Определение вязкости жидкости


Скачать 88.09 Kb.
НазваниеОпределение вязкости жидкости
Дата публикации14.07.2013
Размер88.09 Kb.
ТипЛабораторная работа
vb2.userdocs.ru > Математика > Лабораторная работа
Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ
капиллярным вискозиметром


Введение

В движущейся жидкости наблюдается скольжение жидких слоев. При этом между ними возникает трение, в результате чего в жидкости проявляется действующая по поверхностям скольжения сила внутреннего трения. Сила внутреннего трения оказывает сопротивление движению жидкости и уравновешивается со стороны соседних слоев касательными силами, приводящими к возникновению в жидкости касательных напряжений. Свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению, сопровождающееся возникновением в ней при движении касательных напряжений, называется вязкостью.

Если представить поток (рис. 1) состоящим из отдельных бесконечно тонких слоев толщиной d y , то скорости разных слоев будут изменяться по некоторому закону от нуля у стенки, к которой жидкость прилипает, до максимума в центре потока. Пусть скорость соседних слоев будет v и v+dv. Отношение называется градиентом скорости сдвига.

Согласно гипотезе Ньютона и Петрова (закон Ньютона-Петрова), касательные напряжения при движении жидкости пропорциональны градиенту скорости сдвига,

(1)

где - касательные напряжения в жидкости,

- градиент скорости сдвига, [1/сек]

- коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом динамической вязкости, или просто динамической вязкостью, [н сек/м2]

При выполнении технических расчетов, в гидравлике обычно пользуются коэффициентом кинематической вязкости, представляющим собой отношение:

,

где - плотность жидкости

- коэффициент кинематической вязкости, или просто кинематическая вязкость
2 / сек].

Рис. 1. Эпюра скоростей при движении жидкости вдоль стенки

Коэффициенты динамической и кинематической вязкости служат мерой количественной оценки вязкостных свойств жидкости. Приведенные выше размерности коэффициентов вязкости даны в системе СИ. Однако часто их выражают в системе СГС:

[дин сек/см2] [см2/сек]

В технике за единицу динамической вязкости принят пуаз, [пз], а за единицу кинематической вязкости - стокс, [ст].

Для характеристики маловязких жидкостей иногда пользуются сотыми долями этих единиц:--сантипуазом, [спз] и сантистоксом [сст].

1[пз] = 1[дин сек/ см2] = 10 - 1 [н сек/м 2] = 10 2 [спз]

1[ст] = 1[см 2/сек] = 10 - 4 2/сек] = 102 [сст]

^ Жидкости, для которых выполняется закон Ньютона-Петрова, называются ньютоновскими, или вязкими.

Жидкости, для которых этот закон не выполняется, называются
неньютоновскими, или аномально-вязкими.


Примерами ньютоновских жидкостей могут служить вода,, спирт, воздух, бензин, ртуть, примерами неньютоновских жидкостей - растворы и расплавы полимеров, суспензии, коллоидные растворы, парафинистые нефти, консистентные смазки.

Приборы, применяющиеся для определения вязкости жидкости, называются вискозиметрами. Существует огромное разнообразие их конструкций. В промышленной практике для замера вязкости ньютоновских жидкостей широкое распространение получили так называемые капиллярные вискозиметры. Схематически капиллярный вискозиметр (рис2) представляет собой резервуар 1, из которого по калиброванному капилляру 2 происходит истечение жидкости при переменном напоре. Начальный и конечный напоры над устьем капилляра равны, соответственно, Н1 и Н2

Расход жидкости через капилляр вискозиметра можно определить по формуле
Пуазейля:

(2)

где Q - расход жидкости, равный объему резервуара.

^ R -радиус капилляра

l - длина капилляра

-время истечения жидкости из капилляра, равное времени опорожнения резервуара

- разность давлений по концам капилляра




Рис.2. Схема устройства
капиллярного вискозиметра


Приближенно можно принять, что течение в капилляре происходит при некотором постоянном перепаде давлений, равном
, (3)




где - средний напор над устьем капилляра

- плотность жидкости,
- удельный вес жидкости,

Подставив значение перепада давления (3) в уравнение (2), получим следующее выражение для формулы Пуазейля:



(4)

из которого кинематическая вязкость определяется как

(5)
Так как величины H1, H2, R, l, Q - постоянны для данного вискозиметра, то можно обозначить:




, (6)

где С - размерная константа, называемая постоянной вискозиметра,

Учитывая (6), формулу (5) можно записать как

(7)

Формула (7) используется при определении кинематической вязкости жидкости с помощью капиллярного вискозиметра. При выводе формулы (7) сделано допущение о постоянстве перепада давления при течении жидкости в капилляре и не учтены потери давления на входе жидкости в капилляр (так называемый входовой эффект), поэтому значение постоянной вискозиметра определяют не расчетным путем по формуле (6), а экспериментально. Для экспериментального определения постоянной вискозиметра пользуются эталонной жидкостью, кинематическая вязкость которой известна. Замеряя время истечения эталонной жидкости из резервуара вискозиметра, определяют постоянную вискозиметра как

Найденная таким образом на заводе - изготовителе постоянная вискозиметра заносится в его паспорт, прилагаемый к прибору.

^ Цель работы

Определение вязкости жидкости и приобретение навыков работы с промышленным капиллярным вискозиметром марки ВПЖ.
Описание установки

Капиллярный вискозиметр представляет собой трехколенный стеклянный сосуд (рис.3). На колене 8 имеются два разнообъемных расширения 7 и 6. К расширению 6 припаян капилляр 5, оканчивающийся расширением 3. Выше и ниже расширения 6 имеются метки с и d. Расширение 6 играет роль резервуара, из которого по капилляру вытекает жидкость, вязкость которой определяется. Колено 4 оканчивается расширением 2, в верхней части которого имеются метки a и b . К колену при помощи резинового шланга 13 подсоединяется груша 14. Расширения 2 и 3 соединяются поворотом 1.

