Определение вязкости жидкости

Вязкость жидкости определяется экспериментально с помощью приборов, которые называются вискозиметрами.

Для жидкостей более вязких, чем вода, применяется вискозиметр Энглера. Вязкость жидкости, если она меньше вязкости воды, определяется с помощью капиллярных вискозиметров. Универсальным прибором для измерения вязкости может служить вискозиметр Стокса.

Принцип действия капиллярного вискозиметра основан на подсчёте времени протекания заданного объёма жидкости через капиллярную трубку, при заданной разнице давлений. Чаще всего жидкость из резервуара вытекает под действием собственного веса. С помощью капиллярного вискозиметра измеряются вязкости от 10 мкПа∙с(газы) до 10 кПа∙с.

При использовании вискозиметра Стокса, вязкость определяется по времени прохождения шариком некоего расстояния под воздействием его собственного веса.

Вискозиметр Энглера - прибор, предназначенный для измерения условной вязкости жидкости путем сравнения времени истечения испытуемого продукта при температуре испытания с временем истечения аналогичного количества дистиллированной воды при +20 ⁰C.

Ознакомимся с капиллярным вискозиметром, схема которого приведена на рисунке.

Основные элементы вискозиметра: - технологическая трубка, предназначенная для заполнения прибора исследуемой жидкостью; - полость для слива исследуемой жидкости из расходных объемов А и В при проведении испытания; - капиллярная трубка (трубка с цилиндрическим каналом малого диаметра – от 0,4 до 0,6 мм). Полости А и В заполняют жидкостью, вязкость которой предстоит определить,. Для этого торец трубки, соединенный с полостью А, погружают в исследуемую жидкость, а в технологической трубке создают разряжение. После заполнения полостей А и В прибор устанавливают в вертикальное положение и производят замер.

При проведении испытания измеряют время t истечения жидкости через капиллярную трубку в объеме, который определяется метками М1 и М2. Кинематическая вязкость исследуемой жидкости определяется по формуле

(3)

где

коэффициент тарирования прибора;

t -- время истечения мерного объема жидкости через капиллярную трубку;

-- поправка на изменение силы тяжести.

 

Проведение испытаний

1. Измеряем температуру окружающей среды, барометрическое давление и температуру исследуемой жидкости.

2. Готовим вискозиметр к измерению вязкости жидкости; проводим измерение. Регистрируемый параметр заносим в протокол испытаний.

3. Повторяем испытание для каждого вида жидкости три раза.

4. Обрабатываем результаты испытаний и вычисляем среднее значение кинематической вязкости для каждого типа исследованной жидкости.

5. Сравниваем полученное значение вязкости с данными справочной литературы, внося поправки на температуру и давление. Оцениваем расхождение и делаем выводы.

6. Оформляем отчет и защищаем работу.

 

Протокол испытаний

Общие параметры: Температура жидкости ……………… Барометрическое давление ……………….	Используемый прибор: модель ………… коэффициент тарирования ………….
№ п/п	Исследуемая жидкость	Время истечения мерного объема жидкости t, c	Кинемат. вязкость жидк. в испытании Па·с	Среднее значение кинемат. вязкости жидкости Па·с	Вязкость жидкости по справочным данным Па·с	Погрешн. определения вязкости δ%

Справочные данные

Кинематическая вязкость пресной воды при различных температурах

t, ^0C	ν, Cт	t, ^0C	ν, Cт	t, ^0C	ν, Cт
	0,0179		0,0124		0,008
	0,0167		0,0118		0,0072
	0,0157		0,0112		0,0065
	0,0147		0,0106		0,006
	0,0139		0,0101		0,0055
	0,0131		0,009		0,0048

Влиянием давления на вязкость воды при незначительных изменениях атмосферного давления пренебрегают.

Можно определять кинематическую вязкость воды при изменении температуры и по следующей формуле

где t - температура жидкости по шкале Цельсия.

Значение вязкости воды при температуре 20⁰С – 0,0101 Ст = 1,01· – полезно запомнить.

Выводы

Сделать вывод о качестве выполненных исследований.

 

Лабораторная работа №2

Режимы течения.

 

Цель работы

Показать существование двух режимов течения жидкости – ламинарного и турбулентного. Проверить обоснованность критическое значение числа Рейнольдса для цилиндрической трубы.

