АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Измерение вязкости жидкостей

Читайте также:
  1. III. ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
  2. YIII.3.3.Измерение
  3. Безработица: сущность, типы. Измерение уровня безработицы. Экономические и социальные последствия.
  4. В. Измерение неравенства доходов
  5. Валовый внутренний продукт и его измерение по доходам и расходам.
  6. ВИДЫ И ТОВАРНЫЕ МАРКИ ТОРМОЗНЫХ ЖИДКОСТЕЙ.
  7. Вопрос№27 Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Смачивание
  8. Второе: будьте включающим и по отношению к ненависти. Это более глубокое царство, более глубокое измерение. Будьте включающим и по отношению к ненависти.
  9. Выбор и эксплуатация рабочих жидкостей
  10. Горение жидкостей. Классификация жидкостей в зависимости от температуры вспышки.
  11. Диффузия в газах. Вязкость газов. Теплопроводность газов. Коэффициенты диффузии, вязкости, теплопроводности. Вывод формулы для коэффициента диффузии.
  12. Забор биологических жидкостей для бактериологического исследования (кровь, ликвор, моча, желчь, кал)

 

Вязкость жидкостей. Вязкостью называется свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу. Все реальные жидкости обладают определённой вязкостью, которая проявляется в виде внутреннего трения при относительном перемещении смежных частиц жидкости. Наряду с легко подвижными жидкостями (вода, воздух – как идеальная жидкость) существуют и очень вязкие жидкости, сопротивление сдвигу у которых достаточно высокое (тяжёлые масла – мазут, битум), но есть и другая краевая часть жидкостей, у которых сопротивление сдвигу меньше чем у воды (ацетон, эфир, бензин). Таким образом, вязкость характеризует степень текучести и испаряемости или подвижности её частиц в нормальных условиях жизни человека.

Пусть жидкость течёт вдоль плоской стенки так называемыми параллельными ей слоями с небольшой скоростью – смотри рисунок 6.1.

Рисунок 6.1 Распределение скоростей при течении жидкости вдоль твёрдой стенки или стенки канала, трубопровода

 

Так как стенка неподвижна, а жидкость течёт, то на границе со стенкой из-за тормозящего влияния самой стенки слои жидкости будут двигаться с различными скоростями, значения которых возрастают от нуля до максимальной в центре ядра потока жидкости. По какому закону будет изменяться скорость потока? Рассмотрим два слоя жидкости, двигающиеся на расстоянии ∆y друг от друга. Допустим, слой в точке А движется со скоростью u, а слой В – со скоростью u + ∆u. Из-за разности скоростей слой В сдвигается относительно слоя А на величину ∆u (за единицу времени). Величина ∆u является абсолютным сдвигом слоя А по слою В, а отношение ∆u/∆y выражает градиент скорости (относительный сдвиг). При этом в процессе движения слоёв появляется касательное напряжение между слоями (сила трении на единицу площади), которую необходимо обозначить, скажем через τ. Исходя из этого рассуждения, аналогично явлению сдвига в твёрдых телах, можно получить зависимость между напряжением и деформацией:

 

6.1

 

 

Величина μ, аналогично коэффициенту сдвига в твёрдых телах, характеризуется сопротивляемостью жидкости сдвигу и называется динамическойили абсолютной вязкостью.

Для определения размерности динамической вязкости из уравнения 6.1 получим:



(6.2)

 

В международной системе единиц СИ динамическая вязкость выражается в Н·с/м2 или Па·с. В технической системе единиц МКГСС динамическая вязкость имеет размерность кгс·с·м-2, а в системе CGS за единицу динамической вязкости принимается пуаз (П), эти сведения приводятся для того, чтобы студентам было удобно пользоваться старыми учебниками, изданными до 1961 года в СССР, так как в них имеются очень ценные сведения и справочные данные, но они даны в старых системах измерения и отличаются от системы СИ.

(6.3)

Вязкость жидкостей и газов в сильной степени зависит от температуры, при этом, вязкость капельных жидкостей при увеличении температуры уменьшается, а вязкость газов наоборот – возрастает. Объяснение этого явления заключается в том, что природа капельных жидкостей и газов различна. Дело в том, что в газах средняя скорость (интенсивность) теплового движения молекул с повышением температуры возрастает, следовательно, возрастает и вязкость. А в капельных жидкостях молекулы не могут хаотически двигаться по всем направлениям, как в газе, они могут лишь колебаться возле своего среднего положения. С повышением температуры средние скорости колебательных движений молекул увеличиваются и в результате этого легко преодолеваются удерживающие их связи, благодаря чему жидкость приобретает большую подвижность, текучесть, что и приводит к уменьшению вязкости.

Пуазейль определил эмпирическим путём зависимость для чистой пресной воды и назвал её зависимостью динамической вязкости от температуры:

(6.4)

где μ – абсолютная (динамическая) вязкость жидкости в Па;

t – температура в ºС.

С увеличением температуры от 0 до 100ºС вязкость воды уменьшается почти в семь раз, смотри таблицу 6.1.

