- •Практикум по механике жидкости На портативной лаборатории «капелька»
- •443001 Самара, ул. Молодогвардейская, 194. Работа 1. Изучение физических свойств жидкости
- •1.1.Общие сведения
- •1.2. Описание устройства №1
- •1.3. Порядок выполнения работы
- •1.3.1. Определение коэффициента теплового расширения жидкости
- •1.3.2. Измерение плотности жидкости ареометром
- •1.3.3. Определение вязкости вискозиметром Стокса
- •1.3.4. Измерение вязкости капиллярным вискозиметром
- •1.3.5. Измерение поверхностного натяжения сталагмометром
- •1.4. Контрольные вопросы
- •Работа 2. Измерение гидростатического давления
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Описание устройства № 2 и жидкостных приборов
- •2.3. Порядок выполнения работы
- •2.4. Контрольные вопросы
- •Связаны между собой?
- •Работа 3. Изучение структуры потоков жидкости
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Описание устройства № 3
- •3.3. Порядок выполнения работы
- •Работа 4. Определение режима течения
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Порядок выполнения работы
- •4.3. Контрольные вопросы
- •Работа 5. Иллюстрация уравнения бернулли
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Описание устройства № 4
- •5.4.Контрольные вопросы
- •Работа 6. Определение местных потерь напора
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Порядок выполнения работы
- •6.3. Контрольные вопросы
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Порядок выполнения работы
- •7.3 Контрольные вопросы
1.3.3. Определение вязкости вискозиметром Стокса
Этот метод определения вязкости основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы. При движении шара диаметром d и плотностью ρш в вертикальной трубе диаметром D, которая заполнена исследуемой жидкостью с плотностью ρ, на него действуют три силы: сила тяжести G = , архимедова подъёмная сила R = и сила сопротивления, экспериментально установленная Стоксом, F = 3πνdρV, (где: ν – кинематический коэффициент вязкости; V - скорость шарика). При равномерном движении шара
G = R + F или = + 3πνdρV,
откуда
ν = gd2τ(ρш/ρ – 1)/18l[1 + 2,4(d/D)],
где: τ – время прохождения шариком расстояния l.
Выражение в квадратных скобках (коэффициент стеснения) учитывает влияние стенок трубы и шарика на его скорость и коэффициент сопротивления.
В ходе выполнения работы выполнить следующие операции.
1. Повернуть устройство №1 в вертикальной плоскости на 180º и зафиксировать секундомером время t прохождения шариком расстояния между двумя метками в приборе 3 . Шарик должен падать по оси емкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.
2. Вычислить опытное значение кинематического коэффициента вязкости жидкости ν = gd2τ(ρш/ρ – 1)/18l[1 + 2,4(d/D)].
Где g – ускорение свободного падения; d,D - диаметры шарика и цилиндрической емкости; ρ, ρш,- плотности жидкости и материала шарика.
3. Сравнить опытное значение коэффициента вязкости ν с табличным значением ν (см. табл.1.1). Значения используемых величин свести в таблицу 1.4.
Таблица 1.4
Вид жидкости |
ρ, кг/м3 |
τ, с |
l, м |
d, м |
D, м |
ρш, кг/м3 |
м2/с |
м2/с |
М-10 |
|
|
|
|
0,02 |
|
|
|
1.3.4. Измерение вязкости капиллярным вискозиметром
Этот метод определения вязкости основан на наблюдении над расходом жидкости, проходящей через калиброванную капиллярную трубку. При ламинарном режиме течения жидкости в капилляре допустимо применять закон продольного внутреннего трения, установленный Ньютоном. Отсутствие влияния стенок на потери напора на трение, которое обусловлено прилипанием жидкости к стенкам капилляра, позволяет исследовать трение жидкости о жидкость, а не жидкости о стенку. Потери напора в этом случае прямо пропорциональны вязкости жидкости и определяются по формуле Пуазейля – Гагена:
hтр = 32νlvср/gd2.
Измеряя прошедшее через капиллярную трубку за время τ количество жидкости W и падение давления (p1 – p2) на участке длиной l, можно найти кинематическую вязкость жидкости ν по формуле:
ν = [πr4(p1 – p2)/8lWρ]τ
или
ν = Мτ,
где: М – постоянная прибора.
В ходе выполнения работы выполнить следующие операции.
1. Перевернуть устройство № 1 (см. рис. 1.1) в вертикальной плоскости и определить секундомером время τ истечения через капилляр объема жидкости между метками (высотой S) из ёмкости вискозиметра 4 и температуру t по термометру 1.
2. Вычислить значение коэффициента кинематической вязкости ν = Мτ и сравнить его с табличным значением ν* (см. табл. 1.1). Данные свести в таблицу 1.5.
Таблица 1.5
Вид жидкости |
M, м2/с2 |
τ, с |
10 , м2/с |
t, 0C |
м2/с |
М-10 |
|
|
|
|
|