vâscozitatea aerului
Agenția Federală pentru Educație
Instituție de învățământ de stat de învățământ superior
Universitatea Tehnică de Stat Nijni Novgorod
Departamentul de Educație și Discipline profesionale
Lab FPT1-1. Determinarea coeficientului de viscozitate de metoda capilară a aerului.
Ei au fost după cum urmează: V.P.Maslov, I.I.Rozhkov, O.D.Chestnova, R.V.Scherbakov.
tehnica Dana pentru determinarea coeficientului de viscozitate de metoda capilară de aer folosind FPT1-1 organizare experimentală. Atunci când este utilizat pentru a descrie scrierea NSTU lucrări de laborator, MAI, MEPHI, SFTI et al. Universities.
Fundamentals fizice ale fenomenelor de transport.
fenomene de transport cauzate de mișcare aleatorie a moleculelor de gaz, care, care trec de la una la alte puncte ale spațiului, impulsul transferat inerente, energia și masa. Astfel de fenomene includ: vâscozitatea sau frecarea internă (datorită transferului de impuls), conductivitatea termică (din cauza transferului de energie) și difuzare (transport de masă cauzate de substanța).
fenomene de transport atunci când apar dezechilibre în sistem sunt ireversibile și să încerce să aducă sistemul la echilibru. Acestea sunt cauzate de care valori inegale - sau cantitatea de spațiu. Astfel, frecarea cauzată de diferența de viteza de curgere a straturilor de gaz, conductivitatea termică - diferența de temperatură dintre straturi, difuzie - concentrație variabilă de pulberi în suspensie.
Eterogenitatea valorilor magnitudine spațiu poate fi setat prin gradientul său - vectorul caracterizează schimbarea această valoare în timp ce se deplasează pe unitate de lungime și orientată către creșterea cea mai rapidă. Când ecuația de transport de înregistrare se presupune că o schimbare de magnitudine se produce numai de-a lungul uneia dintre coordonatele, cum ar fi de-a lungul axei x.
Frecarea internă (vâscozitatea). Dacă viteza de curgere variază de la strat la strat, apoi, așa cum se arată în Fig. 1, la interfața dintre straturile adiacente ale actelor de forță de frecare internă, amplitudinea care este determinat prin formula empirică a lui Newton:
unde
Deoarece forța de frecare este direcționată de-a lungul suprafeței de separare a stratului de gaz, direcția forței de frecare și gradientul vitezei este întotdeauna perpendicular unul pe altul (fig. 1). Prin urmare, ecuația (1) definește numai magnitudinea (modulul) a unei forțe de frecare.
și
Fenomenele de transport joacă un rol decisiv în procesul de ciocnire a moleculelor ale mișcării haotice, prin care toate fenomenele de transport apar la rate viteză de mișcare semnificativ termică mai mică.
Pentru a studia mișcarea moleculelor de gaz model util pentru mișcarea sferelor elastice solide, care, în intervalele dintre coliziuni sunt deplasate prin inerție rectilinie uniformă. La momentul coliziunii există o schimbare a vitezei lor în ambele magnitudine și direcție.
Introducem unele caracteristici cantitative.
Distanța minimă la care converg într-o coliziune centre ale moleculelor, numite efective molecule cu diametrul de. Această valoare nu este constantă pentru un anumit tip de gaz, ci depinde de cantitatea inițială de energie cinetică a moleculelor, adică. E. Temperatura. Prin creșterea efectivă diametrul molecular temperatura redusa.
O altă caracteristică este drumul liber de molecule, adică, distanța medie dintre două molecule rula coliziuni consecutive ..:
Într-o moleculă de gaz al doilea variază distanță egală cu rata medie. Prin urmare, numărul mediu de coliziuni moleculare pe secundă este:
unde
Aici p - masa molară a gazului; k- constanta Boltzmann; constanta universală a gazelor R.
Este cunoscut faptul că k = 1,38 · 10 -23 J / K, R = 8,31 J / (mol · K).
Dependența viscozității asupra cantităților ce caracterizează mișcarea termică a moleculelor gazului:
unde ρ = nm0 - densitatea gazului.
Ecuația de bază a molecular - teoria cinetică a gazelor:
Astfel, este posibil să se găsească coeficienții de vâscozitate, conductivitate termică și difuzie a presiunii gazului și a temperaturii. Mai mult, definind empiric orice factor de transfer, se poate estima valoarea medie lungimea drumului liber, numărul de coliziuni pe secundă și diametrul efectiv al moleculelor de gaz.
Determinarea coeficientului de viscozitate de metoda capilară a aerului.