 

Таблица 6.1- Зависимость плотности ρ, кинематической ν и динамической μ вязкость воды от температуры

 

Температура, ºС Ρ, кг/м3 ν · 104, м2 μ · 103. Па·с
999,9 0,0179 1,79
0.0152 1,57
0.0101 1,01
0,0066 0,65
0.0048 0,48
0,0037 0,36
0,0033 0,31
0,0028 0,27

 

‡агрузка...

Вода принадлежит к наименее вязким жидкостям. Лишь немногие из практически используемых жидкостей (например, эфир и спирт) обладают несколько меньшей вязкостью, чем вода. Наименьшую вязкость имеет жидкая углекислота – в 50 раз меньше вязкости воды. Все жидкие масла обладают значительно более высокую вязкость, чем вода. В таблице 6.2 приведены значения вязкости некоторых жидкостей.

 

Таблица 6.2 - Кинематическая и динамическая вязкость капельных жидкостей

(при t = 20ºС)

Наименование жидкости μ , Па·с ν ·104, м2
Вода пресная 0,00101 0,01012
Глицерин безводный 0,512 4,1
Керосин (при t = 15ºС) 0,0016-0,0025 0,02-0,03
Бензин (при t = 15ºС) 0,0006-0,00065 0,0083-0,0093
Масло касторовое 0,972 10,02
Масло минеральное 0,0275-1,29 0,313-14,5
Нефть при t = 15ºС (δ415 = 0,86) 0,007-0,008 0,081-0,093
Ртуть 0,0015 0,00111
Спирт этиловый безводный 0,00119 0,0151

 

Для определения величины динамической вязкости воздуха в системе МКГСС применяется формула Милликена

 

(6.5)

 

что даёт при t = 15ºС μ = 1,82·10-6 кгс·с/м2 (~ 1,82 · 10-5 Па·с).

Наряду с понятием абсолютной или динамической вязкости в практической гидравлике находит применение понятие кинематической вязкости, представляющей собой отношение абсолютной вязкости к плотности жидкости:

 

ν = μ / ρ; (6.6)

 

Эта вязкость названа кинематической, так как в её размерности отсутствуют единицы силы. В самом деле, подставив размерность μ и ρ, получим:

 

[ν] = [L2/ T];

 

В международной системе единиц кинематическая вязкость измеряется в м2/с; единицей для измерения кинематической вязкости в системе CGS служит стокс, в честь английского физика Стокса: 1 Ст = 1 см2/с = 10-4 м2/с. Сотая часть стокса называется сантистоксом (сСт): = 1 м2с = 1·104 Ст = 1·106 сСт.

Кинематическая вязкость газов зависит не только от температуры, но и от давления, возрастая с увеличением температуры и уменьшаясь с увеличением давления, смотри таблицу 6.3.

 

Таблица 6.3 - Значения кинематической вязкости ν и удельной газовой постоянной R для некоторых газов

 

Газ ν ·104, м2/с при температуре в ºС R, Дж/(кг·К)
Воздух 0,133 0,151 0,178 0,232
Метан 0,145 0,165 0,197 0,256
Этилен 0,075 0,086 0,104 0.138

 

Кинематическая вязкость воздуха для нормальных условий (температура 20ºС, давление ~ 1 ат) ν = μ/ρ = 1,57·10-5 м2/с, т.е. примерно в 15 раз больше, чем для воды при той же температуре. Это объясняется тем, что в знаменатель выражения для динамической вязкости 6.6 входит плотность, которая у газов значительно меньше, чем у капельных жидкостей.

Экспериментально вязкость жидкостей определяют вискозиметрами. Для определения вязкости капельных жидкостей широкое распространение получил вискозиметр Энглера, который представляет собой сосуд, окружённый водяной ванной с водой определённой температуры.

 

Рисунок 6.2 - Вискозиметр Энглера  

 

Обозначения на рисунке 6.2 – вискозиметра Энглера: 1 - сосуд; 2 - водяная ванна, окружающая сосуд; 3 – латунная трубка, припаянная ко дну сосуда; 4 – термометр измеряющий температуру жидкости; 5 – Стопорный стержень, запирающий калиброванный насадок; Снизу стоит колба в которую сливают жидкость с измерением времени истечения.

За вязкость по Энглеру принимается отношение времени tвж истечения 200 см3 испытуемой жидкости ко времени tв истечения того же объёма воды. Условная вязкость в градусах Энглера, которая обозначается обычно через «Э», определяется зависимостью:

ºЭ = tвж/tв (6.7)

 

Для перехода от условной вязкости в градусах Энглера к кинематической вязкости применяют несколько эмпирических формул, например формула Убеллоде:

 

(6.8)

 

Кроме формулы Убеллоде применяется формула А.Д. Альтшуля:

 

(6.9)

 

В США и в Великобритании вязкость измеряется в секундах Сейболта (универсальные) и обозначается - "S и в секундах Редвуда(торговые) и обозначаются - "R, особенно для Великобритании, а Сейболта – для США. Поэтому, если встретится в источниках таблицы с пометами сСт - ºЭ и тут же "S ↔ "R, то не следует удивляться, а использовать при необходимости источники США и Великобритании – Англии.

