Thí nghiệm Quá trình thiết bị

Khuaáy chaát loûng

I. TRÍCH YEÁU

1. Muïc ñích

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

2. Phöông phaùp thí nghieäm:

Tieán haønh thí nghieäm baèng caùch thieát laäp nhieàu heä thoáng khuaáy khaùc nhau veà:

▪ Loaïi caùnh khuaáy: caùnh khuaáy turbine (CT2, CT3) vaø chaân vòt (CP2)

▪ Cheá ñoä khuaáy (coù vaø khoâng coù taám chaën)

trong caùc chaát loûng coù ñoä nhôùt vaø khoái löôïng rieâng khaùc nhau (daàu vaø nhôùt).

ÔÛ moãi thí nghieäm, ta thay ñoåi vaän toác khuaáy vaø laàn löôït ño caùc ñaïi löôïng :

▪ Vaän toác khuaáy N.

▪ Löïc caûn F_fcuûa caùnh khuaáy qua löïc keá loø xo.

3. Keát quaû.

- Xaây döïng giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát khuaáy cho caùc tröôøng hôïp thí nghieäm

- Xaây döïng moâ hình thöïc moät boàn chöùa nhôùt coù theå tích 50 m³ñoàng daïng hình hoïc

vôùi bình thí nghieäm khuaáy nhôùt.

II. LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM

1. Khai niem

Khuaáy chaát loûng laø cung caáp naêng löôïng ñeå taïo moät doøng chaûy thích hôïp trong thieát

bò

Khuaáy troän trong moâi tröôøng loûng thöôøng ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong caùc ngaønh

coâng nghieäp hoaù chaát, thöïc phaåm ñeå taïo dung dòch huyeàn phuø, nhuõ töông, ñeå laøm taêng

cöôøng quaù trình truyeàn nhieät, truyeàn khoái phaûn öùng hoaù hoïc ….Ngöôøi ta coù theå khuaáy troän

chaát loûng baèng cô khí, baèng khí neùn (suïc khí) hoaëc baèng tieát löu hay tuaàn hoaøn chaát

loûng.

Phaïm vi öùng duïng cuûa moät soá loaïi caùnh khuaáy (khuaáy troän baèng cô khí).

- Caùnh khuaáy maùi cheøo : Ñeå khuaáy troän chaát loûng coù ñoä nhôùt nhoû, thöôøng duøng ñeå

hoaø tan chaát raén coù khoái löôïng rieâng khoâng lôùn laém.

- Caùnh khuaáy chaân vòt : Ñeå ñieàu cheá huyeàn phuø, nhuõ töông. Loaïi caùnh khuaáy naøy

duøng khoâng thích hôïp ñoái vôùi chaát loûng coù ñoä nhôùt cao hoaëc khuaáy troän hoãn hôïp, trong

ñoù khoái löôïng rieâng cuûa pha raén lôùn

- Caùnh khuaáy turbine : Ñeå khuaáy chaát loûng coù ñoä nhôùt cao ( = 5.10⁵cP), ñeå ñieàu

cheá huyeàn phuø mòn, ñeå hoaø tan nhanh chaát raén hoaëc ñeå khuaáy troän chaátloûng ñaõ laéng caën

coù noàng ñoä pha raén ñeán 80%.

1

-

Khuaáy chaát loûng

- Caùnh khuaáy ñaëc bieät : Duøng trong tröôøng hôïp khoâng theå duøng caùc caùnh khuaáy treân.

Loaïi naøy duøng ñeå khuaáy buøn nhaõo hoaëc chaát loûng coù ñoä nhôùt cao.

