Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA
KHOA KĨ THUẬT Ô TÔ VÀ NĂNG LƯỢNG
---------------------------o0o-----------------------------
TÀI LIỆU THỰC HÀNH MÔN
KĨ THUẬT THỦY KHÍ
Người biên soạn: TS. Nguyễn Tiến Cường
Họ và tên sinh viên : …………………………...…………………………..
MSSV :…………………….. Mã lớp : ......……………
Học kì :…………….………. Năm học : 202......-202....... |48045915
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
NỘI QUY PHÒNG THÍ NGHIỆM 1.
Sinh viên đến làm thí nghiệm cần có đầy đủ tài liệu thí nghiệm do Phòng thí nghiệm cung cấp. 2.
Sinh viên phải đọc tài liệu hướng dẫn và chuẩn bị các kiến thức liên quan
đến bài thí nghiệm trước khi ến làm thí nghiệm. Sinh viên không chuẩn bị trước
bài thí nghiệm, ến muộn quá 10 phút sẽ không ược làm thí nghiệm. 3.
Trong thời gian làm thí nghiệm, sinh viên phải tuân theo hướng dẫn của
cán bộ phòng thí nghiệm, giữ trật tự, không làm việc riêng, giữ gìn và bảo vệ
các trang thiết bị tại khu vực thí nghiệm. Tuân thủ các nguyên tắc an toàn, đề phòng tai nạn. 4.
Sau khi thực hiện thí nghiệm, sinh viên phải làm báo cáo thí nghiệm đầy
đủ theo các bài, các phần thí nghiệm trong tài liệu thí nghiệm. Báo cáo thí
nghiệm phải nộp cho phòng thí nghiệm đúng thời gian quy ịnh. 5.
Trong thời gian làm thí nghiệm phải mặc trang phục theo quy định. Kết
thúc mỗi buổi thực hành cần phải dọn vệ sinh phòng thí nghiệm và kê lại bàn ghế ngăn nắp. 6.
Những sinh viên không tham gia ủ các bài thí nghiệm, không có báo cáo
thí nghiệm hoặc báo cáo thí nghiệm không đạt được coi là không đạt phần thí nghiệm. lOM
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
A. HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
1. Mục ích thí nghiệm
 Khảo sát các trạng thái dòng chảy chất lỏng không nén được
 Khảo sát các dạng tổn thất dòng chảy trong ống dẫn :
o Tổn thất dọc ường
o Tổn thất cục bộ: đột mở, đột thu
 Khảo sát phương trình Bernouli cho chất lỏng không nén được, xây
dựng ường mức thủy lực và đường mức năng lượng.
2. Mô tả hệ thống thí nghiệm kĩ thuật thủy khí
Hình 1: Hệ thống thí nghiệm Kĩ thuật thủy khí
Tài liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 3
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
Hình 2: Sơ ồ hệ thống thí nghiệm kĩ thuật thủy khí
Các bộ phận chính hệ thống thí nghiệm gồm có: 1- Bể nguồn thí nghiệm
2- Bơm ly tâm cấp nước thí nghiệm
3- Bể cấp nước thí nghiệm
4- Khung hệ thống thí nghiệm 5- Bể thượng lưu 6- Bình nước màu 7- Ống o cột nước
8- Đường ống thí nghiệm tổn thất
9- Đường ống thí nghiệm dòng chảy tầng, rối
10- Lưu lượng kế thí nghiệm tổn thất
11- Lưu lượng kế thí nghiệm dòng chảy tầng rối 12- Bể hạ lưu 13- Bộ lọc màu Tài
liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 4
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
Các van khóa thí nghiệm:
K1: Van cấp nước thí nghiệm
K2: Van xả nước thí nghiệm về bể nguồn
K3: Van cấp nước bể thượng lưu
K4: Van xả nước bể thượng lưu
K5: Van cấp nước màu thí nghiệm
K6: Van thí nghiệm tổn thất
K7: Van thí nghiệm chảy tầng rối K8:
Van xả nước bể hạ lưu
Hệ nguồn cấp được bố trí độc lập cấp nước cho hệ thí nghiệm qua ống dẫn
mềm để hoạt nguồn cấp không gây rung động ảnh hưởng đến quá trình thí nghiệm.
