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试验N液体粘滞系数的测定各种流体(液体、气体)都具有不同程度的粘性当物体在液体中运动时,会受到附着在物体表面并随物体一起运动的液层与邻层液体间的摩擦阻力,这种阻力称为粘滞力(粘滞力不是物体与液体间的摩擦力)流体的粘滞程度用粘滞系数表征,它取决于流体的种类、速度梯度,且与温度有关液体粘滞系数的测量特别重要例如,人体血液粘度增加会使供血和供氧不足,引起心脑血管疾病;石油在封闭管道长距离输送时,其输运特性与粘滞性亲密相关,在设计管道前必需测量被输石油的粘度液体粘滞系数的测量方法有毛细管法、圆筒旋转法和落球法等本试验采纳落球法测定液体的粘滞系数【试验目的】.了解用斯托克斯公式测定液体粘滞系数的原理.,把握其适用条件;.把握用落球法测定液体的粘滞系数【预备问题】.如何推断小球作匀速运动?如何测量小球的收尾速度?.为什么试验中不能用手摸圆筒,不能正对并靠近圆筒液面呼吸?.为什么在试验过程中要保持待测液体的温度稳定?【试验仪器】液体粘滞系数测定仪、螺旋测微计、游标卡尺、温度计、小钢球、待测液体等此时小球以肯定速度匀速下落,该速度称为收尾速度,记为I,收由式
(2)可得:要测?,关键要测准收尾速度-令小球直径3而*-今代入式⑶则:(外一外)小⑷I8L式
(4)中L为小球匀速下落的距离(如图1所示),,为小球下落距离L所用的时间由于试验时待测液体必需盛于容器中,不满意“无限宽广”的条件,要考虑容器壁对小球运动的影响,所以实际测得收尾速度M及式
(3)、
(4)需要修正,修正后的式
(4)为_(球dgi
(5)/ft18L(l+
2.4—)(1+
1.6—)式中〃为盛液体圆筒的内径,”为圆筒中液体高度试验时若油温较高等因素导致小球下落速度较大,则小球下落时可能消失湍流,因式
(1)和式
(5)还需要修正为了推断是否消失湍流,可采用流体力学中一个重要参数雷诺数Re来推断,Re为:Rc=2n^
(6)当雷诺数不甚大(一般在Re10)时,斯托克斯公式
(1)修正为31Q-F=6^vn(lHReRe)
(7)161080则修正后的粘度测得值为为77=77(1+ARe--—Re2)-1
(8)161080试验时,先由式
(5)求出近似值,再用??代入式
(6)求出雷诺数出,最终由式
(8)求出最佳值抵【试验内容与步骤】本试验采纳自行设计的FN10-H型液体粘滞系数测定仪进行测量,如图2所示该测定仪具有下列优点
(1)用电磁铁吸持和释放小钢球,保证使小球沿油筒中心轴线下落,测量误差小、重复性好;
(2)圆筒的底部设计成斜坡状,小球下落后会自动滑落到圆筒一侧的底部,用钢球吸拾器从油筒外壁将球引导到电磁铁下端并被电磁铁吸住,一种直径的小钢球只需一粒就可反复做试验,因此油筒内不会消失小钢球积累;
(3)用激光光电门计时,提高了计时的精确性
1.调整液体粘滞系数测定仪
(1)调测定仪底盘水平在测定仪横梁的中部(电磁铁位置)悬挂一重锤,调整测定仪底盘仪器部件说明.底座;.带刻度尺立杆;.光电门激光放射器;.光电门激光接收器;.横梁;.电磁铁(吸住落前的小钢球);.电磁铁释放小球的按钮开关;.盛测试液的圆筒;.磁性拾球器(使下落钢球沿筒壁返回到电磁铁被吸住);.钢球返回导引器.计时仪.计时仪“量程”按钮;.计时仪“复位”按钮:.计时仪“计时”按钮;.计时仪“查询”按钮图2FN10-II型液体粘滞系数测定仪的高度旋纽,使重锤对准底盘的中心圆点
(2)在试验架上分别安装两个激光光电门,接通激光电源,可以观察红色激光束调整上、下两个激光放射器,使两束红色激光平行地对准铅锤线
(3)收回重锤,将盛有薨麻油的圆筒放置到试验架底盘中心,在试验过程中保持圆筒的位置不变调整上、下两个激光接收器,使它们的窗口分别接收上、下两束激光
(4)在试验架上装上电磁铁,将其电源插头接至“计时仪”后面板对应的电源插座上,接通“计时仪”电源,让电磁铁磁化
(5)将1个小钢球投入圆筒,用钢球吸拾器在圆筒外壁将小球吸住,并沿管壁将球引导到电磁铁下端并被电磁铁吸住