2. Cac phöông phap xac ñònh chuan so cong suat khuay

- Xaùc ñònh chuaån soá coâng suaát theo giaûi tích:

Tröôøng hôïp toång quaùt, chuaån soá coâng suaát ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc

K_N 4_k.K₁

(1)

_k: Heä soá trôû löïc caùnh khuaáy

K₁: Heä soá khoâng thöù nguyeân, lieân quan ñeán tröôøng toác ñoä ñöôïc bieåu dieãn

K₁= f(₁,₂)

- Xaùc ñònh chuaån soá coâng suaát theo ñoà thò

Döïa vaøo ñoà thò chuaån soá coâng suaát khuaáy vôùi Re cuûa töøng loaïi thieát bò khuaáy ta coù

theå xaùc ñònh ñöôïc K_Nkhi bieát Re

- Xaùc ñònh chuaån soá coâng suaát khuaáy theo phöông trình chuaån soá

3. Phan tích thö nguyen

Coâng suaát khuaáy P phuï thuoäc vaøo

 Vaän toác caùnh khuaáy N, v/s.

 Ñaëc tính cuûa chaát loûng: ñoä nhôùt , khoái löôïng rieâng .

 Ñoä cao cuûa chaát loûng trong bình chöùa H, m.

 Ñöôøng kính caùnh khuaáy D vaø caáu truùc bình khuaáy (loaïi caùnh khuaáy, hình

daùng bình chöùa, soá taám chaën,…)

Nhö vaäy ta coù ñöôïc quan heä:

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

Phaân tích thöù nguyeân cho thaáy :

2





P

d N N d d Z H

 f ^*

,

, , , ...





N ³d⁵



g

D D D





Trong ñoù:

P

N_P

(2)

: Chuaån soá coâng suaát, coù yù nghóa cuûa moät thöøa soá ma saùt

: Chuaån soá Reynold cuûa caùnh khuaáy, tæ soá giöõa löïc li taâm vaø

N ³d⁵

d ²N

Re 

(3)



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

2

-

Khuaáy chaát loûng

N ²d

g

Fr 

(4)

: Chuaån soá Froude, tæ soá giöõa löïc li taâm vaø löïc troïng tröôøng ñaëc

tröng cho söï hình thaønh xoaùy pheãu.

d Z H

, , ,...

: Caùc thöøa soá hình daïng cuûa heä thoáng.

D D D

Giöõa caùc heä thoáng thoaû 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)

(5)

4. Gian ño cong suat.

a. Cong thöc ñe xac ñònh cong suat khuay tron

P = N_PN³d⁵

(6)

Trong ñoù Np phuï thuoäc vaøo hai chuaån soá Re vaø Fr. Vieäc xaùc ñònh chuaån soá coâng

suaát khuaáy Np baèng giaûi tích cho ñeán nay vaãn coøn gaëp nhieàu khoù khaên. Vì theá, ngöôøi ta

duøng thöïc nghieäm ñeå xaây döïng quan heä giöõa ba chuaån soá noùi treân. Thoâng thöôøng, ngöôøi

ta coá ñònh moät trong hai thoâng soá (giaû söû laø Re) ôû moät giaù trò Re₁naøo ñoù, laøm thí nghieäm

vôùi caùc giaù trò Fr₁, Fr₂,… ñeå ñöôïc caùc Np töông öùng. Sau ñoù seõ thay ñoåi Re ñeán caùc Re₂,

Re₃,…vaø laëp laïi quy trình. Deã thaáy raèng ta seõ coù ñöôïc moät maët phaúng trong heä toaï ñoä Re –

Fr – Np ñeå moâ taû phöông trình (5)

b. Dang cong thöc ñôn gian nhat ñe xac ñònh chuan so cong suat khuay la

N_P= K’Re^bFr^c

(7)

Trong ñoù giaù trò K’, b vaø c ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm vaø döïa vaøo loaïi caùnh

khuaáy hình daïng bình chöùa, cheá ñoä chuyeån ñoäng cuûa löu chaát

Chuaån soá Fr thöôøng quan troïng chæ trong caùc tröôøng loõm xoaùy xuaát hieän vaø coù theå

boû qua neáu giaù trò cuûa chuaån soá Re nhoû hôn 300. Khi ñoù

N_P= K’Re^b

(8)