Капиллярные явления. Молекулы жидкости, расположенные у поверхности контакта с другой жидкостью, газом или твёрдым телом, находятся в условиях, отличных от условий внутри некоторого объёма жидкости. Внутри объёма жидкости молекулы окружены со всех сторон такими же молекулами, вблизи поверхности ситуация меняется, молекула окружена лишь с одной стороны, а с другой – граница твёрдого тела. Поэтому энергия поверхностных молекул отличается от энергии молекул в объёме на некоторую величину, называемой поверхностной энергией. Эта энергия пропорциональна площади поверхности раздела S:

(6.10)

Коэффициент пропорциональности σ, называемый коэффициентом поверхностного натяжения, зависит от природы соприкасания сред. Этот коэффициент можно представить в виде:

(6.11)

где F – сила поверхностного натяжения;

l - длина линии, ограничивающей поверхность раздела границ.

 

Исходя из определения, σ имеет размерность энергии на единицу площади или силы на единицу длины. Для границы раздела вода – воздух при t = 20ºС коэффициент поверхностного натяжения σ = 0,073 Дж/м2, а для раздела ртуть – воздух, соответственно σ = 0,48 Дж/м2. Поверхностное натяжение жидкости чувствительно к чистоте жидкости и поверхности и к температуре. Вещества, способные в значительной степени снизить силы поверхностного натяжения, называются поверхностно - активными веществами (ПАВ). При повышении температуры величина поверхностного натяжения уменьшается, а в критической точке перехода жидкости в пар обращается в нулевое значение. Более подробные сведения о жидкостях и газах необходимо черпать из справочных таблиц свойств конкретных материалов и веществ в инженерных справочниках.

Рисунок 6.3 - К определению краевого угла

 

На поверхности раздела трёх фаз, например, твёрдой стенки – 1, жидкости – 2 и газа – 3 между поверхностью жидкости и твёрдой стенкой образуется так называемый краевой угол Θ, на рисунке 6.3 это хорошо видно. Величина краевого угла зависит от природы соприкасающихся сред (от поверхностных натяжений на их границах) и не зависит ни от формы сосуда, ни от действия силы тяжести. Если край жидкости приподнят, её поверхность имеет вогнутую форму (рисунок 6.3 - а) – краевой угол острый. В этом случае жидкость смачивает твёрдую поверхность. Чем хуже смачивающая способность жидкости, тем больше краевой угол. При Θ > 90º жидкость считается несмачивающей, при полном несмачивании Θ = 180º. Капли такой жидкости как бы поджимаются, стараясь уменьшить площадь контакта с твёрдой поверхностью. От явления смачивания зависит поведение жидкости в тонких (капиллярных) трубках, погружённых в эту жидкость. В случае смачивания жидкость в трубке поднимается над уровнем свободной поверхности, в случае несмачивания наоборот опускается. Высота капиллярного поднятия (опускания) жидкости определяется по формуле:

(6.12)

где γ – удельный вес жидкости; r – радиус трубки.

 

Во всех явлениях, происходящих при совместном действии сил поверхностного натяжения и сил тяжести, значительную роль имеет капиллярная постоянная , входящая в выражение 6.12 и имеющая линейную размерность. Так, для воды при 20ºС капиллярная постоянная равна 0,0039 м.

 

Лабораторная работа по разделу 6 - № 34 «Вискозиметры» условно предназначена для раздела 4 «измерение расхода», так как необходимость изучения расхода связана с вязкостью жидкости и её приходится учитывать в комплексе различных расчётов при определении некоторых параметров жидкостей. Хотя это определение не является обязательным, однако может дать более объёмное понимание механизма взаимовлияния вязкости от температуры и размеров сопрягаемых зазоров в деталях машин.

 

 

34 Лабораторная работа № 34 Вискозиметры

(Ознакомительная - как практическая работа)

 

На поверхностях раздела твердое тело – жидкость всегда создается пристенный слой жидкости, свойства которого отличаются от свойств объемной жидкой фазы вследствие действия поверхностных сил твердой подложки.

В настоящее время достаточно подробно исследованы различные свойства жидкостей: теплоемкость, оптическая анизотропия, дихроизм, вязкость, но в меньшей мере изучены свойства связанные с вязкостью.

Такой параметр как вязкость является наиболее важным физическим свойством смазочных материалов, поскольку её величина влияет на многие процессы в технике и, в частности, на износ различных механизмов.

Настоящая лабораторная работа посвящена исследованию проблемы организации процессов трения и изнашивания, а именно определению вязкости масел, которые выступают в роли смазочного материала в узлах механизмов, а также влиянию введения в них поверхностно-активных веществ (ПАВ) на их свойства.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 |


При использовании материала, поставите ссылку на Студалл.Орг (0.021 сек.)