Thí nghiệm Xác định vận tốc lắng trong môi trường thực phẩm lỏng môn Vật lý đại cương 2 | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

Ệ
Xác định vận tốc lắng trong môi trường thực phẩm lỏng 1. Cơ sở lý thuyết
Trong sản xuất và trong các ngành công nghiệp hóa chất, công nghệ môi trường,
phương pháp lắng thường được sử dụng để tách chất rắn và các hạt lơ lửng ra khỏi môi
trường lỏng, khí, VD tách bụi khỏi không khí, tách bùn từ nước thải v.v… Vì vậy việc
nghiên cứu sự lắng của các hạt đóng một vai trò quan trọng. Trong bài thí nghiệm này,
sinh viên tiến hành lắng hạt thủy tinh trong môi trường mật ong, đo vận tốc lắng, tính
toán chuẩn số Reynolds, hệ số trở lực và vận tốc lắng. Sự khác nhau giữa vận tốc lắng
thực tế và lý thuyết được đưa ra so sánh và thảo luận.
Trong môi trường chất lỏng, theo định luật Archimedes, trọng lực của hạt hình cầu KS được tính như sau:
ρ1: khối lượng riêng của hạt cầu (kg/m3)
ρ2: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)
g: gia tốc trọng trường (m/s2)
Khi hạt cầu rơi (lắng) với vận tốc u, sẽ chịu trở lực gây ra bởi môi trường chất
lỏng. Trở lực này phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường lỏng (khối lượng
riêng, độ nhớt), phụ thuộc vào kích thước và hình dáng của vật thể, và phụ thuộc vào
vận tốc rơi và gia tốc trọng trường. Theo Newton, trở lực S được xác định như sau: ξ: hệ số trở lực.
F: tiết diện của hạt theo hướng chuyển động
Đối với hạt hình cầu:
Giả thiết hạt hình cầu lắng với vận tốc không đổi. Khi đó S = KS: 1
Hệ số trở lực ξ là hàm số của Renolds, nghĩa là phụ thuộc vào tốc độ lắng, kích
thước hạt, khối lượng riêng của chất lỏng và độ nhớt của chất lỏng. Sự phụ thuộc ξ =
f(Re) được xác định bằng thực nghiệm, cụ thể như sau: với:
μ: độ nhớt động lực học của chất lỏng, Pa.s 2. Dụng cụ, thiết bị
Ống thủy tinh cao 40 cm, đồng hồ bấm giờ, cân điện tử, thước kẹp, cốc đong. 3. Nguyên liệu
Mật ong 2 lít, 1 túi hạt thủy tinh hình cầu. 4. Các bước tiến hành
Sinh viên tiến hành thí nghiệm lắng hạt thủy tinh hình cầu trong môi trường mật
ong. Kích thước hạt thủy tinh được xác định bằng thước kẹp hoặc theo thông số của
nhà sản xuất, sau đó được thả vào ống thủy tinh chứa mật ong có chiều cao h = 35cm.
Đo thời gian rơi của hạt thủy tinh t (s).
Các bước tiến hành thí nghiệm
Bước 1: Xác định khối lượng của hạt thủy tinh bằng cân điện tử: m1 (g).
Bước 2: Xác định khối lượng của 1l mật ong bằng cân điện tử: m2 (kg).
Bước 3: Tiến hành lắng hạt thủy tinh, đo thời gian lắng bằng đồng hồ bấm giờ t (s).
Lặp lại thí nghiệm 5 lần.
5. Tính toán kết quả và nhận xét
Tính khối lượng riêng của hạt thủy tinh ρ1 và mật ong ρ2
Xác định vận tốc lắng thực: utt = h/t. Từ vận tốc này và kích thước đo được của hạt
thủy tinh, tính chuẩn số Re, từ đó xác định hệ số trở lực (6). 2
Tính vận tốc lắng lý thuyết theo công thức (5).
So sánh vận tốc lắng thực tế và lý thuyết, đưa ra nhận xét. Bảng số liệu: Thời gian lắng t
Vận tốc lắng thực tế utt
Vận tốc lắng lý thuyết u (s) (m/s) (m/s) Lần 1 235 0.00146 Lần 2 229 0.001498 Lần 3 220 0.001559 Lần 4 232 0.001478 Lần 5 221 0.001552 Nhận xét:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
......................................................................................................................................... 3
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
......................................................................................................................................... 4