Vôùi giaù trò Re < 10 thì b = -1 khi ñoù coâng thöùc xaùc ñònh coâng suaát laø

P = K’ N²D³(9)

Giaù trò K’ phuï thuoäc vaøo loaïi caùnh khuaáy, caùch saép ñaët bình khuaáy

Ñoái vôùi caùc giaù trò cao hôn cuûa Re Chuaån soá Fr cuõng goùp phaàn aûnh höôûng ñeán giaù

trò Np

Ñoà thò moâ taû quan heä ñoù goïi laø giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát khuaáy

III. DUÏNG CUÏ, THIEÁT BÒ, PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM

1. Duïng cuï, thieát bò

3

-

Khuaáy chaát loûng

- 2 bình chöùa daàu vaø nhôùt.

- 2 caùnh khuaáy turbine CT2 (lôùn), CT3 (nhoû) vaø moät caùnh khuaáy chaân vòt CP2

- 1 truïc 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

a. Phöông phaùp ño:

-

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  Fds

• Khi chyeån ñoäng troïn moät voøng:

2 r

A  Fds  F2 r



0

Vôùi r laø khoaûng caùch töø vò trí gaén loø xo ñeán truïc ñoäng cô. Trong heä thoáng thí

nghieäm naøy, r = 5 inch.

A

1

P 

vôùi T  : thôøi gian ñoäng cô quay heát moät voøng.

T

N

Nhö vaäy:

P  2 FrN

(10)

-

Vaän toác khuaáy N:

Ñoïc treân vaän toác keá theo ñôn vò voøng/phuùt ( rpm ).

b. Caùch tieán haønh:

Thí nghieäm ñöôïc thöïc hieän vôùi 2 chaát loûng laø nhôùt vaø daàu. Ñoái vôùi nhôùt,

tieán haønh laàn löôït vôùi caû 3 caùnh khuaáy, vôùi daàu chæ duøng caùnh khuaáy CT2. ÖÙng vôùi moãi

caùnh khuaáy phaûi ño 2 cheá ñoä: coù vaø khoâng coù taám chaën. Vôùi nhôùt choïn vaän toác 100, 200,

300, 400. Vôùi daàu ta choïn 50, 150, 250, 350. Cuï theå nhö sau:

-

Ñaàu tieân, kieåm tra dung cuï vaø caùc thieát bò thí nghieäm.

4

-

Khuaáy chaát loûng

-

Laép caùnh khuaáy vaøo heä thoáng (khi laép caàn chuù yù khoâng ñeå rôi xuoáng laøm vôõ

bình).

-

Laép taám chaën neáu laø cheá ñoä coù taám chaën ( chuù yù va chaïm laøm beå bình ).

Choïn cheá ñoä vaän toác (0-600 voøng/phuùt)

Chænh löïc keá loø xo veà 0.

Baät ñoäng cô (duøng tay giöõ ñoäng cô ñeå cho löïc ban ñaàu khoâng laøm ñoäng cô

xoay maïnh seõ gaây ra va chaïm laøm hö maùy).

-

Chænh hoäp soá vaän toác ñeán möùc caàn thieát.

Khi ñoäng cô quay, löïc ma saùt truyeàn leân caùnh khuaáy laøm cho ñoäng cô quay

treân oå bi. Ta gaén loø xo löïc keá vaøo ñoäng cô ñeå haõm noù laïi vaø ñoïc soá ño treân löïc keá.

-

Duøng tay giöõ ñoäng cô, thaùo loø xo löïc keá ra,chænh vaaän toác veà 0,taét maùy

Môû maùy, tieáp tuïc thay ñoåi vaän toác baèng hoäp soá, moùc loø xo löïc keá vaøo vaø

-

ñoïc soá ño môùi.

IV. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM

1. Baûng soá lieäu

a. Vôùi löu chaát laø nhôùt.

