Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Составители: А.А.Иванов, В.А.Алексеев

УДК 532.133

Определение вязкости жидкости: Метод. указания к лабораторной работе по дисциплине «Гидравлика и гидравлические машины» для студентов спец. 170500 и 170600 всех форм обучения / НГТУ; Сост.: А.А.Иванов, В.А.Алексеев. Н.Новгород, 2000. 12 с.

Приведены сведения о законе внутреннего трения и коэффициентах вязкости жидкостей, об устройстве вискозиметра Энглера, даны зависимости для определения динамического и кинематического коэффициентов вязкости, изложена методика проведения работы и методика обработки опытных данных.

Редактор Э.А.Жирнова

Подп. к печ. ___________. Формат 60´84¹/₁₆. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ. л. 0,8. Уч.-изд. л. 0,7. Тираж 150 экз. Заказ ______.

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. 603600, Н.Новгород, ул.Минина, 24.

Ó Нижегородский государственный

технический университет. 2000

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является:

– изучение устройства и принципа работы вискозиметра Энглера;

– практическое определение коэффициентов вязкости жидкости в зависимости от температуры;

– сравнение опытных значений вязкости со справочными данными.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При движении реальной жидкости в ней возникают силы внутреннего трения, оказывающие сопротивление движению. Эти силы действуют между соседними слоями жидкости, перемещающимися относительно друг друга.

Свойство жидкости оказывать сопротивление силам, вызывающим относительное перемещение ее частиц, называется вязкостью.

При прямолинейном ламинарном движении жидкости сила трения, возникающая между соприкасающимися слоями и отнесенная к единице их поверхности, пропорциональна градиенту скорости, т.е. падению скорости на единицу расстояния между двумя параллельными слоями жидкости.

Таким образом, напряжение внутреннего трения (сдвига), возникающее между слоями движущейся жидкости, равно

, (1)

где - коэффициент пропорциональности, называемый динамическим коэффициентом вязкости или просто динамической вязкостью.

Наряду с динамическим коэффициентом вязкости m при практических расчетах применяют так называемый кинематический коэффициент вязкости, представляющий собой отношение динамической вязкости к плотности жидкости

. (2)

В системе СИ динамическая вязкость измеряется в Па×с, а кинематическая вязкость – в м²/с.

Вязкость капельных жидкостей колеблется в широких пределах и значительно снижается с повышением температуры, вязкость же упругих жидкостей (газов и паров) при этом, наоборот, увеличивается. Это объясняется различием молекулярной структуры капельных и упругих жидкостей. В капельных жидкостях, где молекулы расположены гораздо ближе друг к другу, чем в газах и парах, вязкость вызывается силами молекулярного сцепления. Эти силы с увеличением температуры уменьшаются, поэтому вязкость падает. В газах же вязкость обусловлена главным образом беспорядочным тепловым движением молекул, интенсивность которого увеличивается с ростом температуры, поэтому вязкость газов и паров с увеличением температуры возрастает.

Давление в отличие от температуры слабо влияет на вязкость жидкостей. При давлениях до 10 МПа этим влиянием обычно пренебрегают.

Для опытного определения вязкости жидкости применяют приборы, называемые вискозиметрами.

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Вискозиметр Энглера марки ВУ-1М (рис.1) состоит из резервуара 5 для испытуемой жидкости и ванны 4, являющейся термостатом для поддержания необходимой температуры.

Рис.1. Схема вискозиметра:

1 – регулировочный винт; 2 – тренога; 3 – сточная трубка; 4 – ванна
термостата; 5 – резервуар для испытуемой жидкости; 6 – зажим;
7,8 – термометры; 9 – стержень; 10 – крышка; 11 – крючок;
12 – кронштейн; 13 – мешалка; 14 – мерная колба

Резервуаром для испытуемой жидкости служит цилиндрический сосуд с дном в форме шарового сегмента, внутренняя поверхность которого хромирована и тщательно отполирована.

На внутренней стенке резервуара на одинаковом уровне от дна и друг от друга укреплены три изогнутых под прямым углом крючка 11, острия которых служат указателями предельного уровня наливаемой в резервуар жидкости, а также показателем горизонтальной установки прибора.

