-

Phần 5: Dòng chảy, lưu lượng dầu

Dòng chảy là chuyển động chung của chất lưu. Dòng chảy có hai thành phần cần quan tâm: tốc độ dòng chảy và vận tốc dòng chảy.

1. Lưu lượng, dòng chảy

Dòng chảy là chuyển động chung của chất lỏng.
Dòng chảy có hai yếu tố mà chúng ta cần quan tâm đó là: tốc độ dòng chảy và vận tốc dòng chảy.

Tốc độ dòng chảy hay có thể gọi là lưu lượng là chuyển động của một thể tích chất lỏng cụ thể trong một khoảng thời gian nhất định. Tốc độ dòng chảy thường được đo bằng galông/ phút (gpm) hoặc lít/ phút (lpm), sử dụng đồng hồ đo lưu lượng ta có thể đo được thông số  này.

Vận tốc dòng chảy phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ dòng chảy và kích thước ống.
Nếu chúng ta thay đổi lưu lượng của bơm nhưng không thay đổi kích thước ống, thì tốc độ dòng chảy sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với lưu lượng của bơm.

Ngược lại, nếu thay vào đó chúng ta giữ nguyên lưu lượng của bơm, nhưng thay đổi kích thước ống thì vận tốc dòng chảy sẽ tha đổi tỉ lệ nghịch so với kích thước của ống.

Khi vận tốc dòng chảy tăng lên thì nhiệt độ dầu cũng tăng theo bởi tác động của ma sát giữa dầu và thành ống dẫn.

2. Dòng chảy Laminar (Dòng chảy tầng)

Dòng chảy tầng  là dòng chảy mà trong đó chất lỏng (khí) di chuyển thành từng lớp, không có sự hòa trộn và không có các xung động (nghĩa là thay đổi vận tốc và áp suất nhanh và hỗn độn).

Chúng ta tưởng tượng rằng chất lỏng chảy như một khối đơn lẻ nhưng thực tế không phải vậy. Ở vận tốc thấp, chất lỏng chảy thành các lớp song song riêng biệt. Mỗi lớp này đang di chuyển với tốc độ khác nhau. Trạng thái này được gọi là dòng chảy tầng.

3. Dòng chảy hỗn độn (Turbulent)

Khi vận tốc của chất lỏng tăng lên, các khuyết tật nhỏ trên bề mặt của ống dẫn dầu (ống cứng hoặc ống mềm) làm xáo trộn đường dẫn dòng chảy của chất lỏng.

Điều này tạo ra một trạng thái hỗn loạn, bạn có thể xem ở các mổ phỏng minh họa ở bên để hình dung được rõ ràng hơn.

Dòng chảy hỗn loạn này (do ma sát) gây ra và dẫn đến là sự tăng nhiệt của chất lỏng bên trong.

Dòng chảy hỗn độn có thể thấy rõ ở bất kỳ đâu trong hệ thống thủy lực, nơi xảy ra các khúc cua và bị giảm diện tích dẫn dầu.

Sử dụng ống có lòng trong nhẵn và cỡ linh kiện phù hợp giúp giảm thiểu ảnh hưởng này.

Sức ma sát giữa các lớp chất chuyển động tỉ lệ diện tích tiếp xúc của các lớp chất lỏng đó , không phụ thuộc vào áp lực nó chỉ phụ thuộc vào áp lực, nó chỉ phụ thuộc vào gradien vận tốc theo phương vuông góc với phương chuyển động và phụ thuộc vào loại chất lỏng

Isaac Newton

Hiện tưởng chảy tầng và chảy rối là do tính nhớt của chất lỏng gây ra. Nếu chất lỏng không có tính nhớt thì cũng không tồn tại hai chế độ này, nhưng đây chỉ đối với chất lỏng lý tưởng mà chúng ta xét đến. Cơ sở để xác định chế độ chảy tầng hay chảy rối là dựa vào hệ số Reynolds (Re) Được xác định thông qua lực quán tính và lực ma sát.

{\mathop{\rm Re}\nolimits} = \frac{{V \times {d_h}}}{v}

V: là vận tốc dòng chất lỏng (m/s)

dh: Đường kính của ống thủy lực

v: là độ nhớt động học của chất lỏng (cSt)

  • Re<2.300 thì dòng chảy ở chế độ chảy tầng (Larminar)
  • 10.000>Re>2300 là dòng chảy hỗn hợp: Các lớp chất lỏng chảy tầng không bền vững, khi đó chỉ cần một tác động nhỏ thì dòng chất lỏng cũng sẽ xuất hiện những vùng chảy rối. Nhưng không có nghĩa là hoàn toàn chảy rối.
  • Re>10.000 dòng chảy ở chế độ chảy rối (Turbulent)
Picture of Việt Hùng

Việt Hùng

Để lại một bình luận