Nhớt - khoâng thanh chặn

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

N(v/phut)

100

Re

Np

Ghi chuù

1.667

3.333

5.000

6.667

0.10

0.12

0.14

0.20

0.445 0.592

0.534 1.420

0.623 2.484

0.890 4.732

Nhớt - thanh chặn

0.356 0.473

0.445 1.183

0.534 2.129

0.801 4.259

90.732

181.463

272.195

362.926

58.363

17.509

9.079

7.295

200

300

400

CT₂

100

200

300

400

1.667

3.333

5.000

6.667

0.08

0.10

0.12

0.18

90.732

181.463

272.195

362.926

46.690

14.591

7.782

6.566

Nhớt - khoâng thanh chặn

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

1.667 0.08 0.356 0.473

Ghi

chuù

CT₃

N(v/phut)

100

Re

Np

63.008

116.180

5

-

Khuaáy chaát loûng

200

300

400

3.333

5.000

6.667

0.10

0.12

0.14

0.445 1.183

0.534 2.129

0.623 3.313

Nhớt - thanh chặn

0.445 0.592

0.534 1.420

0.623 2.484

0.890 4.732

126.016

189.024

252.032

36.306

19.363

12.707

100

200

300

400

1.667

3.333

5.000

6.667

0.10

0.12

0.14

0.20

63.008

126.016

189.024

252.032

145.225

43.567

22.591

18.153

Nhớt - khoâng thanh chặn

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

N(v/phut)

100

Re

Np

Ghi chuù

1.667

3.333

5.000

6.667

0.10

0.12

0.14

0.18

0.445 0.592

0.534 1.420

0.623 2.484

0.801 4.259

Nhớt - thanh chặn

0.534 0.710

0.623 1.656

0.712 2.839

0.801 4.259

90.732

181.463

272.195

362.926

58.363

17.509

9.079

6.566

200

300

400

CP₂

100

200

300

400

1.667

3.333

5.000

6.667

0.12

0.14

0.16

0.18

90.732

181.463

272.195

362.926

70.035

20.427

10.376

6.566

b. Vôùi löu chaát laø daàu

Daàu - khoâng thanh chặn

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

N(v/phut)

50

Re

Np

245.069

32.676

13.724

8.002

Ghi chuù

0.833

2.500

4.167

5.833

0.10

0.12

0.14

0.16

0.445 0.296

0.534 1.065

0.623 2.070

0.712 3.313

Daàu - thanh chặn

0.445 0.296

0.623 1.242

0.712 2.366

0.801 3.727

75.768

227.304

378.840

530.376

150

250

350

CT₂

50

0.833

2.500

4.167

5.833

0.10

0.14

0.16

0.18

75.768

227.304

378.840

530.376

245.069

38.122

15.684

9.003

150

250

350

6

-

Khuaáy chaát loûng

2. Ñoà thò.

a. Vôùi löu chaát laø nhôùt. ( “Nhôùt-1” : khoâng coù thanh chaën.” Nhôùt-2”: coù

thanh chaën)

7

-

Khuaáy chaát loûng

8

-

Khuaáy chaát loûng

b. Vôùi löu chaát laø daàu (“ Daàu-1”: khoâng thanh chaën.”Daàu-2”: coù thanh

chaën)

3. Tieân ñoaùn coâng suaát cho heä thoáng boàn chöùa nhôùt coù theå tích 50 m³, ñoàng daïng

vôùi bình khuaáy nhôùt söû duïng caùnh khuaáy CT3, boàn khoâng coù thanh chaën.