Nguồn cấp nước thí nghiệm gồm có 1 bể nguồn thí nghiệm 200L chứa nước câp, xả
về trong quá trình thí nghiệm; nước từ bể nguồn được bơm ly tâm 2 bơm lên bể cấp
nước thí nghiệm 3 trên cao. Nước từ bể 3 được dẫn theo đường ống qua các van cấp
K1 tới cấp nước cho bể thượng lưu thông qua van cấp thượng lưu K3. Lưu lượng
nước bơm lên dư tràn qua ống tràn tuần hoàn về bể nguồn tránh tràn nước trên bể cấp 3.
Nước từ bể thượng lưu sẽ được cấp cho 2 hệ ống dẫn mica 8,9 chảy sang bể
hạ lưu 12. Lưu lượng nước được điều chỉnh qua các van K6, K7. Lưu lượng nước
thí nghiệm sẽ được lấy trên lưu lượng kế 10,11. Bình nước màu thí nghiệm 6 kèm
van K5 để cấp nước màu quan sát các chế độ chảy tầng, rối của chất lỏng trong ống
dẫn. Hệ ống đo cột nước 7 bằng ống dẫn mica trong kèm vạch thước để chỉ thị cột
nước tại các tiết diện 1,2,...11 trên hệ ống thí nghiệm tổn thất 8.
Ngoài ra trên bể thượng lưu còn có nhiệt kế để đo nhiệt độ nước thí nghiệm.
Giá trị nhiệt độ nước thí nghiệm sinh viên cần ghi nhận trong quá trình làm thí nghiệm.
3. Các bước chuẩn bị thí nghiệm
3.1 Kiểm tra hệ thống, mực nước các bể nguồn, bể thượng lưu, hạ lưu. Cấp
nước bể thượng lưu, hạ lưu ngập ống tràn, bể nguồn cách nắp bể 10cm.
3.2 Kiểm tra ường ống thí nghiệm, ống o ảm bảo không có bọt khí. Nếu có
bọt khí cần xử lý loại bọt khí.
3.3 Kiểm tra bình nước màu tối thiểu 2/3 bình màu ể làm thí nghiệm.
Tài liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 5
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
3.4 Kiểm tra trạng thái các van khóa: Các van K1,K2,K7 mở; van K3, K4, K5, K6, K8 óng.
3.5 Xin ý kiến cán bộ hướng dẫn trước khi làm thí nghiệm
3.6 Kiểm tra nguồn iện cấp cho hộp iều khiển bơm thí nghiệm. Đèn ỏ sáng
có iện. Chưa sáng báo cán bộ hướng dẫn kiểm tra phích cắm, aptomat cấp iện cho hệ thống.
3.7 Bật công tắc On/Off chạy bơm èn vàng sáng.
3.8 Trong trường hợp mực nước bể thượng lưu chưa ngập ống tràn; mở từ
từ van K3 cấp nước cho bể thượng lưu tới khi nước ngập ống tràn,
óng khóa K3 lại sẵn sàng lấy số liệu thí nghiệm.
3.9 Ghi nhận nhiệt ộ nhiệt kế ghi vào tài liệu thí nghiệm.
4. Tiến hành thí nghiệm và thu thập kết quả
Sau khi thiết bị thí nghiệm được chuẩn bị xong, tiến hành lấy số liệu. Các
bài thí nghiệm sau đây độc lập nhau, quá trình lấy số liệu từng bài không phụ
thuộc vào các bài khác. Những điều cần chú ý khi làm thí nghiệm với dòng chất lỏng không nén được:
- Khi làm thí nghiệm Reynold, chú ý mực nước cấp để tràn lưu lượng quá
lớn sẽ làm ảnh hưởng đến thí nghiệm.
- Dùng mực mầu đỏ hoặc xanh cho thí nghiệm Reynond để dễ quan sát, ít
bám thành ống và dễ lau chùi.
B. CÁC BÀI THÍ NGHIỆM
1. Thí nghiệm 1: Xác ịnh các trạng thái chảy 1.1. Yêu cầu
- Quan sát hai trạng thái chảy ở ường ống 9 (Hình 3): Chảy tầng, chảy rối.
