![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Измерение вязкости капельных жидкостей.
Выполнил: Студент группы ПТЭ-12Лищук Д.С
Руководитель: Ассистент Михолап Н.Н
Братск 2013 1.1. Цель работы Получение навыков экспериментального определения: динамического коэффициента вязкости жидкостей с помощью капиллярного вискозиметра. 1.2. Основные теоретические положения При движении жидкости относительно твёрдых стенок ока испытывает торможение, обусловленное противодействием сил трения, возникающих из-за разности скоростей отдельных частиц. Известно теоретически и подтверждено экспериментально, что частицы жидкости на твёрдой поверхности имеют скорость этой поверхности, а далее отстоящие - составляют пограничный слой, характерный тем, что скорость частиц в нём изменяется от нулевой скорости на твердой стенке до максимальной (относительно стенки) скорости невозмущенной этой стенкой потока жидкости. В гидрогазодикамике введено понятие вязкости, как способности жидкости препятствовать относительному движению её слоев. Количественные соотношения введены на основании гипотезы И. Ньютона о линейной зависимости касательных напряжений в жидкости от градиента скорости, направленной вдоль твердой стенки. Математически это выглядит так:
где Р – сила гидравлического трения, Н; S - площадь касания слоев, м2; τ - касательное напряжение, Па; μ - динамический коэффициент вязкости, Па- с; (V/n)0 - градиент скорости (величина изменения скорости вдоль движения потока в направлении, перпендикулярном движению потока) вблизи твёрдой поверхности, с-1. Эта формула является определяющей при расчетах движения жидкости и экспериментальном определении коэффициента динамической вязкости μ и кинематической v. В частности, при определении последнего используются капиллярные вискозиметры типа ВПЖ-2. Использование в качестве базового элемента вискозиметра капиллярной трубкой позволяет, за счёт создания а ней гарантированного ламинарного течения (все частички жидкости имеют скорость одинаковую по направлению), полностью отнести потери энергии потока жидкости на преодоление трения. Для ламинарного потока в трубке круглого сечения верно соотношение Пуазейля (J.L. Poiseuille): Q = 0, 2408∙ g∙ h∙ d4/ v ∙ l (2) где Q - расход жидкости, м3/с; g - ускорение свободного падения, м/с2; h - потери напора потока, м, на длине капилляра l, также в м, d - диаметр капилляра, м; v - коэффициент кинематической вязкости, м2/с. Эта формула позволяет, однозначно сопоставить потери давления (напора) потоком жидкости с её расходом. Практическая реализация теоретических предпосылок в вискозиметре дополняется условием стабильности потерь напора за время проведения опыта, что дает возможность, согласно (2), при неизменном расходуемом объёме U, различных жидкостей и температурной стабилизации Т= const, однозначно сопоставить время t, истечения этого объёма U с кинематическим коэффициентом вязкости v. Преобразуя (2), получим: t = 4, 153∙ U∙ v ∙ l /g∙ h∙ d4 (3) что, позволяет, определив время опорожнения мерного объёма U для эталонной жидкости (например, для дистиллированной воды при 20℃ v = 1, 007∙ 10-6 м2/с) все остальные параметры вискозиметра представить в виде экспериментальной константы К и, только при использовании вискозиметра в других географических зонах, следует ввести поправочный коэффициент: gизм/gт, где в числителе - ускорение свободного падения в месте измерения, а в знаменателе - в месте тарировки прибора. В итоге рабочая формула вискозиметра приобретает вид: v = К∙ t∙ gизм/gт (4) Таким образом, экспериментальное определение коэффициента кинематической вязкости сводится к измерению времени истечения фиксированного объема этой жидкости и подстановки паспортного значения «К» и местного gизм.
1.3. Описание установки и порядок выполнения эксперимента Установка для проведения эксперимента включает вискозиметр капиллярный стеклянный типа ВПЖ-2, водяную " Баню" и секундомер. Вискозиметр схематически изображён на рисунке 1 и представляет собой открытую с двух концов U- образную трубку 1, в колено 2 которой впаян капилляр 3, с верхней стороны примыкающий к расширению, образующему с верхней 5 и нижней 6 метками мерный объём 4. Внизу колено 2 заканчивается расширением 7, переходящим в другое колено 8 с боковым отводом 9. Над верхней меткой 5 расположено ещё одно расширение 10.
С целью повышения наглядности и сокращения времени проведения лабораторной работы термостат для вискозиметра допускается не использовать, а стабильность температуры достигается выдержкой при фиксированной комнатной температуре вискозиметра и исследуемых жидкостей в течение 20 минут. Рисунок 1 – Вискозиметр.
Работа выполняется следующим образом. На боковой отвод 9 надевают эластичную трубку от пневмонасоса и, зажав пальцем верхнее отверстие колена 8, переворачивают вискозиметр 1 и опускают колено 2 в сосуд с исследуемой жидкостью и засасывают её до нижней отметки 6 с помощью резиновой груши или шприца, следя за тем, чтобы в жидкости не образовывались пузырьки воздуха. При достижении уровнем жидкости отметки 6 вискозиметр 1 вынимают из сосуда и быстро переворачивают в нормальное (по рисунку 1) положение и, сняв излишки жидкости с наружной стороны колена 2, опускают его в термостат так, чтобы жидкость в термостате покрывала расширение 10. После выдержки в термостате с заданной температурой не менее 15 минут приступают непосредственно к измерениям. Закрыв верхнее отверстие колена 8, и подавая избыточное давление в боковой отвод 9, добиваются подъёма исследуемой жидкости в расширении 10 примерно на одну треть, высоты и освобождают верхнее отверстие колена 8. Жидкость под действием собственного веса начинает опускаться и, при достижении её свободной поверхностью верхней отметки 5 включают секундомер, а при достижении нижней метки 6 секундомер останавливают. Измерения проводят не мене трёх раз и определяют среднее время протекания жидкости между метками, которое подставляют в рабочую формулу (4) и вычисляют значение коэффициента кинематической вязкости v. В качестве исследуемых жидкостей используется дистиллированная вода и другие, экологически безопасные водные растворы. Дистиллированная вода используется в начале эксперимента, по данным о её вязкости уточняют постоянную вискозиметра К и сравнивают её с паспортным значением. Найденное экспериментальное значение К может быть использовано при дальнейших опытах. Результаты измерений, включая характерные параметры жидкости и время t опорожнения контрольного объёма U, заносятся в таблицу 1.
Таблица 1 - Результаты измерений
1.4. Обработка результатов эксперимента По данным, внесенным в таблицу 3, с использованием формулы (4), вычисляют среднее время серии замеров для стабилизированных параметров жидкости и коэффициенты кинематической вязкости исследуемых жидкостей. Для дистиллированной воды вычисляют (по её определяющей температуре см. таблицу 2) коэффициент динамической вязкости и производят сравнение экспериментально полученного значения кинематического (или динамического) коэффициента вязкости с его табличным значением. Определяется абсолютная и относительная погрешность измерений и делается вывод о возможных причинах погрешности.
Таблица 2 - Плотность воды при разных температурах
1.5. Расчеты 1.51. Определяем коэффициент кинематической вязкости
1.5.2. Определяем коэффициент динамической вязкости
Этиловый спирт 70%
Определяем плотность этилового спирта 70%
Этиловый спирт 95%
Определяем плотность этилового спирта 95%
Вывод: экспериментально определили коэффициент динамической вязкости жидкости с помощью капиллярного вискозиметра, которые соответственно равны:
|