*

Beå khuaáy söû duïng caùnh khuaáy CT3 coù nhöõng ñaëc ñieåm sau

- Ñöôøng kính beå D_TN= 0.25 m

- Chieàu cao möïc chaát loûng H_TN= 0,284 m

- Ñöôøng kính caùnh khuaáy d_TN= 0.0635 m

*

Thieát keá beå chöùa coù theå tích V_TT= 50 m³

Ta coù :

9

-

Khuaáy chaát loûng

Suy ra

d_TN

d_TT



Ngoaøi ra :

=

D

TT

Vaäy D_TT= 3,83 m_,H_TT=

4,35 m, vaø d_TT= 0.97 m

TN

Ta tính Re’ theo coâng thöùc (3) vôùi d_TTvaø N’ ( giaù trò cho tröôùc), söû duïng giaûn ñoà

chuaån soá coâng suaát “Nhot CT3” tra giaù trò N’_P, duøng coâng thöùc (6) tính P’.

*

Keát quaû tính toaùn xaùc ñònh coâng xuaát khuaáy khi choïn 5 giaù trò vaän toác quay

cuûa caùnh khuaáy:

Caùnh

khuaáy

Chế ñoä

N' (voøng/s)

0.01

Re'

N'p

P' (W)

88.610

83.725

38.794

27.303

18.738

14.994

0.062

0.079

0.118

0.148

0.195

Khoâng

thanh

chaën

0.014 124.054

0.018 159.498

0.022 194.942

0.026 230.386

CT3

*

Đoà thò bieåu dieãn coâng suaát theo vaän toác khuaáy.

10

-

Khuaáy chaát loûng

V. BAØN LUAÄN

1. Nhaän xeùt aûnh höôûng cuûa taám chaën vôùi coâng suaát khuaáy:

Theo bảng số liệu:

- Đối với lưu chất là nhớt:

+ Trường hợp cánh khuấy CT2: công suất khuấy khi có thanh chặn nhỏ hơn

khi không có thanh chặn

+ Trường cánh khuấy CT3 và CP2 thì công suất khuấy khi không có thanh

chặn nhỏ hơn khi có thanh chặn

- Đối với lưu chất là dầu: cánh khuấy CT2, công suất khuấy khi có thanh chặn lớn hơn

khi không có thanh chặn, giaù trò coâng suaát 2 tröôøng hôïp xaáp xæ nhau.

Giải thích:

- Khi löïc ly taâm nhoû, coâng suaát khuaáy luùc khoâng coù taám chaën ñaït giaù trò gaàn nhö khi

coù taám chaën vì öùng vôùi giaù trò löïc ly taâm nhoû aûnh höôûng cuûa löïc naøy chöa ñaùng keå

 xoaùy loác chöa xuaát hieän vaø doøng löu chaát chuyeån ñoäng khoâng coù töông taùc nhieàu

vôùi caùnh khuaáy vaø taám chaén. Löïc ma saùt taùc duïng leân caùnh khuaáy trong caû hai

tröôøng hôïp naøy xaáp xæ nhau.

- Khi löïc ly taâm lôùn vaø khoâng coù taám chaën seõ xuaát hieän xoaùy loác (do söï caân baèng

giöõa löïc ly taâm trôû neân ñaùng keå vôùi troïng löïc ø taïo neân chuyeån ñoäng xoay troøn

cuûa löu chaát) khi khuaáy troän ôû vaän toác cao laøm tieâu toán moät phaàn naêng löôïng, quaù

11

-

Khuaáy chaát loûng

trình taïo boït cuõng laøm hao phí theâm naêng löôïng  maát maùt moät phaàn khaû naêng

khuaáy troän cuûa heä thoáng.

=> Ñeå khaéc phuïc söï taïo thaønh caùc xoaùy loác khi khuaáy troän ôû vaän toác cao ngöôøi ta laép

theâm caùc taám chaën vì:

- Khi coù theâm caùc taám chaën, chaát loûng ngoaøi tieáp xuùc vôùi dieän tích cuûa bình coøn

tieáp xuùc dieän tích cuûa caùc taám chaën (va ñaäp vaøo vaø chuyeån ñoäng doïc theo caùc bieân cuûa

chuùng)  laøm taêng theå tích tieáp xuùc  taêng löïc ma saùt. Vì trong baøi ta xaùc ñònh coâng suaát

khuaáy döïa treân löïc ma saùt truyeàn leân truïc cuûa ñoäng cô vaø laøm ñoäng cô quay treân oå bi 

coâng suaát khuaáy taêng.