- Lấy số liệu và tính toán số Reynold tại mỗi trạng thái chảy đã quan sát. Tài
liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 6
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
Hình 3: Sơ ồ thí nghiệm dòng chảy tầng /rối
1.2. Công thức sử dụng 𝑽𝒅 𝑽𝒅 𝟒𝑸 𝑹𝒆 = 𝝆 µ = 𝝂 = 𝝅𝒅𝝂 Trong ó:
V: vận tốc dòng chảy (m/s)
Q: Lưu lượng dòng chảy (m3/s) d:
Đường kính ống (d=0.026 m)
𝜈: Độ nhớt động học (m2/s)
𝜌: Mật độ của nước (kg/m3)
µ: Độ nhớt ộng lực học (kg/m.s)
Tài liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 7
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
Từ To ta tra hoặc tính theo ộ nhớt ộng lực học của nước theo ường màu cam
(ường trên, tra cột bên phải) trong ồ thị hình 4
Hình 4: Độ nhớt ộng học, ộng lực học của nước theo nhiệt ộ
1.3 Thực nghiệm, lấy số liệu
Các bước thí nghiệm dòng chảy tầng/ rối:
 Mở từ từ van K3 khoảng 2 vòng cấp nước vào bể thượng lưu, nước tràn
qua ường tràn về. Chú ý lưu lượng nước không quá lớn gây dao ộng ảnh
hưởng ến dòng màu thí nghiệm không chính xác.
 Mở từ từ van K8 quan sát lưu lượng kế 11 tới khi lưu lượng 0,5l/ph
 Mở từ từ van K5 cấp màu, quan sát ường màu ường kính khoảng 0,5mm
ủ quan sát. Quan sát dòng màu i hết ường ống, ghi nhận trạng thái ường dòng.
 Mở từ từ K8 tới lưu lượng 1l/ph, quan sát thay ổi ường dòng tới khi ổn
ịnh, ghi nhận trạng thái ường dòng
 Tiếp tục mở từ từ K8 ở các trạng thái lưu lượng như trong bảng số liệu,
ghi nhận kết quả trạng thái dòng chảy. Tài
liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 8
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
 Hết trạng thái 4l/ph óng van K5, ợi 1 lúc cho hết màu trong ống óng van
K8. Kết thúc thí nghiệm chảy tầng/ rối.
Chú ý, trong các trạng thái lưu lượng 1; 2; 2,5; 3,5 l/ph sinh viên chụp lại
hình ảnh dòng màu, in nộp trong báo cáo. Hoặc nộp ảnh chụp qua phần
mềm CANVAS theo quy ịnh của giảng viên hướng dẫn.
Bảng o số liệu :
Bảng 1: Số liệu thí nghiệm chảy tầng/ rối Trạng Trạng thái D Q V Q TT V thái chảy chảy thực T0 Re (mm) (106m2/s) (l/ph) (m/s) (m3/s) tính toán 1 26 0,50 2 26 0,75 3 26 1,00 4 26 1,25 5 26 1,50 6 26 2,00 7 26 2,50 8 26 3,00 9 26 4,00
1.4. Nhận xét về trạng thái chảy (so sánh giữa tính toán lý thuyết và thực
nghiệm). Phân tích để nhận ịnh các nguyên nhân gây lên sai số.
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Tài liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 9
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
2. Thí nghiệm 2, 3 và 4: Thí nghiệm tổn thất 2.1. Sơ đồ chung Tài
liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 10
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
Hình 5: Sơ ồ thí nghiệm tổn thất
- Thí nghiệm 2: Thí nghiệm tổn thất dọc ường trên đoạn từ mặt cắt (1-1) ến mặt cắt (2-2):
- Thí nghiệm 3: Thí nghiệm tổn thất thất cục bộ: đột mở trên oạn từ mặt
cắt (3-3) ến mặt cắt (4-4)
- Thí nghiệm 4: Thí nghiệm tổn thất thất cục bộ: ột thu trên oạn từ mặt cắt (5-5) ến mặt cắt (6-6)
2.2. Đo và thu thập số liệu thí nghiệm Các
bước o và thấy số liệu thí nghiệm:
 Mở từ từ van K3 khoảng 2 vòng cấp nước vào bể thượng lưu , nước tràn qua ường tràn về.
 Ghi nhận giá trị cột nước trên các tiết diện
 Mở từ từ van K6 quan sát lưu lượng kế 10 tới khi lưu lượng 0,5l/ph
 Ghi nhận giá trị cột nước các tiết diện
 Mở tiếp từ từ K6 tới các giá trị lưu lượng tiếp theo, ghi nhận giá trị cột
nước các tiết diện ở các trạng thái lưu lượng.
