Описание экспериментальной установки

Для определения коэффициента вязкости воздуха предназначена экспериментальная установка ФПТ1-1, общий вид которой изображен на рис. 7.3.

Установка включает в себя: блок рабочего элемента РЭ-1 1, приборный блок 2, пневмокамеру 3, капилляр 4, регулятор расхода воздуха 5, измеритель расхода воздуха 6, измеритель перепада давления 7, тумблер сети 8, тумблер компрессора 9. Воздух в капилляр 4 нагнетается микропроцессором, размещенным в блоке приборов 2. Объемный расход воздуха измеряется специальным датчиком, и результаты отображаются цифровым измерителем 6, а необходимое его значение устанавливается регулятором «Воздух», который находится на передней панели блока приборов. Для измерения разности давлений воздуха на концах капилляра используется дифференциальный датчик давления, и результаты отображаются цифровым измерителем 7.

3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений

1. Записать в лабораторный журнал данные, определяющие условия проведения эксперимента:

Длина капилляра = 0,1 м;

Радиус капилляра = 0,475 мм;

Плотность воздуха (t=20°C) = 1,2 кг/м³;

Температура воздуха = К;

в лаборатории

Молярная масса воздуха = 29·10^-3 кг/моль;

Универсальная

газовая постоянная = 8,31 Дж/(моль·К).

2. Нарисовать таблицу 7.2.

3. Включить установку тумблером «СЕТЬ». При этом в модуле рабочего элемента загорается постоянная подсветка.

4. Включить в приборном модуле тумблер «КОМПРЕССОР». При этом отсек в модуле рабочего элемента подсвечивается мигающим красным светом, указывающим на то, что микропроцессор начал прокачку капилляра с минимально возможным расходом воздуха.

5. Плавно вращая по часовой стрелке регулятор «РАСХОД» установить по показаниям расходомера выбранное значение объемного расхода воздуха (значения указаны в таблице 7.1). Расходомер измеряет выходное напряжение датчика расхода в вольтах, а значение расхода в л/мин определяется по градуировочной таблице 7.1.

Таблица 7.1

№	Показания прибора «Расход », В	Расход в л/мин	№	Показания прибора «Расход », В	Расход в л/мин
	1,00	0,000		4,06	0,450
	1,39	0,025		4,17	0,475
	1,71	0,050		4,25	0,500
	2,01	0,075		4,31	0,525
	2,29	0,100		4,35	0,550
	2,54	0,125		4,39	0,575
	2,69	0,150		4,43	0,600
	2,85	0,175		4,48	0,625
	2,99	0,200		4,53	0,650
	3,11	0,225		4,58	0,675
	3,21	0,250		4,63	0,700
	3,33	0,275		4,70	0,750
	3,47	0,300		4,75	0,800
	3,56	0,325		4,79	0,850
	3,65	0,350		4,86	0,900
	3,75	0,375		4,90	0,950
	3,89	0,400		5,00	1,000
	3,98	0,425

6. Снять соответствующие показания с измерителя разности давлений , значения занести в таблицу 7.2.

Таблица 7.2

№		, Па	, кг/(м∙с)
л/мин	м3/с
	0,2
	0,4
	0,6
	0,8
	1,0

7. Повторить измерения по п.п. 5–6 для 5 значений объемного расхода воздуха. Результаты занести в таблицу 7.2.

8. Установить регулятор расхода воздуха на минимум и выключить «КОМПРЕССОР». Затем выключить установку тумблером «СЕТЬ».

9. Для каждого режима работы по формуле Пуазейля определить коэффициент вязкости воздуха:

.

Найти среднее значение .

10. По формуле вычислить среднюю скорость теплового движения молекул воздуха.

11. По формуле вычислить среднюю длину свободного пробега молекул.

12. Оценить погрешности результатов измерений и .

13. Сравнить полученные значения и с табличными значениями.

14. Выполнить анализ полученных результатов.

Контрольные вопросы

1. Расскажите о явлениях переноса в газах.

2. Объясните явление внутреннего трения в идеальном газе с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

3. Напишите и объясните формулу Ньютона для внутреннего трения.

4. Каков физический смысл коэффициента динамической вязкости?

5. Запишите формулу для коэффициента динамической вязкости идеального газа.

6. Как определяется средняя скорость теплового движения молекул идеального газа? От каких физических величин она зависит?

7. Опишите капиллярный метод определения коэффициента динамической вязкости газов?

8. Выведите формулу Пуазейля. При каких условиях ее можно применять?

9. Как изменяется скорость движения газа вдоль сечения капилляра от центра к стенкам при ламинарном режиме течения?

10. Оцените среднюю длину свободного пробега и эффективный диаметр на примере молекулы газа на примере явления внутреннего трения в газах?

11. Почему при строительстве магистральных газопроводов для увеличения количества прокачиваемого газа используют трубы большого диаметра, а не увеличивают давление газа при его транспортировании?