Vaäy khi coù taám chaën coâng suaát khuaáy sẽ cao hôn so vôùi khi khoâng coù taám

chaën.

2. Nhaän xeùt söï tieâu thuï naêng löôïng ñoái vôùi töøng loaïi caùnh khuaáy

- Naêng löôïng tieâu hao cuûa töøng loaïi caùnh khuaáy khaùc nhau laø khaùc nhau.

Caùnh khuaáy chaân vòt tieâu hao naêng löôïng ít hôn caùnh khuaáy turbin.( xeùt cuøng ñöôøng kính

laø 3 inch).

- Giaûi thích:

▪ Caùnh khuaáy kieåu tuabin coù beà maët chòu aùp löïc vuoâng goùc vôùi phöông cuûa

doøng löu chaát  chòu söùc eùp tröïc dieän cuûa löu chaát  löïc caûn lôùn.

▪ Caùnh khuaáy chaân vòt, doøng löu chaátõ tröôït ñi moät phaàn  löïc caûn taùc duïng

cuûa noù cuõng giaûm ñi.

=> Ñeå tính coâng suaát khuaáy ta döïa treân giaù trò löïc ma saùt giöõa löu chaát vôùi caùnh khuaáy 

caùnh khuaáy chòu taùc duïng cuûa löu chaát nhieàu seõ laø caùnh khuaáy tieâu thuï nhieàu naêng löôïng.

- Cuøng loaïi moät caùnh khuaáy kieåu turbin thì côõ 3 inch tieâu thuï nhieàu naêng löôïng hôn

côõ 2,5 inch.)

- Giaûi thích:

Khi quay trong chaát loûng, caùnh khuaáy seõ chòu aùp löïc do doøng chaát loûng taùc duïng

leân. Vì vaäy caùnh khuaáy caøng lôùn seõ coù beà maët chòu taùc duïng löïc caøng lôùn vaø do ñoù seõ söû

duïng caøng nhieàu naêng löôïng.

3. Giaûi thích lyù do choïn khoaûng caùch giöõa caùc vaän toác trong tröôøng hôïp khuaáy daàu

lôùn hôn khuaáy nhôùt:

- Ñeå khaûo saùt giaûn ñoà chuaån soá coâng suaát khuaáy ta tính coâng suaát khuaáy öùng vôùi

caùc vaän toác khaùc nhau  caàn ño löïc ma saùt cuûa chaát loûng taùc duïng leân caùnh khuaáy, löïc

caûn naøy phuï thuoäc vaøo vaän toác chaát loûng vaø ñoä nhôùt chaát loûng.

- Ñoä nhôùt cuûa daàu _daàu= 51,84cP ; nhôùt _nhôùt= 90,89cP

 Cuøng moät toác ñoä quay, löïc ma saùt giöõa daàu vôùi caùnh khuaáy < löïc ma saùt giöõa nhôùt vôùi

caùnh khuaáy.

 ÔÛ baøi thí nghieäm naøy ta choïn khoûang caùch 2 tröôøng hôïp laø baèng nhau, chæ khaùc laø choïn

giaù trò vaän toác ñaàu cuûa daàu nhoû hôn cuûa nhôùt. , giaù trò löïc ma saùt cuûa daàu thay ñoåi khoâng roõ

raøng nhö cuûa nhôùt neân khi thí nghieäm vôùi daàu ta caàn choïn khoûang caùch caùc giaù trò vaän toác

nhieàu hôn ñeå thaáy roõ söï thay ñoåi cuûa löïc ma saùt.

