Кінематична в'язкість води і деяких газів.

Визначення в'язкості рідини.

 

Тема: Визначення в'язкості рідини.

Мета: Вивчити явище в'язкості рідини, та виникнення опору окремих руху шарів рідини під дією зовнішніх сил. Ознайомлення з методами вимірювання в'язкості рідини за допомогою віскозиметрів.

                                     Теоретичні відомості.

В'язкість – властивість рідини, чинити опір при переміщенні одних шарів відносно інших під дією зовнішніх сил.

. Сила внутрішнього тертя (Т) спрямована у бік протилежний руху потоку , чим викликає опір цьому руху з боку рідини. Звідси випливає ще одне тлумачення в’язкості. Спроможність рідини чинити опір зрушуючим чи дотичним зусиллям – називається в’язкістю.

 

            Рис.1.1                                                           Рис. 1.2

^B

dr                      _{u – du U                 A                                                             F}

dr

                                                                                                                                                                    T

 

^A

 

 Ньютон висунув гіпотезу яка зводилась до наступного: сили тертя залежать від властивостей рідини, не залежать від тиску, прямо пропорційні спряженим поверхням і градієнтам швидкості у шарах. Математично гіпотеза має такий вигляд:

Т = F       

де - коефіцієнт динамічної в'язкості;

F – площа поверхні тертя;

- градієнт швидкості;

V- швидкість рідини;

r – відстань між шарами;

Виходячи з гіпотези Ньютона якщо силу тертя віднести до одиниці площі спряжених шарів, отримаємо дотичну напругу -( ) сил внутрішнього тертя:

= T/F =   

Розрахунково розмірність динамічного коефіцієнта в'язкості буде:

Коефіцієнт кінематичної в’язкості, який є відношенням коефіцієнта динамічної в’язкості до густини рідини при певній температурі . Тобто:

v = /  

Одиниця виміру якого буде –

Для рідин з підвищенням температури коефіцієнт в'язкості зменшуватиметься, а для газів збільшуватиметься.

На (рис. 1.3.)- залежність коефіцієнту кінематичної в'язкості крапельних рідин від температури, одиниця виміру якої є Стокс ( )

 - стокс;

У переводі кінематична в'язкість до значення стокс, складатиме:

м²/с = 10⁴_стокс       або,                  1_стокс = 10^-4 м²/с 

                                   Рис.1.3

 

                 м²/с v

               0,015

 

                0,010

              Вода

 

                         0,005                                       Машинне

                                                                    мастило.

                

 

                       0       50    100  150 С⁰

 

Далі на рисунку 1.4 показано залежність коефіцієнта кінематичної в'язкості від температури і тиску. Для отримання нормальних умов необхідно, щоб температура становила t = 20⁰ C, тиск був Р = 1 кг.с/см², а значення коефіцієнта стокса дорівнювало  = 1,57.10^-5 м²/с

                                                         рис. 1.4.

                   dV/dr

 

                                         

                                        0                                    

Аномальними чи не ньютонівськими рідинами називають рідини з неоднорідною густиною, або аномально в'язкі такі як, пульпа (суміш рідини і ґрунту, нафтопродукти при температурі застигання, та різного роду полімерні матеріали). Тобто в яких дотична напруга дорівнює:

 .

Віскозиметрія – наука, що вивчає методи вимірювання в’язкості. Віскозиметр – від пізнелатинського віскозус – в’язкий і грецького метро – міряю. Віскозиметри бувають різних типів.

1 Капілярні віскозиметри – використовують неоднакову здатність рідини з різними вя’зкостями протікати через капілярну трубку.

 

              

Віскозиметр Освальда – Пінкевича – це U подібна трубка в ліве коліно якої впаяно капіляр. При проведенні дослідження піддослідна рідина в об’ємі 2 – 3 мл відсмоктується до рівня що перевищує мітку . Під час досліду фіксується час проходження рідини між двома мітками.

. Цим віскозиметром вимірюють кінематичну в’язкість рідини за формулою:

v = v₀(T/T₀).