В центр дна резервуара с наружной стороны впаяна калиброванная сточная трубка 3 из нержавеющей стали с тщательно отполированной внутренней поверхностью.

Резервуар закрывается крышкой 10 с двумя сквозными отверстиями, из которых боковое служит для установки термометра 8, замеряющего температуру жидкости в резервуаре, а центральное – для стержня 9,закрывающего отверстие сточной трубки.

Резервуар укрепляется специальными распорками в центре алюминиевой ванны, снабженной зажимом 6 для крепления термометра 7, служащего для измерения температуры в ванне, и кронштейном 12 для мешалки 13, служащей для перемешивания испытуемой жидкости.

Ванна с укрепленным в ней резервуаром устанавливается на металлическую треногу 2, ножки которой снабжены регулировочными винтами 1 для установки прибора в горизонтальном положении.

В комплект прибора входит также мерная колба 14 объемом 200 см³.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Резервуар вискозиметра, сточное отверстие которого плотно закрыто стержнем, заполняется дистиллированной водой до такого уровня, чтобы острия крючков на внутренней стенке лишь едва заметно выступали над поверхностью воды.

Вискозиметр закрывается крышкой и под сточное отверстие ставится чистая, сухая измерительная колба.

В ванну вискозиметра наливается вода с температурой несколько больше 20°С. С помощью льда или снега, добавляемого в ванну, температура воды в резервуаре доводится до 20°С. При этом содержимое ванны перемешивается мешалкой.

Вода в резервуаре непрерывно перемешивается термометром путем осторожного вращения крышки резервуара вокруг стержня.

При достижении заданной температуры воды в резервуаре сточное отверстие открывается и с помощью секундомера замеряется время истечения 200 см³воды.

После проведения опыта резервуар высушивается с помощью фильтровальной бумаги. В сухой резервуар вискозиметра заливается исследуемая жидкость, и по изложенной выше методике определяется время истечения того же объема жидкости при нескольких значениях температуры, задаваемых преподавателем.

Опыты повторяются 2-3 раза при каждом значении температуры. Полученные значения коэффициентов вязкости усредняются.

4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ НА УСТАНОВКЕ

При выполнении лабораторной работы необходимо соблюдать требования, изложенные в инструкции по технике безопасности в лаборатории гидравлики и гидравлических машин кафедры МАХПП.

Особенно осторожным следует быть при установке в вискозиметр стеклянных термометров и заполнении термостатной ванны горячей водой. Недостаточная осторожность может привести к поломке и вытеканию ртути из термометров, порезам и ожогам рук.

5. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

По замеренным значениям времени истечения для каждой температуры вычисляется кинематический коэффициент вязкости по формуле

м²/с, (3)

где – «градус Энглера» (отношение времени истечения 200 см³ исследуемой жидкости t _ж ко времени истечения t₀ такого же объема дистиллированной воды при 20°С).

Затем с помощью формулы (2) вычисляется динамический коэффициент вязкости m. Необходимые для расчета значения плотности r принимаются по данным приложения 1.

Полученные значения наносятся на график зависимости динамического коэффициента вязкости от температуры, построенный по справочным данным (см. приложение 2).

6. ВЫВОДЫ

Проводится сравнение полученных результатов со справочными данными, оценивается погрешность измерения.

7. ОТЧЕТ ПО РАБОТЕ

Отчет по работе должен включать формулировку цели работы, схему лабораторной установки, таблицу замеренных и подсчитанных величин, график зависимости вязкости жидкости от температуры и выводы.

Отчет представляется по форме, приведенной в приложении 3.

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

8. 1. Что называется жидкостью? Идеальная и реальная жидкости.

8.2. Каковы основные свойства капельных жидкостей?

8.3. Что называется вязкостью? Закон внутреннего трения Ньютона.

8.4. Понятие о динамическом и кинематическом коэффициентах вязкости.

8.5. От каких факторов зависит величина вязкости?

8.6. Почему вязкость капельных жидкостей с возрастанием температуры уменьшается, а вязкость газов увеличивается?

8.7. Основные типы вискозиметров и принцип их действия.

8.8. Методика определения вязкости вискозиметром Энглера.

9. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. – М.: Стройиздат, 1982.-648 с.