12

-

Khuaáy chaát loûng

4. Trong tröôøng hôïp naøo thì coù xoaùy pheãu?

- 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. Hieän töôïng naøy goïi laø söï taïo pheãu trong thieát bò

khuaáy.

Khi Re_k≥ 300 löu chaát ôû cheá ñoä chaûy xoaùy vaø xuaát hieän xoaùy pheãu.

- Xoaùy pheãu laø coù haïi vì:

* Aûnh höôûng khoâng toát ñeán quaù trình khuaáy. Töø pheãu, khí coù theå xaâm nhaäp vaøo moâi

tröôøng loûng  giaûm hieäu quaû cuûa quaù trình khuaáy ñoàng thôøi caùnh khuaáy chòu taùc duïng

cuûa löïc phuï laøm taêng coâng suaát khuaáy.

* Taïo söï phaân lôùp cho quaù trình khuaáy troän (do löïc ly taâm, chaát co kích thöôùc lôùn ñaåy

ra xa taâm, chaát coù kích thöôùc nhoû gaàn taâm)

- Nhöõng phöông phaùp laøm maát xoaùy pheãu laø:

*

Ñaët leäch taâm caùnh khuaáy vaøo beå khuaáy, ñaët nghieâng hoaëc naèm ngang 

xoaùy pheãu ñöôïc taïo thaønh leäch taâm seõ va ñaäp 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:

❖ 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…)

 Neáu coù taám chaën: chaát loûng chuyeån ñoäng roái va ñaäp vaøo taám chaën vaø truyeàn bôùt naêng

löôïng cho caùc taám chaën  giaûm vaän toác vaø chuyeån ñoäng doïc theo bieân cuûa caùc taám chaën

- Söï hình thaønh xoaùy pheãu chæ xuaát hieän ôû vaän toác cao.Beà maët cuûa xoaùy coù daïng

loõm xuoáng ôû taâm do troïng löïc vaø löïc ly taâm.

5. Nhaän xeùt möùc ñoä tin caäy cuûa phöông phaùp ñoàng daïng:

- Ñoàng daïng laø gì?

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.

- Muïc ñích cuûa phöông phaùp ñoàng daïng:

▪ Hai heä thoáng ñoàng daïng thì coù theå söû duïng giaûn ñoà coâng suaát cuûa heä thoáng

nhoû suy ra cho heä thoáng lôùn.

▪ Hai moâ hình laø ñoàng daïng neáu ñoàng thôøi thoûa 3 noäi dung sau:

- 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: 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.

13

-

Khuaáy chaát loûng

- Ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc: 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; löïc taùc duïng leân heä thoáng thöïc ñònh höôùng theá naøo thì löïc

töông öùng ôû moâ hình cuõng phaûi ñònh höôùng nhö vaäy.

 Moâ hình thoûa maõn caû 3 noäi dung ñoàng daïng vôùi heä thoáng thöïc  ñoù laø moâ hình

ñoàng daïng hoaøn haûo.

Thöïc teá chæ ñaït moâ hình gaàn ñuùng vì:

 Caùc tieâu chuaån ñoàng daïng thöôøng khoâng cuøng thoûa maõn: trong töøng tröôøng hôïp

cuï theå tuøy thuoäc vaøo cheá ñoä ñoäng löïc hoïc vöôït troäi naøo ñoù cuûa moâ hình vaø thieát bò thöïc teá

maø ngöôøi ta söû duïng caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng töông öùng  xaây döïng moâ hình theo ñaïi

löôïng ñoù, caùc tieâu chuaån coá gaéng giaûm khaùc bieät.

 Kích thöôùc khoâng gian cuûa heä thoáng quaù khaùc bieät, moâ hình quaù nhoû  khoù khaên

trong thí nghieäm; moâ hình quaù lôùn  aûnh höôûng cuûa söùc caêng beà maët trôû neân roõ reät 

laøm sai leäch keát quaû.

 Khoâng xem xeùt heát taát caû caùc loaïi löïc taùc duïng leân heä thoáng lôùn, nhoû (vì seõ coù

löïc ñöôïc boû qua khi xem xeùt moâ hình nhoû)

 Khi tính toaùn cho nhöõng heä thoáng nhoû thì sai soá nhoû nhöng khi aùp duïng cho heä

thoáng lôùn seõ ñöa ñeán moät sai soá lôùn hôn nhieàu theo qui taéc ñoàng daïng. Caùc sai soá naøy coù

theå do khi ñoïc löïc keá, do truïc khuaáy bò leäch taâm.

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

hieäu chænh.

Nhö vaäy phöông phaùp khueách ñaïi ñoàng daïng chæ ñaùng tin caäy trong moät khoaûng bieán ñoái

khoâng lôùn laém veà kích thöôùc vaø phaûi coù caùc yeáu toá hình hoïc hoaøn toaøn töông hôïp.

Phaân tích tröôøng hôïp “boàn nhôùt 50m³”:

Ta xaây döïng boàn nhôùt theo ñoàng daïng hình hoïc (kích thöôùc tyû leä) vaø ñoàng daïng ñoäng hoïc

(caên cöù treân ñoà thò N_p– Re)  xaùc ñònh coâng suaát khuaáy.

Theo caùch naøy ta cuõng maéc nhieàu sai soá, nguyeân nhaân do:

- Sai soá trong quaù trình thí nghieäm: do khoaûng thôøi gian ñoïc löïc keá, chænh vaän toác

chöa chính xaùc, sai soá do tính toaùn, veõ ñoà thò… ñöôïc nhaân leân nhieàu laàn.

- Choïn giaù trò vaän toác ñeå tính Re vaø tra chuaån soá coâng suaát treân giaûn ñoà, ta phaûi

choïn vaän toác raát nhoû so vôùi thöïc teá (thaäm chí laø nhoû hôn trong thí nghieäm) do giaûn ñoà chæ

chöùa caùc giaù trò Re < 300  ñoà thò Coâng suaát – Vaän toác veõ ñöôïc do tieân ñoaùn cuõng khoù aùp

duïng trong thöïc teá.

6. Chuyeån sang giai ñoaïn chuyeån giao coâng ngheä:

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 chuaån so ácoâng suaát theo

vaän toác vì töø giaûn ñoà naøy ta coù theå xaây döïng giaûn ñoà coâng suaát theo vaän toác ñoái vôùi caû 2

moâ hình, ñoàng daïng hay khoâng ñoàng daïng hoøan toaøn

VI. PHUÏ LUÏC

1. Ñoåi ñôn vò vaø soá lieäu :

14

-

Khuaáy chaát loûng

1 maõ löïc (HP) = 735,6 W.

1 lbf = 4,45 N.

1 inch = 0,0254 m.

1voøng/phuùt = 1/60 voøng/s.

1cP = 10^-3Pa.s

Caùc soá lieäu (tra baûng, ño)

*

Nhôùt:

 = 852.15 Kg/m³

 = 0.09089 N/sm

Chieàu cao coät nhôùt: h = 28.4 cm

Ñöôøng kính thuøng :D = 25 cm

*

Daàu:

 = 811.75 Kg/m³

 = 0.05184 N/sm

*

Ñöôøng kính caùnh khuaáy:

CT2 : d= 3 inch =0.0762m

CT3 : d= 2.5 inch=0.0635m

CP2 : d= 3 inch=0.0762m

2. Coâng thöùc tính toùan

Baûng soá lieäu

Tính Re : aùp duïng coâng thöùc (3)

Tính P : aùp duïng coâng thöùc (10) vôùi r = 5 inch=0.127 m

Tính N_p: aùp duïng coâng thöùc (2)

VII. 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.

15

-

Khuaáy chaát loûng

16

-

Thí nghiệm Quá trình thiết bị - Khuấy chất lỏng