Де v₀ – кінематичний коефіцієнт в’язкості стандартної рідини (дистильована вода), Т – час витікання досліджуваної рідини від верхньої до нижньої точки, Т₀ – час за який ті ж самі рівні пройде стандартна рідина. Цей тип віскозиметра дозволяє виміряти в’язкість мало в’язких рідин.

Віскозиметр Енглера: основна деталь , циліндр із сферичним дном у центрі якого знаходиться калібрований отвір, на внутрішній поверхні знаходяться три відмітки, до рівня яких наливають 200см³ досліджуваної рідини при закритому отворі. Розрахунок проводять за формулою:

Е = Т/ Т₀

Коефіцієнт кінематичної в’язкості перераховують за формулою Уббелоді:

v = [ 0,0731E – ( 0,0631 / E)] 10 ^{– 4} м²/с

Динамічну в’язкість в Па с розраховують за формулою:

= [ 7,24E – (6,25/E)] 10 ^{– 3}

Цей віскозиметр використовують при вимірюванні в’язкості паливо мастильних матеріалів.

Віскозиметр Хеплера; дослід проводиться також при певній температурі за допомогою кульки яка проходить від мітки до мітки також за певний час (Т). Динамічна в’язкість визначається за формулою:

= Т( _к – _р)К

Де Т – час падіння кульки, р_к і р_р – густина кульки і рідини, відповідно, К – паспортна стала кульки.

Ротаційний віскозиметр; експеримент проводиться за допомогою крутильного моменту(кутовій швидкості ) обертання одного із співвісних тіл, у зазорі між якими знаходиться дослідна рідина . Динамічна в’язкість розраховується за формулою:

= (G – G₀)C/n ,

Де G - вага важків, G₀ - сила тертя в підшипниках, n - частота обертання , С – стала паспортна величина .

Але найбільше застосування мають віскозиметри Освальда – Пінкевича (з капілярною трубкою), та Хеплера (падаюча кулька).

 

Кінематична в'язкість води і деяких газів.

                                                                                                   табл. 1.1

 

Рідина	T = 00 C			T = 50 C			T =100 C			T =200 C			T =400 C			T =900 C
	м2/с..10-6	кг/м3	Па.с.10-3	м2/с..10-	кг/м3	Па.с.10-3	м2/с..10-	кг/м3	Па.с.10-3	м2/с..10-	кг/м3	Па.с.10-3	м2/с..10-	кг/м3	Па.с.10-3	м2/с..10-	кг/м3	Па.с.10-3
Вода	1,78	103	1,78.10-3	1,52	103	1,52.10-3	1,31	999,73	1,31.10-3	1,01	998	10-3	0,66	992	0,65.10-3	0,28	960	0,21.10-3
Повітря	1,33	1,293	1,72.10-3	1,37	1,274	1,75.10-3	1,41	1,247	1,76.10-3	1,51	1,206	1,82. 10-3	1,68	1,128	1,89.10-3	2,3	0,97	2,23.10-3
Метан	1,45	0,716	1,04.10-3	1,49	0,712	1,06.10-3	1,54	0,71	1,1.10-3	1,65	0,70	1,15.10-3	1,85	0,65	1,2.10-3	2,55	0,6	1,53.10-3

Висновок:

Індивідуальне завдання: Визначити відношення динамічної і кінематичної в'язкостей до одиниці виміру динамічної в'язкості у Пуазах.   

Якщо Па.с.10^-3 = 10^-5 пуаз.

Отримані значення підставити до прикладених таблиць табл.1.2, і табл.1.3. Розрахунки проводити згідно з отриманими залежностями у теоретичних відомостях.

                                Контрольні питання

1. Що таке в'язкість?

2. Залежність між кінематичним і динамічним коефіцієнтами в'язкості.

3. Типи приладів що застосовують для виміру в'язкості.

4. Конструктивні особливості і принцип дії капілярного віскозиметра.

5. Ротаційний віскозиметр.

6. Методика визначення в'язкості за допомогою капілярного віскозиметра.

   7. Одиниці виміру в'язкості.

---

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 342; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!