2. Чугаев Р.Р. Гидравлика.- Л.: Энергоиздат, 1982.- 672 с.

3. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. – М.: Машиностроение, 1982.- 423 с.

4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973.- 750 с.

5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987.- 576 с.

6. Структурно-механические характеристики пищевых продуктов /

А.В.Горбатов, А.М.Маслов, Ю.А.Мачихин и др./ Под ред. А.В.Гор-

батова. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982.- 296 с.

Приложение 1

Плотности жидких веществ и водных растворов
в зависимости от температуры

Вещество	Плотность r, кг/м³
0°С	10°С	20°С	30°С	40°С	50°С	60°С
Азотная кислота
Ацетон
Бензол
Вода
Гексан
Глицерин, 100 % 50 % раствор
Дихлорэтан
Метиловый спирт
Муравьиная кислота
Серная кислота, 98 %
Соляная кислота, 30 %
Толуол
Этиловый спирт, 100 % 80 % р-р 60 % р-р 40 % р-р 20 % р-р
Сахарный раствор (насыщ.)
Вино сухое
Вино фруктовое
Вино крепленое
Мускат белый
Масло подсолнечное
Масло кукурузное
Молоко коровье цельное	-
Пиво «Жигулевское»					-		-
Сок виноградный
Сок яблочный осветленный неосветленный

Приложение 2

Динамические коэффициенты вязкости жидких веществ
и водных растворов в зависимости от температуры

Вещество	Динамический коэффициент вязкости m×10³, Па×с
0°С	10°С	20°С	30°С	40°С	50°С	60°С
Азотная кислота	1,05	0,92	0,8	0,72	0,64	0,57	0,5
Ацетон	0,395	0,356	0,322	0,293	0,268	0,246	0,39
Бензол	0,91	0,76	0,65	0,56	0,492	0,436	0,39
Вода	1,79	1,31		0,801	0,656	0,549	0,469
Гексан	0,397	0,355	0,32	0,29	0,264	0,241	0,221
Глицерин, 100 % 50 % раствор	-	8,5	6,05	4,25	3,5	2,6
Дихлорэтан	1,08	0,95	0,84	0,74	0,65	0,565	0,51
Метиловый спирт	0,817	0,68	0,584	0,51	0,45	0,396	0,351
Муравьиная кислота	-	2,25	1,78	1,46	1,22	1,03	0,89
Серная кислота, 98 %			25,8	17,1	12,9	9,46	7,5
Соляная кислота, 30 %	-	2,1	1,7	1,48	1,3	-	-
Толуол	0,768	0,667	0,586	0,522	0,466	0,42	0,381
Этиловый спирт, 100 % 80 % р-р 60 % р-р 40 % р-р 20 % р-р	1,78 3,69 5,75 7,14 5,32	1,46 2,71 3,77 4,39 3,17	1,19 2,01 2,67 2,91 2,18	1,0 1,53 1,93 2,02 1,55	0,825 1,2 1,45 1,48 1.16	0,701 0,97 1,13 1,13 0,91	0,591 0,79 0,9 0,89 0,74
Сахарный раствор 80 кг/кг 70 кг/кг 60 кг/кг	- - -	- - -	- 57,2	- 33,1	20,6	63,1 13,7	38,8 9,5
Вино сухое	2,99	2,03	1,51	1,23	1,03	9,32	8,82
Вино фруктовое	4,65	2,95	2,08	1,53	1,21	1,07	1,03
Вино крепленое	5,43	3,43	2,35	1.72	1,3	1,08	1,03
Мускат белый	7,36	4,71	3,13	2,28	1,76	1,44	1,34
Масло подсолнечное	-	-	54.8	-	22.8	-	10,2
Масло кукурузное	-	-	66,5	-	27,6	-	13,0
Молоко коровье цельное	-	2,47	1,79	1,33	1,04	0,85	0,71
Пиво «Жигулевское»	2,82	2,01	1,45	1,19	-	0,78	-
Сок виноградный	-	-	1,62	1,25	1,04	0,85	0,75
Сок яблочный осветленный неосветленный	-	-	1,74 1,9	1,34 1,49	1,1 1,24	0,92 1,02	0,79 0,86

Приложение 3

Воспользуйтесь поиском по сайту: