МЖ И Г -Л.Б.№ 1
.docТольяттинский государственный университет
Кафедра “Энергетические машины и системы управления ”
Лабораторная работа N1
“Определение вязкости жидкости
вискозиметром Энглера”
Студент:
Группа:
Преподаватель:
Тольятти 2012 г.
-
Цель работы:
Приобретение навыков экспериментального определения вязкости исследуемой жидкости при помощи вискозиметра Энглера.
-
Вязкость жидкости:
При движении реальной жидкости между ее отдельными слоями возникают внутренние силы, величина которых зависит от вида жидкости и характера распределения скоростей между слоями.
Согласно гипотезе Ньютона, подтвержденной экспериментальными исследованиями, касательное напряжение трения в жидкости определяется зависимостью:
(1.1)
где μ – коэффициент динамической вязкости;
- градиент скорости.
Коэффициент μ характеризует вязкость жидкости, т.е. свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее частиц. Вязкость жидкостей зависит от температуры и давления. C увеличением температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается, а газов увеличивается, что объясняется различным молекулярным строением жидкостей и газов. В капельных жидкостях вызывается силами молекулярного сцепления, которое уменьшается с увеличением температуры. В газах вязкость обусловлена беспорядочным тепловым движением молекул, интенсивность которого увеличивается с температурой, что приводит к увеличению взаимодействия молекул газа при их столкновении.
Для чистой пресной воды зависимость μ от температуры t определяется по формуле Пуазейля:
μводы = 0,0179/(1+0,0368t+0,000221t2) . (1.2)
Для воздуха применяется формула Милликена:
μвозд = 1,745 ·10-6 + 5,03 · 10-9 . (1.3)
При давлениях, встречающихся на практике (до 200 ат), вязкость капельных жидкостей мало зависит от давления, и этим изменением обычно пренебрегают. Вязкость газов уменьшается с увеличением давления.
Динамическая вязкость измеряется в Па·с [СИ]:
1 Па·с = 0,102 кгс·с/м = 10 г/(c·см) = 10 П (Пуаз) .
Кроме динамической вязкости μ в гидравлике применяется кинематический коэффициент вязкости ν:
(1.4)
где ρ – плотность жидкости.
Кинематическая вязкость измеряется в м2/c:
1 м2/c = 1 · 104 см2/c = 1 · 104 Cт (Стокс) .
На практике вязкость жидкостей определяется вискозиметрами. Наибольшее распространение получил вискозиметр Энглера. При определении ν, см2/с, можно пользоваться формулой:
ν = (0,0731ºЭ – 0,0631/ºЭ), (1.5)
где ºЭ – градусы Энглера;
ºЭ = τ1/τ2 , (1.6)
где τ1 – время истечения заданного объема испытуемой жидкости;
τ2 – время истечения эталонной жидкости (дистиллированная вода).
Градиент скорости в формуле (1.1) характеризует относительное изменение скорости между отдельными слоями потока.
Представим два слоя А и В (рис. 1.1), которые расположены на расстоянии ∆y один от другого.
Рис. 1.1 Распределение скоростей при течении жидкости в трубе.
Слой В движется со скоростью U, слой А со скоростью U+∆U. Величина ∆U является абсолютным сдвигом слоя А по слою В, а ∆U/∆y – есть градиент скорости. Если слои будут находиться бесконечно близко друг к другу, то для двух соседних слоев градиент скорости равен dU/dy.
3. Программа работы:
-
Определить вязкость испытуемой жидкости при помощи вискозиметра Энглера.
-
Измерить ареометром плотность жидкости.
-
Установить динамическую вязкость испытуемой жидкости.
-
Описание лабораторной установки:
Вискозиметр Энглера (рис.1.2) состоит из металлического цилиндра 1, имеющего цилиндрическое дно с отверстием. Отверстие закрывается стержнем. При исследовании зависимости и изменения вязкости жидкости от температуры цилиндр помещают в водяную ванну 3 с регулируемым подогревом воды, 4 – электронагреватель, 5 – мерный стакан.
Рис. 1.2. Вискозиметр Энглера.
-
Указания к выполнению работы:
-
Налить ≈250 см3 исследуемой жидкости в цилиндр 1 и установить мерный сосуд под отверстием.
-
Стержнем 2 открыть отверстие в цилиндре, одновременно включив секундомер.
-
Определить время τ1 истечения из цилиндра 200 см3 исследуемой жидкости при комнатной температуре. Опыт повторить не менее 3 раз.
-
Тщательно вытереть цилиндр и вылить в него в закрытом донном отверстии ≈250 см3 эталонной жидкости (дистиллированной воды).
-
Определить время истечения τ2 (не менее 3 раз).
-
Для определения плотности ≈200 см3 исследуемой жидкости налить в высокий стакан. В стакан опустить ареометр и по ареометрической шкале определить плотность жидкости.
-
Определить среднее время истечения τ1ср и τ2ср:
τср = (τ′ + τ″ + … + τn)/n ,
где n – количество измерений.
-
Вычислить градусы Энглера:
ºЭ = τ1ср/τ2cр .
-
Определить коэффициент кинематической вязкости ν по формуле (1.5).
-
Найти динамический коэффициент вязкости μ по формуле (1.4).
-
Выполнить перевод полученных значений ν и μ из системы СГС
в систему СИ. Результаты измерений и расчетов сводятся в табл.
№ опыта |
жидкость |
время |
Среднее |
температура |
Плотность |
|
вязкос |
ть испытуемой |
жидкости |
|
|
||
|
|
истечения |
Время |
t, c |
Р, г/см3 |
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т,с |
Тср,с |
|
|
|
см2/с |
стокс |
санти стокс |
м2/с |
г/с*см |
пуаз |
Па*с |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-
Контрольные вопросы:
-
От чего зависит величина силы трения при движении жидкости?
-
Что называется вязкостью жидкости?
-
Что такое градиент скорости сдвига?
-
Какие коэффициенты вязкости вы знаете, как они определяются?
-
Как изменяется вязкость жидкостей и газов с изменением температуры и давления?
-
Чем объясняется наличие вязкости в жидкостях и газах?
-
Кто впервые изобрел вискозиметр?
-
Что изучает наука реология?
9. Какие неньютоновские жидкости вы знаете?