Scopul lucrării. Studiul de frecare internă de aer ca unul dintre fenomenele de transport din gazele.
Pentru a determina aerul coeficient de vâscozitate este suflat printr-un canal subțire lung (capilare) la o viteză redusă. La viteze de curgere scăzute în canal este laminară, adică. E. flux de aer se mișcă straturile individuale, iar viteza sa la fiecare punct este direcționat de-a lungul axei canalului. Un astfel de flux este stabilită la o anumită distanță de intrarea capilarului, astfel încât pentru a obține o precizie suficientă experiment condiție necesară R< Considerăm în detaliu fluxul de gaz într-o conductă circulară cu diametrul d = regim de curgere laminară 2Rpri. Isolate imaginar volum cilindric radiusomri dlinoyl așa cum este prezentat în figura 2, precum și. Notăm presiunea la capetele cilindrului prin P1 IP2. Atunci când un vector de viteză de curgere constantă la fiecare punct al canalului nu se schimba cu timpul. Apoi pressur forță
Rezistența frecarea internă este determinată prin formula lui Newton (1):
S- în care suprafața laterală a cilindrului, S = 2πrl.
Datorită frecării vitezei gazului scade odată cu creșterea distanței de la axa canalului. În consecință, cantitatea
Expresia (7) cu (8) poate fi scrisă astfel:
.
Separarea variabilelor, obținem:
.. Integrarea acestei ecuații pentru limitele constatate cu condiția ca forța de frecare a peretelui interior al canalului încetinește adiacent acesteia un strat de gaz, adică pentru r = Ru = 0:
Obținem o lege parabolică de schimbare a vitezei gazului la raza canalului:
Am calculat debitul volumetric (volumul de gaz care curge pe unitatea de timp printr-o secțiune transversală de canal). Impartim secțiunea transversală a canalului în lățime inelului dr (Fig. 2b). Debitul volumetric al gazului prin inelul radiusomrmozhno reprezentat ca:
.
Integrarea, obținem formula Puayzelya:
Ecuația (9) este utilizată pentru determinarea experimentală a coeficientului viscozității gazului. Măsurarea debitului volumetric q și diferența de la capetele capilare davleniyΔPvozduha dlinoyLi diametromd, viscozitatea poate fi calculat cu formula:
Pentru determinarea coeficientului de viscozitate de aer destinat organizare experimentală FPT1-1, a cărei formă generală este prezentată în Fig. 3.
Aerul este pompat în capilar 2 microcompressor, built-in unitatea de control. Magnitudinea debitului volumului este setat de către controlerul 5 și se măsoară cu un reometru 1. Se observă că, în toată gama de debitul volumetric al mișcării aerului în tubul capilar este relativ mică (până la 40 m / s), astfel încât să nu deranjați regim de curgere laminară.
Pentru a determina diferența de presiune a aerului la capetele tubului capilar este proiectat în formă de V manometru apă 4, coturi conectate la camere de presiune 3 de selecție.
Dimensiunile geometrice ale diametrului capilar d și dlinaL- listate pe partea din față a unității.
Ordinea de performanță.
1. Introduceți instalarea unui comutator comutator „rețea“.
2. Cu ajutorul unui regulator de debit 5 pentru a seta citirile reometru 1 selectat aer volumetric debit Q.
3. Se măsoară diferența în Ap genunchii manometrului 4. Valorile P q și aduce la masă?:
4. Se repetă măsurarea ppt 2.3-5.3 volumul de valori a debitului de aer.
5. Pentru fiecare mod pentru a determina coeficientul de viscozitate al aerului prin formula (10). Găsiți valoarea medie a coeficientului de viscozitate
6. Se calculează viteza medie aritmetică a moleculelor de aer sub formula (4), având în vedere că masa molară a aerului este μ 29 · 10 -3 kg / mol.
7. determină durata medie drumul liber
8. Găsiți concentrația moleculelor de aer ecuații ndin (6) și se calculează diametrul efectiv molekulde prin formula (2).
9. rata de eroare a rezultatelor măsurătorilor.
10. Opriți setarea comutatorului principal „Rețea“.
1. Care este metoda de determinare capilară coeficient de vâscozitate?
2. Comunica parametri definiți prin formula Puayzelya? Care sunt condițiile de aplicare a acesteia?
3. Deoarece viteza gazului variază în funcție de raza canalului în regim de curgere laminara?
4. Cum efectuarea de măsurători ale debitului de aer, diferența de presiune la capetele capilare, presiunea și temperatura, se poate estima valorile
5. explica de ce în construcția de conducte magistrale de conducte de diametre mari sunt folosite în schimb crește presiunea gazului transportat.