(6)让小钢球静止10秒以后,按一次计时仪的“计时键”,计时仪显示“C
0.0000”“C”表示计时仪处于计时状态,计时仪的使用方法见附录1轻按电磁铁上方的按钮开关,看小球下落过程中计时仪是否能正常计时;若不能,则认真调整激光光电门的位置,直到小球下落过程中能使光电门正常工作.确定小球达到收尾速度时间电门的位置
(1)调整激光光电门的位置,使光电门1的激光在圆筒中轴线处距油面下方1cm处(对应图1的L)光电门2的激光在圆筒中轴线处距底上方约5cm左右处(对应图1的小),纪录小球通过心、上所用时间3测出心、上距离L(用直尺测量两激光束在圆筒中轴线处的距离),计算小球的下落速度0(V=y)o
(2)转变激光光电门1的位置,使光电门1的激光在圆筒中轴线处距油面下方分别为3cm和5cm处,重复上述试验,分别测出心与心间的距离L计算小球的下落速度以、V3o
(3)依据也、V
2、虫的关系,确定小球做匀速运动(达到收尾速度)时间电门1的位置例如,若也必二力,则光电门1可选在其激光在圆筒中轴线处距油面下方3cm以下的位置.测量小球下落时间(收尾速度)1用钢球吸拾器将球引导到电磁铁下端并被电磁铁吸住2按一次“计时键”,计时仪显示“CO.OOOO”,“C”表示计时仪处于计时状态3用温度计测量试验前的油温71C记于表1中由于液体的?礴温度上升而快速削减,例如蒐麻油在室温四周每上升1C加减约10%所以小球投放时间要尽量短,使油温基本不变为了测量精确,在小球投放前后各测一次油温,取平均值作为油温值To4轻按电磁铁上方的按钮开关,小球沿油筒中心轴线自由落下小球通过第一个光电门时计时仪开头计时,小球通过其次个光电门时计时仪停止计时,计时仪显示的时间即为小球下落距离L所用时间/o5同一个球重复测量6次,将时间,纪录到数据表中,求出,的平均值并纪录小球投放后的油温72C记于表1中6换另一个半径的小钢球,重复以上试验测量6次.测量油高度和小钢球直径1用直尺测出油的高度”油面至油筒底部斜面的中点,记于表1中2用钢球吸拾器将球从油中取出,洗净油污、擦拭洁净3用螺旋测微器测量小球直径”,记于表2中每个小球沿不同方向测6次,取平均值【数据处理】在室温下,小钢球的密度Z术=
7800.0kg.m-3魂麻油的密度左二
962.0kg.m-3圆筒直径D=
6.0xl0-2m厂家给定o.依据试验数据,由式5求出翅麻油的?.牙乳.将?.晒试验值与同温下理论值进行比较,计算相对误差在温度7VC时粘度系数?处里论值可查表或由下式近似计算??log7/=-
0.0347T+
0.70469表I小球下落时间纪录表L=mH=m,Ti=X乃=℃表2小钢球直径纪录表千分尺分度位
0.01mm零点读数mm表3不同温度时薄麻油的粘滞系数【思索题】.若小球表面粗糙,或有油脂、尘埃,贝I]2砥验结果有什么影响?.为什么小球要沿圆筒轴线下落?假如投入的小球偏离中心轴线,则”试验结果有什么影响?.假如待测液体的值较小,钢珠直径较大,为什么要采纳式
(8)计算??.由式
(3)推出收尾速度与小钢球直径的表达式,并由两个不同直径小钢球的试验数据验证【附录1】计时仪的使用方法.打开电源开关,依据需要选择合适量程
99.999s辨别率1ms;
9.9999s辨别率
0.1ms.按一次“计时键”,计时仪显示“CO.OOOO”,“C”表示计时仪处于计时状态测量结束后,计时仪自动将结果存储到存储器中测量完再按一下“计时键”,将开头下一次计时.按一次“复位键”,计时仪显示清零,显示“
00.0000”,但仍保留开电源后存储的测量数据若按“复位键”5秒以上,则存储数据全部被清零.最多可存储20组测量数据若测量超过20组,则后面储存的数据将依次掩盖前面储存的数据.按一次“查询键”,计时仪显示一组存储数据,即显示测量次数与对应的测量时间次数时间123456平均值/S球1球2次数直径1次2次3次4次5次6次平均值或mm球1球2T/Cn/Pa・ST/Cn/Pa・ST/-Cn/Pa-ST/rn/Pa•sT/rn/Pa-s
4.
504.
006.
003.46。