Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Кинематическая вязкость

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной

и эта величина получила название кинематической вязкости. Здесь ρ - плотность жидкости; η - динамическая вязкость.

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт).

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.

Для несжимаемых жидкостей наблюдается два вида течения:

- ламинарное, когда она разделяется на слои;

- турбулентное, когда жидкость перемешивается.

Английский ученый Рейнольдс установил, что характер течения зависит от безразмерной величины:

где ρ – плотность жидкости, η - коэффициент вязкости, υ – средняя скорость потока жидкости, l – характерный для поперечного сечения размер (например, сторона квадрата при квадратном сечении, радиус или диаметр при круглом сечении).

При малых значениях числа Рейнольдса наблюдается ламинарное течение. Но, начиная с некоторого значения Re называемого критическим, течение приобретает турбулентный характер. Например для круглой трубы оно равно 1000. Число Рейнольдса также считается критерием подобия течения вязкой жидкости.

Число Рейнольдса как критерий перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения и обратно относительно хорошо действует для напорных потоков. При переходе к безнапорным потокам переходная зона между ламинарным и турбулентным режимами возрастает, и использование числа Рейнольдса как критерия не всегда правомерно. Например, в водохранилищах формально вычисленные значения числа Рейнольдса очень велики, хотя там наблюдается ламинарное течение. Критерий назван в честь выдающегося английского физика О. Рейнольдса (1842-1912), автора многочисленных пионерских работ по гидродинамике.

Вязкость жидкости зависит от температуры: она резко уменьшается с повышением температуры. Особенно сильно зависит от температуры вязкость масел. Так, например, вязкость касторового масла при повышении температуры от 18 до 40°С падает почти в 4 раза. Поэтому, знание такой характеристики как вязкость крайне необходима в широком диапазоне температур для различных жидкостей.

Методы определения вязкости разнообразны. Один из наиболее простых методов является метод Стокса, который применяется для маловязких жидкостей.

Пусть шарик падает в некоторой жидкости. На него действуют три силы:

Рис. 2.

1)сила тяжести F₁ =

2)архимедова сила

3)сила вязкого трения (формула Стокса).

В формулах r - радиус шарика, r_ш - плотность шарика, r_ж - плотность жидкости, v - скорость шарика, h - коэффициент вязкости.

Сила вязкого трения зависит от скорости движения шарика. При свободном падении шарика в вязкой жидкости наступает момент с которого шарик движется равномерно и прямолинейно. Такое движение шарика называется установившимся. В соответствии с законами классической динамики это возможно при условии:

(4)

В проекции на направление движения шарика:

(5)

Решим это уравнение относительно h

(6)

где v = l/t, т.к. для средней части сосуда, ограниченной рисками А и В, где движение равномерное, l - расстояние, t - время падения шарика между рисками А и В. Подставим выражение для скорости в уравнение (6) и учтем, что r = d/2:

. (7)

Эта формула будет расчетной в нашей лабораторной работе.

Уравнение (7) справедливо лишь тогда, когда шарик падает в безграничной среде. Если шарик падает вдоль оси трубки радиуса R, то приходится учитывать влияние боковых стенок. Поправку в формуле Стокса для такого случая теоретически обосновал Ладенбург. Формула для определения коэффициента вязкости с учетом поправок имеет вид:

(8)

Таблица №1

Плотность некоторых веществ, r×10³ кг/м³, (при 293К)

Вещество	Плотность
Железо	7,8
Никель	8,.8
Олово	7,3
Свинец	11,4
Сталь	7,9
Масло	0,9
Глицерин	1,26
Вода

Таблица №2

Динамическая вязкость, h×10^-3 кг/(м×с).

Вещество	h при t = 0°C	h при t = 10°C	h при t = 20°C
Вода	-	1.304	1.002
Глицерин
Масло касторовое	-

Порядок выполнения работы;

1. С помощью миллиметровой шкалы измерить расстояние между метками А и В.

2. Измерить диаметр шарика не менее трех раз. Найдя диаметр, как среднее арифметическое из трех измерений, результат записать в таблицу.

3. Плотность шарика определяется по таблице в зависимости от вещества.

4. Опустить шарик в жидкость, включить секундомер в момент прохождения шариком метки А, остановить секундомер в момент прохождения шариком метки В. Измеренное время записать в таблицу.

5. Повторить опыт от 5 - до 11 раз с разными шариками.

6. Вычислить вязкость жидкости.

7. Определить среднее значение динамической вязкости и вычислить кинематическую вязкость при данной температуре. Окончательный результат записать обязательно, указывая температуру жидкости.

8. Найти среднюю абсолютную ошибку измерения как: