Определение вязкости жидкости

Краткие теоретические сведения

Вязкостью называется свойство флюида (жидкости или газа) обладать внутренним трением. Вязкость характеризуется динамиче­ским коэффициентом вязкости ц, входящим в качестве физической константы в формулу закона Ньютона - основного закона внутрен­него трения в жидкостях и газах:

(1.1)

где τ - касательное напряжение внутреннего трения; υ - скорость движения жидкости; n - нормаль к вектору скорости.

Динамический коэффициент вязкости измеряется в пас­каль-секундах (Па·с), т.е. ньютон-секундах на квадратный метр (Н·с/м²) в единицах СИ, или в пуазах (дин·с/см²) в физической сис­теме единиц. Кинематический коэффициент вязкости определяется по следующей формуле:

(1.2)

и измеряется в квадратных метрах на секунду (м²/с) в единицах СИ, или в Стоксах (см²/с) в физической системе единиц; здесь ρ - плотность жидкости.

Вязкость флюидов зависит от температуры: с её увеличени­ем динамический коэффициент вязкости у жидкостей уменьшается, а у газов возрастает.

Вязкость жидкостей измеряется вискозиметрами. В работе используется вискозиметр Энглера (ГОСТ 1532-54). С его помощью косвенным путем определяют кинематический коэффициент вязко­сти жидкостей, вязкость которых выше, чем у воды. Для этого вво­дится специальная единица, именуемая градусом ВУ (или градусом Энглера).

(1.3)

где t - время истечения из вискозиметра Энглера 200 см³ исследуе­мой жидкости при заданной температуре; t₀ - водное число (время истечения из данного вискозиметра 200 см³ дистиллированной воды при температуре 20 °С).

Для перевода градуса ВУ в квадратный метр на секунду применяют эмпирическую формулу:

(1.4)

Описание установки

Вискозиметр Энглера (рис.1) состоит из двух помещённых один в другой сосудов 4 и 6, установленных на подставке 8. В дни­щах обоих сосудов просверлены отверстия, в которые вставлена и закреплена трубка 10 с калиброванным диаметром; её отверстие пе­ред опытом закрыто стержнем 2. Эта трубка выполняет роль насадкадля внутреннего сосуда 4, из которого вытекает исследуемая жид­кость.

Пространство между сосудами заполняют водой, подогрев которой позволяет установить температуру ис­следуемой жидкости, кон­тролируемую термометром 3, вставленным в отверстие крышки внутри сосуда. Температура воды в наруж­ном сосуде контролируется термометром 1. Равномер­ность подогрева сосуда 4 обеспечивается помешива­нием воды мешалкой 5. Под отверстие устанавливается мерная колба 9.

Рис. 1.1

При подготовке при­бора к опыту с внутреннего сосуда снимают крышку и при закрытом отверстии в него наливают исследуемую жидкость так, чтобы её свободная по­верхность касалась трех штырей 7, припаянных к стенкам сосуда, при этом обеспечивается вертикальное положение оси прибора. Ре­гулировочные винты расположены на подставке 8.

Порядок выполнения работы

1. Собрать и установить прибор вертикально.

2. Вставить запорный стержень 2 в отверстие трубки 10.

3. Налить в сосуд 4 около 0, 4 л исследуемой жидкости.

4. Налить около 0, 5 л воды в сосуд 6.

5. Подогреть исследуемую жидкость до заданных значений темпе­ратуры.

6. Поднять запорный стержень, одновременно запустив секундо­мер.

7. Наблюдать за стекающей струйкой, направляя её по стенке расширенной части мерной колбы во избежание пенообразования.

8. Остановить секундомер в момент достижения уровнем жидкости отметки 200 см³ мерной колбы и записать время истечения. Чтобы исключить случайные ошибки в процессе измерений, для каждой температуры опыт следует повторить три раза, а затем по получен­ным значениям времени истечения определить его среднюю ариф­метическую величину.

Формулы и данные для вычислений

Среднее арифметическое время истечения исследуемой жид­кости из вискозиметра:

где: t_i - время истечения жидкости при i - м замере; n - число заме­ров, (n = 3).

Условная вязкость ВУ жидкости при заданной температуре вычисляется по формуле (1.3), где t₀ = 52 с.

Кинематический коэффициент вязкости исследуемой жидко­сти рассчитывается по эмпирической формуле (1.4).

Опытные и расчетные величины