 

Основные сведения

Наглядно различие режимов течения можно наблюдать на специальной опытной установке, схема которой показана на рисунке. Вода от насоса небольшой производительности подается на вход цилиндрической стеклянной трубы 1 диаметром 16 мм. В конце трубы установлен кран 2 для регулирования расхода жидкости Q, а следовательно и скорости движения потока. Расход измеряют с помощью мерного бака и секундомера.

Над расходной трубой на высоте h расположен сосуд 3, наполненный подкрашенной жидкостью, плотность которой близка к плотности воды. По трубке малого диаметра 5 подкрашенная жидкость подводится к насадку, через который и вливается в общий поток воды, движущийся в стеклянной трубе. На трубке имеется кран 4 для регулирования скорости истечения подкрашенной жидкости.

Рис.1

При малой скорости движения потока в стеклянной трубе и правильно подобранной скорости истечения подкрашенной струйки струйка 6 не разрушается и наблюдается по всей длине стеклянной трубы (рис.1). Если скорость истечения подкрашенной струйки меньше скорости потока в стеклянной трубе, то цветная струйка уносится потоком и растворяется в нем. Если скорость истечения подкрашенной струйки выше скорости потока, то она образует цветное пятно, располагающееся в зоне истечения.

При скорости движения потока, превышающем критическое значение, невозможно добиться визуализации подкрашенной струйки по всей длине трубы. Подкрашенная струйка разрывается на отдельные части, которые распределяются по всему потоку(рис.2).

Рис.2

Скорость потока, при которой меняется режим течения жидкости, называют критической. О. Рейнольдс установил существование двух критических скоростей: верхней, при переходе ламинарного режима течения в турбулентный, и нижней – при переходе турбулентного режима течения в ламинарный режим (рис.3).

Рис. 3

Опытным путем доказано, что значение верхней критической скорости зависит от внешних условий: температуры, наличия вибраций и т.д. Нижняя критическая скорость в широком диапазоне изменения внешних условий остается практически неизменной.

В опытах с круглыми цилиндрическими трубами было показано, что нижняя критическая скорость пропорциональна кинематической вязкости жидкости и обратно пропорционально диаметру трубы, в которой движется поток

Коэффициент пропорциональности в формуле (1) оказался одинаковым для различных вязкостей ν и диаметров d. В честь Рейнольдса этот коэффициент был назван критическим числом Рейнольдса и обозначен .

При движении жидкости в круглых цилиндрических трубах критическое значение числа Рейнольдса принимается равным ≈ 2300

В общем случае режим течения жидкости определяется безразмерным параметром, который также называют числом Рейнольдса. Если – режим течения ламинарный, если – режим течения турбулентный.

 

Проведение испытаний

7. Измеряем температуру окружающей среды, барометрическое давление и температуру исследуемой жидкости.

8. Готовим лабораторный стенд к проведению испытаний. Проверяем наличие секундомера, мерной тары для определения расхода жидкости.

9. Устанавливаем ламинарный режим течения жидкости в трубе и измеряем расход жидкости, фиксируя время истечения t в мерную тару жидкости в объеме Q. Данные заносим в протокол испытаний.

10. Увеличиваем расход жидкости, добиваясь устойчивого турбулентного течения. Измеряем расход жидкости, фиксируя время истечения t в мерную тару жидкости в объеме Q. Данные заносим в протокол испытаний.

11. Повторяем пункты 3 и 4 два раза.

12. Обрабатываем результаты испытаний, рассчитывая число Рейнольдса для каждого испытания. Сравнив число Рейнольдса в каждом испытании с критическим значением числа Рейнольдса делаем вывод о обоснованности критического значения числа Рейнольдса.

 

Протокол испытаний

Общие данные: температуры окруж. среды – барометрическое давление – диаметр трубы …………….–	……………. …………….. ……………..	жидкость …………………– температура жидкости ….– кинем. вязкость жидкости –	…………… ……………. …………….
№ п/п	Режим течения	Время истечения объема Q t, c	Количество истекшей жидкости Q, см^3	Средняя скорость течения жидкости в трубе V, м/с	Число Рейнольдса движущегося в трубе потока Re	Сравнение Re с критически значением

Примечание: кинематическую вязкость воды определить, учитывая ее температуру (см. таблицу в ЛР №1).

 

Выводы

По данным опытов сделать вывод о правомерности использования критического значения числа Рейнольдса () для круглых труб.

 

Лабораторная работа №3