaáy seõ ñaït giaù trò thaáp hôn. Vì vaäy, ñeå ñaûm baûo ñöôïc

vaän toác khuaáy caàn thieát, ta phaûi cung caáp moät coâng suaát lôùn hôn tröôøng hôïp khoâng laép

taám chaën.Tuy nhieân, khi laép taám chaën seõ ngaên caûn ñöôïc söï hình thaønh xoaùy pheãu, laøm taêng

hieäu suaát khuaáy, beân caïnh ñoù coâng suaát khuaáy cuõng taêng do trôû löïc caûn cuûa taám chaën leân söï

khuaáy taêng.

Tuy nhieân, ôû ñoà thò 1,2,4, khi vaän toác khuaáy ñaït ñeán moät giaù trò naøo ñoù thì chuaån

soá coâng suaát ôû hai tröôøng hôïp laïi tieán veà gaàn baèng nhau. Coù veû nhö keát quaû treân hoaøn

toaøn ngöôïc laïi so vôùi hai giaûn ñoà trong saùch höôùng daãn thí nghieäm. Coøn ñoà thò 3 thì laïi

gioáng vôùi 2 giaûn ñoà trong saùch höôùng daãn. Nguyeân nhaân coù theå do thieát bò: khi quay

laâu trong nhôùt (daàu) do coù ñoä nhôùt cao neân khi heä thoáng khuaáy hoaït ñoäng laâu seõ laøm

loûng khôùp noái caùnh khuaáy vôùi truïc khuaáy. Ñieàu naøy laøm cho vieäc ño löïc khoù khaên hôn,

soá lieäu thu nhaän ñöôïc töø löïc keá khoâng coøn tính chính xaùc nöõa. Ngoaøi ra, heä thoáng goàm:

ñoäng cô, hoäp soá ñöôïc ñôõ treân oå bi, khi heä thoáng hoaït ñoäng khoâng ngöøng dao ñoäng =>

soá ño löïc keá dao ñoäng lieân tuïc => khoù xaùc ñònh chính xaùc giaù trò vaø sai soá do khoâng keå

ñeán ma saùt trong oå bi ñôõ ñoäng cô (choáng laïi ma saùt giöõa caùnh khuaáy vaø chaát loûng laøm

sai keát quaû ño löïc).

2. Söï tieâu thuï naêng löôïng cuûa töøng loaïi caùnh khuaáy

Vôùi cuøng moät loaïi caùnh khuaáy vaø cuøng ñieàu kieän thí nghieäm veà caùc thoâng soá

khaùc, ñöôøng kính caùnh khuaáy caøng lôùn thì naêng löôïng tieâu thuï caøng lôùn.

Trong tröôøng hôïp ñoù, naêng löôïng tieâu thuï phuï thuoäc vaøo tieát dieän vuoâng goùc vôùi

vaän toác daøi cuûa caùnh khuaáy. Tieát dieän caøng lôùn, löïc caûn cuûa chaát loûng leân caùnh khuaáy

caøng lôùnnaêng löôïng tieâu hao ñeå thaéng löïc caûn ñoù caøng lôùn.

Löïc caûn naøy ñöôïc bieåu dieãn bôûi phöông trình cuûa Newton :

dv

P  .A.

dy

Trong ñoù :

• P : Löïc caûn (N).

•  : Heä soá nhôùt ñoäng löïc hoïc (N.s/m²).

• A : Tieát dieän vuoâng goùc vôùi vaän toác doøng chaûy.

• dv/dy : Gradient vaän toác löu chaát theo phöông vuoâng goùc doøng chaûy.

10

Trang 10

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

Trong thí nghieäm, ta thaáy

- Caùnh khuaáy C_T2tieâu thuï naêng löôïng lôùn hôn caùnh khuaáy C_T3, theå hieän ôû choã

coâng suaát khuaáy lôùn hôn. Vì: caùnh khuaáy C_T2coù ñöôøng kính 3 inch, caùnh khuaáy C_T3coù

ñöôøng kính 2.5 inch dieän tích beà maët vuoâng goùc vaän toác daøi caùnh khuaáy cuûa caùnh

khuaáy C_T3lôùn hôn.

- Caùnh khuaáy C_P2, tuy coù ñöôøng kính baèng vôùi caùnh khuaáy C_T3, tuy nhieân caáu

taïo cuûa noù coù daïng chong choùng, phaàn tieát dieän vuoâng goùc vôùi vaän toác daøi cuûa noù beù

hôn caû caùnh khuaáy C_T3vì theá noù tieâu thuï naêng löôïng thaáp nhaát. Coù moät ñieåm caàn löu yù

laø do caáu taïo nhö chong choùng, caùnh khuaáy C_P2seõ laøm taêng löïc ñaåy theo chieàu truïc, vì

vaäy noù seõ taêng cöôøng khuaáy troän doïc.

3. Khoaûng caùch giöõa caùc vaän toác trong tröôøng hôïp khuaáy daàu lôùn hôn khuaáy

nhôùt:

Trong cuoán höôùng daãn thí nghieäm : vôùi nhôùt coù theå choïn vaän toác 200, 400,600,

800 vaø 1000; vôùi daàu coù theå choïn 50, 400, 700, 900, 1100.

Do ñoä nhôùt cuûa daàu nhoû hôn nhieàu so vôùi nhôùt, chæ gaàn baèng phaân nöõa. Vì vaäy löïc

ma saùt ño ñöôïc khi khuaáy daàu seõ nhoû hôn khi khuaáy nhôùt. Neáu laáy khoaûng vaän toác

khuaáy hai chaát loûng gioáng nhau thì khoaûng caùch giöõa caùc löïc ño ñöôïc khi khuaáy daàu seõ

nhoûkhoù phaân bieät. Vì vaäy, khoaûng caùch vaän toác cuûa thí nghieäm khuaáy daàu phaûi lôùn

hôn thí nghieäm khuaáy nhôùt ñeå taêng khoaûng caùch caùc löïc ma saùt ño ñöôïcdeã ñoïc giaù

trò treân löïc keá.

Khi laøm thí nghieäm, vaän toác choïn vôùi nhôùt 100, 200, 300, 400; vôùi daàu 50, 150,

250, 350. Khoaûng caùch giöõa vaän toác khi ño vôùi daàu vaø nhôùt khoâng cheânh leäch nhau

neân ñoïc giaù trò raát khoù. Bieân ñoä dao ñoäng cuûa löïc keá raát nhoû vaø haàu nhö khoâng khaùc

bieät nhau laém ôû moãi möùc vaän toác (vôùi daàu).

4. Trong tröôøng hôïp naøo thì coù xoaùy pheãu ? Xoaùy pheãu coù lôïi hay khoâng. Coù

nhöõng phöông aùn naøo laøm maát xoaùy pheãu ? Beà maët cuûa xoaùy pheãu loõm xuoáng hay loài

leân? Taïi sao?

Xoaùy pheãu xuaát hieän khi löïc ly taâm ñuû lôùn, vaän toác xoay cuûa doøng löu chaát lôùn seõ

taïo ra moät tröôøng löïc caân baèng vôùi troïng löïc chaát loûng laøm cho beà maët phaàn chaát loûng

phaân boá theo daïng cong loõm. Daïng cong loõm cuûa xoaùy ñöôïc giaûi thích theo 2 caùch:

+ Theo giaûi tích:

Maët thoaùng chaát loûng trong thieát bò laø maët cong ñöôïc bieåu dieãn bôûi phöông trình:

dz₀v_t²



dr

rg

B.N ².d ²

2g

Trong ñoù: z₀– laø ñoä saâu cuûa pheãu, z₀= h₁+ h_2;z₀

B- tham soá phuï thuoäc vaøo thoâng soá phaân boá toác ñoä,₁B = f( ) ñöôïc

bieãu dieãn treân ñoà thò.

11

Trang 11

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

h₁-khoaûng caùch töø möïc chaát loûng ban ñaàu ñeán ñeán ñaùy cuûa loõm xoaùy,m

h₂- möïc chaát loûng daâng leân ôû thaønh thieát bò,m

Roõ raøng laáy tích phaân cuûa phöông trình treân thì z₀= - f(v_t, r, g, …) < 0, do vaäy beà

maët cuûa loõm xoaùy (daïng parabol) seõ loõm xuoáng.

+ Theo baûn chaát: löïc ly taâm coù xu höôùng ñem caùc phaàn töû chaát loûng töø taâm ra

ngoaøi. Ñeán thaønh bình, chuùng bò caûn laïi vaø öù ñoïng taïi ñoù. Vì vaäy maät ñoä caùc phaàn töû

chaát loûng ôû taâm bình seõ ít hôn ôû ngoaøi thaønh bình vì vaäy seõ xuaát hieän daïng loõm (do

thieáu chaát loûng ôû taâm bình khuaáy).