Экспериментальная установка (рис.3) состоит из вискозиметра и термометра 12, укрепленных с помощью кронштейнов 10 и 11 на штативе 15. Вискозиметр и термометр погружены в стеклянный сосуд 16, заполненный термостатирующей жидкостью.



Рис.3. Схема экспериментальной установки
Методика проведения работы

1.Ослабив барашки на кронштейнах 10 и 11 , извлечь вискозиметр и термометр из сосуда 16. Отсоединить от вискозиметра грушу.

  1. Промыть вискозиметр жидкостью, вязкость которой измеряется, и залить свежую порцию этой жидкости в вискозиметр до уровня между метрами a и b

  2. Поместить вискозиметр и термометр в сосуд 16. В целях предотвращения поломки вискозиметр укрепить так, чтобы он касался поворотом 1 дна сосуда. Присоединить к вискозиметру грушу.

  3. Заполнить сосуд 16 термостатирующей жидкостью, уровень жидкости в сосуде должен быть несколько ниже метки.

  4. Помешивать в течение 15 минут термостатирующую жидкость в сосуде 16. В течение этого времени температура исследуемой жидкости, залитой в вискозиметр, и температура стенок капилляра станут равны температуре термостатирующей жидкости.



  1. Средним пальцем левой руки плотно закрыть отверстие в колене вискозиметра 9

  2. Накачивать грушей воздух до тех пор, пока жидкость, поднимаясь по капилляру, не заполнит верхнее расширение 7 в колене 8

  3. не отнимая среднего пальца от колена 9, закрыть указательным пальцем той же руки колено 8

  4. Открыть колено 9

  5. Подождав, когда полностью стечет жидкость из колена 9,отнять указательный палец от колена 8, и жидкость начинает вытекать из расширений 7 и 6

  6. При достижении уровнем жидкости метки С включить секундомер, а при достижении метки d остановить его и записать время истечения

  7. Сделать не менее 8 замеров времени истечения жидкости из резервуара 6.

  1. По окончании работы вылить из вискозиметра жидкость и тщательно промыть его водой, вылить термостатирующую жидкость из сосуда 16.

Обработка опытных данных и оформление отчета
1) Вычислить среднеарифметическое значение времени истечения:


где n - количество замеров времени истечения жидкости;

- время i -го замера времени

2) Вычислить кинематическую вязкость жидкости:
Значение постоянной С взять из паспорта вискозиметра.

3) Вычислить динамическую вязкость жидкости
При изменении температуры, жидкости в пределах 5 град, плотность ее мало изменяется, поэтому в вышеприведённую формулу подставляется плотность жидкости, найденная при комнатной температуре. Если, исследуемой жидкостью является вода, то ее плотность можно определить при температуре термостатирующей жидкости по справочным таблицам приложения.

Опытные и расчетные данные заносятся в отчетную таблицу

№п/п

Время

истечения



(сек)

Среднее время истечения

ср

(сек)

Кинематическая

вязкость



2/сек)

Плотность



(кг/м3)

Динамическая

вязкость



(н∙сек/м2)


Температура жидкости

t

(0 С)

1



















2
















3
















4
















5
















6
















7
















8


















Экспериментально найденные значения динамической и кинематической вязкости следует сопоставить с табличными, взятыми из приложения.
Это сопоставление приводится в отчете в том случае, если исследуемой жидкостью является вода.

Похожие:

Определение вязкости жидкости iconОпределение жидкости и ее основные физические свойства плотность,...
Определение жидкости и ее основные физические свойства (плотность, удельный объем, удельный вес, сжимаемость, температурное расширение,...
Определение вязкости жидкости iconЗакон Стокса
Явление вязкости (внутреннее трение) – свойство реальных жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости...
Определение вязкости жидкости iconЭкзаменационные вопросы по мжг для групп рн, рк, рд, ад-310 весна 2013
Классификация сил, действующих в жидкости. Тензор напряжений для реальной жидкости
Определение вязкости жидкости iconИсследование гидравлических сопротивлений трубопровода
Определение суммарных потерь давления в трубопроводе необходимо для подбора насоса, работающего на сеть, отыскания путей снижения...
Определение вязкости жидкости iconВопросы к зачету по мжг для группы дп-211
Предмет мжг. Математическая модель жидкости и газа. Свойства жидкостей и газов. История развития механики жидкости и газа
Определение вязкости жидкости iconВопросы к зачету по мжг для группы дп-211
Предмет мжг. Математическая модель жидкости и газа. Свойства жидкостей и газов. История развития механики жидкости и газа
Определение вязкости жидкости iconПсихология как наука: определение, отрасли, объект, предмет, задачи
Психика: определение, структура, функции. Сознание: определение, характеристики, уровни развития
Определение вязкости жидкости icon5. Внутреннее трение (вязкость) жидкостей. Ньютоновские и неньютоновские...
Формула Пуазеля. Гидравлическое сопротивление. Распределение давления при течении реальной жидкости по трубам постоянного, переменного...
Определение вязкости жидкости iconЛабораторная работа №2
Цель работы: Научиться пользоваться вискозиметром для определения условной вязкости жидкого котельного топлива и переводить её в...
Определение вязкости жидкости icon1. Патопсихологические синдромы и их роль в клинической диагностике
...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
vb2.userdocs.ru
Главная страница