Tài liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 11
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
 Kết thúc thí nghiệm khóa van K6, khóa van K3
Bảng 2: Số liệu o chiều cao cột nước hij(cm) Q TT 1-1 (l/ph)
2-2 3-3 4-4 5-5 6-6 7-7 8-8 9-9 10-10 11-11 1 0,5 2 1,0 3 1,5 4 2,0 5 2,5 6 3,0 7 3,5 8 4,0
2.3. Thí nghiệm 2: Xác ịnh tổn thất dọc ường ống
Hình 6: Sơ ồ thí nghiệm tổn thất dọc ường 2.3.1. Yêu cầu
- Từ số liệu o xác ịnh hệ số sức cản  của đường ống thí nghiệm - So sánh
kết quả với lý thuyết.
2.3.2. Công thức sử dụng Tài
liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 12
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa l 𝑽𝟐 𝒉𝒅 2gd 𝒉𝒅 = 𝒇 ⇒ 𝒇 = d 𝟐𝒈 l 𝑽𝟐 Trong ó:
- hd: tổn thất dọc ường (m)
- l: chiều dài quãng ường 1-2 : ............(m)
- d: Đường kính ống (d1=d2=0,012 m)
- 𝒇: Hệ số sức cản – hệ số tổn thất dọc ường của ống
Bảng 3: Bảng ghi số liệu và kết quả tính tổn thất dọc ường h Trạng Q d = V h h TT 1 2 h 𝒇 Re thái (l/ph) (m/s) (cm) (cm) (cm) chảy 1 0,5 2 1,0 3 1,5 4 2,0 5 2,5 6 3,0 7 3,5 8 4,0 Trung bình
2.3.3. Nhận xét thí nghiệm
Tài liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 13
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
2.4. Thí nghiệm 3 và 4: Xác ịnh tổn thất cục bộ tại ột mở và ột thu
Hình 7: Sơ ô thí nghiệm tổn thất cụ bộ 2.4.1. Yêu cầu
- Đo số liệu và tính hệ số cản cục bộ  cho tiết diện mở rộng và thu hẹp ột ngột. Tài
liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 14
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
- So sánh với kết quả lý thuyết.
2.4.2. Công thức sử dụng 𝒗𝟐 𝟐𝒈
𝒉𝒄 = 𝒌. 𝟐𝒈 ⇒ 𝒌 = 𝒉𝒄. 𝑽𝟐
2.4.3. Bảng số liệu o và tính toán
Bảng 4: Kết quả khảo sát tổn thất ột mở Q V3 (m/s) h3 h4 hcmr 2𝑔 TT (l/ph) (cm) (cm)
(cm) 𝑘𝑚𝑟 = ℎ𝑐𝑚𝑟 2 𝑉3 1 0,5 2 1,0 3 1,5 4 2,0 5 2,5 6 3,0 7 3,5 8 4,0 Trung bình
Bảng 5: Kết quả khảo sát tổn thất ột thu Q h 2𝑔 5 h6 hcdt TT (l/ph) V5 (m/s)
𝑘𝑡ℎ = ℎ𝑐𝑑𝑡 2 (cm) (cm) (cm) 𝑉5 1 0,5 2 1,0 3 1,5
Tài liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 15
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa 4 2,0 5 2,5 6 3,0 7 3,5 8 4,0 Trung bình
2.4.4. Nhận xét kết quả thí nghiệm
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. Tài
liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 16
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
3. Thí nghiệm 5: Phương trình Berboulli và xác ịnh ường HGL và EGL. 3.1. Yêu cầu
- Tính toán và vẽ ường năng, ường áp.
- So sánh kết quả thực nghiệm và lí thuyết.
3.2. Công thức sử dụng và kết quả: 𝐸𝑖 = 𝑧𝑖 + 𝑝𝛾𝑖 + 2𝑉𝑖𝑔2
Bảng 6: Tính toán năng lượng cơ học của dòng chảy Q(l/ph) 7 8 9 10 11 𝑝𝑖 0,5 𝑧𝑖 + 1,0 𝛾 (cm) 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0,5 1,0 Vi (m/s) 1,5 2,0
Tài liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 17
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa 2,5 3,0 3,5 4,0 0,5 1,0 1,5 E 2,0 i (cm) 2,5 3,0 3,5 4,0
Từ kết quả tính được xây dựng ường năng và ường áp cho 2 trường hợp lưu lượng 1l/ph và 3l/ph
Hình 8: Đồ thị ường năng và ường mức thủy lực
3.3. Nhận xét kết quả thí nghiệm 5 (về ường năng và ường mức thủy lực so với lý thuyết)
............................................................................................................................. Tài
liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 18
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng Trường Đại học Phenikaa
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Tài liệu thí nghiệm môn Kỹ thuật Thủy khí Trang số 19