Caùnh khuaáy chaân vòt coù taùc duïng taêng cöôøng khuaáy troän doïc neân seõ ít taïo xoaùy

pheãu hôn.

Thöôøng thì xoaùy pheãu khoâng coù lôïi, vì treân beà maët chaát loûng seõ xuaát hieän nhieàu

choã xoaùy lôùn vaø söï chuyeån ñoäng cuûa chaát loûng trong loøng ñoâi khi bò haïn cheá do söï maát

maùt naêng löôïng nhieàu vaø söï taïo boït trong khi khuaáy. Hôn nöõa, xoaùy pheãu hình thaønh

vaø toàn taïi laøm giaûm löïc khuaáy troän ,ñoâi khi coøn coù taùc duïng ngöôïc laïi laøm xuaát hieän

khaû naêng phaân li laøm giaûm hieäu quaû cuûa quaù trình khuaáy. Do vaäy thöïc teá ngöôøi ta

thöôøng traùnh khaû naêng taïo xoaùy pheãu baèng caùc phöông aùn sau:

+ Ñaët leänh taâm caùnh khuaáy vaøo beå ( thuøng) khuaáy: ñaët nghieâng hay ñaët naèm ngang

+ Gheùp thanh chaën trong thuøng khuaáy: Gheùp thanh chaën ôû thaønh thuøng, duøng voøng

caûn, thanh roái doøng, caùc oáng thaúng ñöùng ñaët trong thuøng, caùc voøng oáng …

Tuy nhieân, vieäc ñaët leäch taâm caùnh khuaáy vaø gheùp thanh chaën trong thuøng chaén seõ

xuaát hieän theâm trôû löïc cuïc boä vaø xuaát hieän vuøng tuø => ñeå giaûm thæu vuøng tuø ta phaûi

taêng vaän toác khuaáy troän.

5. Nhaän xeùt möùc ñoä tin caäy cuûa phöông phaùp ñoàng daïng.Phaân tích tröôøng hôïp

boàn “50m³” ôû treân:

Phöông phaùp ñoàng daïng laø phöông phaùp ñöôïc öùng duïng nhieàu trong nghieân cöùu vaø

thieát keá caùc heä thoáng. Nhö ñaõ ñeà caäp ôû phaàn lyù thuyeát, hai quaù trình ñöôïc goïi laø ñoàng

daïng phaûi thoûa:

• Ñoàng daïng hình hoïc.

• Ñoàng daïng ñoäng hoïc.

• Ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc.

Moâ hình ñoàng daïng hoaøn toaøn ñoøi hoûi taát caû caùc chuaån soá voâ thöù nguyeân töông

öùng baèng nhau.

Tuy nhieân, khi aùp duïng moâ hình ñoàng daïng cuûa moâ hình thí nghieäm vaøo moâ

hình saûn xuaát coâng nghieäp seõ khoù traùnh khoûi nhöõng sai khaùc veà moät soá thoâng soá kó

thuaät. Vì vaäy, ñeå coù theå aùp duïng nhöõng nghieân cöùu trong phoøng thí nghieäm vaøo thöïc teá

thöôøng ngöôøi ta seõ theâm 1 hay 1 vaøi thoâng soá hieäu chænh.

Möùc ñoä tin caäy cuûa phöông phaùp ñoàng daïng laø coù theå chaáp nhaän ñöôïc trong khi

chöa coù moät moâ hình giaûi tích chính xaùc ñeå tính toaùn caùc heä thoáng thöïc.

12

Trang 12

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

Trong moâ hình saûn xuaát coâng nghieäp, yeâu caàu naêng suaát ñöôïc ñaët leân haøng ñaàu

vaø coâng suaát khuaáy troän lôùn hôn raát nhieàu so vôùi thí nghieäm. Theo thí nghieäm treân Re

cuûa chaát loûng laø <1000 => raát nhoû so vôùi thöïc teá. Vì vaäy, ñeå coù theå tính toaùn cho heä

thoáng thöïc nghieäm yeâu caàu ta phaûi laøm thí nghieäm ôû ñieàu kieän coù Re cao hôn raát

nhieàu so vôùi thí nghieäm ( vaän toác khuaáy troän lôùn).

