Determinarea coeficientului de viscozitate dinamică a aerului
Laborator № 13
TEORIE SCURT. Atunci când conducerea unui straturi de lichid sau de gaz cu diferite viteze, forțe între straturile forțelor de frecare sau de vâscozitate internă. Valoarea numerică a forței de vâscozitate poate fi determinată prin formula lui Newton:
,
unde # 951; - coeficientul de frecare internă sau un coeficient dinamic de vâscozitate; S - suprafața straturilor învecinate; - gradientul vitezei.
Vâscozitatea dinamică poate fi exprimată prin formula:
,
t. e. este numeric egală cu forța de frecare internă generată între cele două straturi de fluid sau gaz, având o suprafață de contact, egală cu unu, la un gradient de rată egală cu unitatea.
În sistemul CGS vâscozitatea dinamică se măsoară în poise, iar în sistemul SI - Pa × s.
Coeficientul de vâscozitate dinamică este numeric egală cu pulsul la mișcarea ordonată, realizată printr-o unitate de timp prin unitatea de suprafață a straturilor învecinate gradient de viteză egală cu unitatea.
Împreună cu viscozitatea dinamică utilizează adesea coeficient de vâscozitate cinematică, definită după cum urmează:
,
unde # 961; - densitatea lichidului sau gazului. Coeficientul de viscozitate dinamică a gazelor este considerabil mai mic decât lichidele.
Dacă valva este închisă cu o pâlnie deschisă supapă B, scăpările presiunea rezervorului de apă va scădea, iar aerul va fi aspirat în ea, care va trece prin uscător și capilar.
Velocity straturi infinit subțiri de aer cilindrice situate la distanțe diferite de axa capilarului, va fi diferit. Dacă fluxul constant este laminară, viteza pe secțiunea transversală a tubului capilar sunt distribuite după o lege parabolică. Dacă se presupune că stratul adiacent pereților capilari, fenomenul de adeziune are loc, viteza stratului este zero. Viteza maximă va fi de linia axială a capilarului. Din cauza diferenței dintre vitezele straturi de forte de frecare interne apar. În forța vâscozitate mișcare constantă care acționează asupra volumului cilindric și aplicat pe o suprafață laterală a cilindrului, diferența de presiune echilibrează forțele care acționează pe baza cilindrului.
La capetele tubului capilar în timpul fluxului de aer prin ea va fi o diferență de presiune (presiunea la intrare va fi mai mare decât presiunea la orificiul de evacuare). În mișcare constantă a diferenței de presiune a aerului va fi constantă, adică. K. În acest caz, parametrii ce caracterizează debitul (viteza, presiunea la diferite puncte din fluxul) nu variază în timp și sunt doar o funcție a coordonatelor.
Pentru cazul curgerii laminare constant de fluid vâscos, dar incompresibil de-a lungul unui capilar de rază r, formula lui Hagen-Poiseuille:
unde V - volumul de fluid care curge prin secțiunea tubului capilar pe unitatea de timp; (P1 - p2) - diferența de presiune la începutul și la sfârșitul tubului capilar; l - lungimea tubului capilar.
Deoarece lichide, spre deosebire în mod substanțial incompresibil, legea lui Hagen - Poiseuille în această notație, strict vorbind, nu se aplică gazelor. Numai la diferența de presiune scăzută atunci când (p1 - p2)< La presiune ridicată scade datorită compresibilității mari de gaze, diferența de presiune pe unitatea de lungime a capilarului, va fi constantă, adică. E. De-a lungul axei gradientul de presiune capilară va varia. Prin urmare, în aceste condiții formula (1) poate fi aplicată numai porțiunea infinitezimal din lungimea capilară. În această lucrare modificările sunt efectuate la diferențe mici de presiune la capetele tubului capilar. Prin urmare, formula (1) poate fi folosit pentru calcule. Volumul de aer care curge prin secțiunea capilară în timpul # 964;. Acesta va fi: Cunoscând valorile lui r. p1 -P2. # 964;. Și V l. posibilă determinarea coeficientului de viscozitate dinamică a aerului. Când calcularea corectă a coeficientului de viscozitate dinamică necesară introducerea unei corecții pentru culisarea moleculelor de gaz pe suprafața interioară a tubului capilar (la un curent de gaz nu se poate vorbi de adeziune la pereții stratului de gaz capilară adiacent acestora). În această lucrare, aceste modificări pot fi neglijate. MĂSURARE. Cu supapa de cilindru deschis pâlnie atunci când supapa este închisă în balonul este umplut cu apă până la 2/3 volum, apoi suprapunerea supapă C. Prin capilar atent îndepărtată și punerea pe raft disponibile este determinat prin măsurarea diametrului microscop. Măsurarea diametrului și lungimea tubului capilar, consolidarea ei în poziția de lucru. Supapa este deschisă și reglează expirarea ratei de apă, astfel încât nivelurile de alcool în genunchi manometrului diferență nu a depășit 2-2,5 cm. Făcându-vă că fluxul de aer printr-un tub capilar stabilit (rămâne neschimbat în acest caz, h) și h sunt măsurate cu un cronometru este determinat timpul # 964;. pentru care curge din cilindru în pahar V = 500 cm3 de apă (volumul de aer ocupă). Dacă aceleași diferențe de nivel măsurate de două ori mai mult timp în care apa curge din volumul rezervorului de V = 500 cm3 diferență de presiune Se calculează , unde # 961; 1 = 0,79 × Martie 10 kg / m3 (densitate de alcool), iar valoarea medie a timpului a trei măsurători. Apoi, din formula (3) calcularea vâscozității aerului. Pentru a stabili dacă numărul Reynolds conform fluxului formula laminar de aer se calculează: , în care Usr - viteza medie de curgere a aerului prin capilar; r - raza capilarului; # 961; - densitatea aerului la temperatura camerei și presiune atmosferică. Viteza medie: , unde S - secțiunea transversală a tubului capilar (S = πr 2). Densitatea aerului este calculată cu ajutorul ecuației lui Mendeleev-Clapeyron, luând valoarea sa în tabelele în condiții normale. În cazul în care Re <1000, то течение ламинарно. În cazul în care timpul de curgere al aceluiași volum de apă se determină câteva diferențe de presiune diferite, timpul mediu este imposibil. În acest caz, vâscozitatea dinamică se calculează de trei ori, iar apoi se face media. 1. Folosind tehnica descrisă mai sus, determinarea coeficientului de viscozitate dinamică a aerului # 951; la temperatura camerei. Se determină cu ajutorul termometrului la temperatura camerei. 2. Se determină prin presiunea atmosferică barometrică. Se calculează densitatea aerului la temperatura camerei și presiunea atmosferică. cunoaștere # 951; și # 961;. determinarea coeficientului de vâscozitate cinematică de aer la temperatura camerei. 3. Se calculează limitarea, eroarea relativă și absolută de măsurare a coeficientului de viscozitate dinamică.