6. Chuyeån giao giaûn ñoà

Sau khi xaây döïng thaønh coâng boàn chöùa 50m³, ñieàu ñaàu tieân phaûi laøm ñoù laø laøm

thöïc nghieäm vaø laäp neân giaûn ñoà N_P– Re. Sau ñoù ñoái chieáu vôùi giaûn ñoà thí nghieäm lí

thuyeát. Töø ñoù xaùc ñònh caùc heä soá hieäu chænh. Sau khi ñaõ laøm xong nhöõng böôùc ñoù, ta

ñaõ coù moät giaûn ñoà hoaøn chænh vaø coù theå duøng giaûn ñoà ñoù ñeå tính toaùn cho caùc thieát bò

coù dung tích lôùn hôn döïa treân giaûn ñoà hoaøn chænh. Vaø giaûn ñoà ñaõ laäp ñöôïc coù theå aùp

duïng ñeå thieát keá caùc thieát bò coâng nghieäp vaø ñöa vaøo saûn xuaát theo qui moâ coâng

nghieäp.

VI. PHUÏ LUÏC

* Caùc thoâng soá caàn thieát:

- Ñöôøng kính bình nhôùt vaø daàu laàn löôït : D_N= 24cm, D_d= 30cm

- Ñöôøng kính caùnh khuaáy: C_T2: d = 3 inch; C_T3: d = 2,5 inch; C_P2: d = 3 inch

- Khoái löôïng rieâng cuûa nhôùt vaø daàu laàn löôït laø:

_N 852,15kg / m³_d 811,75kg / m³

,

- Ñoä nhôùt cuûa nhôùt vaø daàu laàn löôït laø:

_N 90,89cP  0.09089Pa.s

_d 51,84cP  0.05184Pa.s

- Chieàu cao möïc chaát loûng: nhôùt :H_N= 16cm; daàu : H_d= 25cm

- Chieàu cao möïc chaát loûng töø ñaùy bình ñeán caùnh khuaáy : Z_N= 10 cm;

- Beà daøy taám chaën:   3mm, beà ngang taám chaën : b = 2.5 cm.

* Tính toaùn caùc giaù trò:

N(v / ph)

N(v / s) 

60

F(N)  F(lbf ) 4.45

P

Np 

N ³d ⁵

d²N



Re 

P  2.r.F.N

*Tính toaùn tröôøng hôïp boàn nhôùt thöïc teá 50m³:

13

Trang 13

Thí nghieäm QT-TB

Baøi: Khuaáy chaát loûng

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

H  0.007235m³

D²

4

- Theå tích boàn nhôùt thí nghieäm: V_TN



V_TT

3

- Tæ soá ñoàng daïng hình hoïc: l 

19.05

V_TN

Vôùi V_TT= 50m³

Ñöôøng kính boàn nhôùt thöïc teá: D_TT D l =4.572

- Ñöôøng kính caùnh khuaáy thöïc teá: d_TT d l 1.45161m

- Choïn giaù trò N(v/s) sao cho giaù trò Re (tính theo d_TT)  giaù trò Re (tính theo d)

- Töø giaûn ñoà Np – Re cuûa caùnh khuaáy C_T2tröôøng hôïp khuaáy nhôùt, tra giaù trò Np

cho tröôøng hôïp thöïc teá.

- Tính coâng suaát khuaáy thöïc teá: P  NpN ³d_T⁵_T

TT

7. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

[1].Taäp theå Taùc giaû boä moân Maùy & Thieát bò – Khoa Coâng ngheä Hoùa hoïc & Daàu khí –

Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa –Ñaïi hoïc Quoác gia Tp.Hoà Chí Minh, “ Thí nghieäm Quaù

trình & Thieát bò”,9/2003.

[2]. Taäp theå taùc giaû, “ Soå tay Quaù trình & Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – taäp 1”,Nhaø

xuaát baûn Khoa hoïc & Kyõ thuaät Haø Noäi,1992.

[3]. Nguyeãn vaên Luïa, “Quaù trình & Thieát bò Coâng ngheä Hoùa hoïc & Thöïc phaåm – taäp

1 – Caùc Quaù trình & Thieát bò Cô hoïc – quyeån 1- Khuaáy Laéng Loïc”,NXB –Ñaïi hoïc

Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh, 2001.

14

Trang 14

Thí nghieäm QT-TB

GVHD: Coâ Nguyeãn Thò Nhö Ngoïc

Baøi: Khuaáy chaát loûng

15

Trang 15

Thí nghiệm môn Quá trình thiết bị - Khuấy chất lỏng