Різноманітними віскозиметрами

ВСТУП

Метою методичних вказівок є надання допомоги студентам при підготовці до лабораторних робіт, виконанні експериментальних досліджень, обробці їх результатів і оформлення звіту. Лабораторні заняття-це форма навчальних занять, під час яких студенти під керівництвом і контролем викладача самостійно здійснюють дослідну перевірку окремих теоретичних положень дисципліни, що вивчається, і здобувають практичні навички експериментальних досліджень.

Лабораторні заняття дають можливість:

- поглибити і закріпити теоретичні знання з дисципліни, що вивчається;

- освоїти сучасні методи обробки і прийоми представлення результатів експериментів;

- ознайомитися із сучасним лабораторним устаткуванням, приладами і матеріалами.

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ОФОРМЛЕННЯ «ЗВІТУ ПРО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ»

Оформлювати «Звіти про виконання лабораторних робіт» потрібно на листах формату А4 як в друкованому, так і в рукописному вигляді.

«Звіт про виконання лабораторної роботи» повинен мати наступні розділи:

1) № лабораторної роботи;

2) назва лабораторної роботи;

3) тема лабораторної роботи;

4) мета лабораторної роботи;

5) опис робочого місця (технічне оснащення);

6) теоретичний матеріал;

7) зміст і послідовність виконання роботи;

8) результати дослідів;

9) відповіді для захисту роботи.

Якщо звіт оформлюється на форматі А4 в друкованому вигляді, потрібно дотримуватися наступних вимог:

1) шрифт -Times New Roman, 14 кегль, міжстрочний інтервал 1,5; вирівнювання за шириною;

2) поля тексту від краю сторінки -верхнє-20 мм, ліве-25мм, праве-10мм, нижнє-35мм;

3) абзац -ширина п’ять символів (при 14-му шрифті).

При виконанні звіту рукописом треба писати чітким розбірливим почерком або креслярським шрифтом по ГОСТ 2.304-81 з висотою букв і цифр не менше 2,5мм.

При виконанні звіту по лабораторній роботі повинні застосовуватися одиниці СІ. Одиниця фізичної величини одного і того ж параметра в межах записки пояснення має бути постійною. Наприклад, одиниця тиску р - МПа.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ВИЗНАЧЕННЯ В’ЯЗКОСТІ РІДИНИ

РІЗНОМАНІТНИМИ ВІСКОЗИМЕТРАМИ

1 Тема роботи: Визначення кінематичного коефіцієнта в'язкості рідини віскозиметром типу ВУ.

2 Мета роботи: Отримати практичні навички при побудові кривої зміни коефіцієнта кінематичної в'язкості масла в залежності від температури ⁰С.

3 Опис робочого місця: Віскозиметр типу ВУ.

4 Теоретичний матеріал:

Досвід і спостереження показують, що при русі рідини з різними швидкостями в сусідніх шарах потоку, завдяки наявності молекулярних сил зчеплення, з'являються дотичні напруги, які чинять опір відносному зрушенню шарів. Ця властивість рідини називається в'язкістю.

Ця властивість з'являється в рідині тільки тоді, коли вона рухається.

Уявимо собі, що рідину заповнює простір, обмежений двома паралельними плоскими пластинами, відстань між якими рівна h (рис. 1.1), при чому верхня пластина рухається зі швидкістю U, а нижня пластина нерухома.

Рисунок 1.1 – Рух рідини

Досвід показує, що рідина, що знаходиться в безпосередній близькості до пластин, прилипає до них і має з ними однакову швидкість. Звідси витікає, що швидкість шарів рідини в перетині, перпендикулярному до пластин, зростає при переході з нижньої пластини до верхньої.

При русі шарів рідини з різними швидкостями між ними виникають сили внутрішнього тертя, і для того, щоб верхня пластина рівномірно рухалася, до неї має бути прикладена деяка сила Е.

Дотична напруга при шаруватому (ламінарному) русі рідини залежить від абсолютної (динамічною) в'язкості рідини і швидкості відносного зрушення шарів і може бути визначені по формулі Ньютона:

, (1.1)

де - дотична напруга внутрішнього тертя, Н/м²;

- коефіцієнт динамічної в’язкості, Па;

- градієнт швидкості, що характеризує швидкість зрушення шарів рухомої рідини.

При гідравлічних розрахунках в'язкість рідини характеризують частіше коефіцієнтом кінематичної в'язкості, який дорівнює відношенню коефіцієнта динамічної в'язкості до щільності рідини.

, (1.2)

де - коефіцієнт динамічної в’язкості;

- щільність рідини.

При гідравлічних розрахунках в якості одиниці вимірювання коефіцієнта кінематичної в'язкості зручно застосовувати стокс:

1стокс = 1 см/с або 1 стокс = 1×10^-4

В'язкість рідин змінюється зі зміною температури, з підвищенням температури в'язкість краплинних рідин швидко зменшується.

При зміні тиску (до 100 атм) в'язкість рідини змінюється незначно, тому цією зміною зазвичай в більшості випадків нехтують.

Для вимірювання в'язкості рідини застосовуються спеціальні прилади, які називаються віскозиметрами.

Для визначення кінематичного коефіцієнта в'язкості у нас в країні в основному користуються віскозиметром ВУ (віскозиметр Енглера).

Відповідно до ГОСТу 6258-72 в’язкість в Е⁰ називається в'язкістю умовною (ВУ).

Умовною в'язкістю ВУ (Е⁰) називається відношення часу витікання Т_ж скрізь стічну трубку віскозиметра 200 см³ випробовуваної рідини при заданій температурі до часу витікання Т₀з того ж приладу 200 см³ дистильованої води при температурі 20 ⁰С.

Час витікання Т₀ 200 см³ дистильованої води при t=20 ⁰C називається водним числом, і для даного приладу воно дорівнює Т₀= 51,5с.

Опис приладу

Віскозиметр ВУ (рис. 1.2) складається з резервуару 6 для випробовуваної рідини і ванни 4, що є термостатом для підтримки необхідної температури.

Резервуаром для випробовуваної рідини служить циліндричний латунний резервуар з розширеною верхньою частиною і дном у вигляді кульового сегменту.

На внутрішній стінці резервуару на одному рівні від дна і на рівній відстані один від одного укріплені три зігнутих під прямим кутом загострених латунних штифта 5, вістря яких служать показниками граничного рівня рідини, що наливається в резервуар, а також показником горизонтальної установки приладу.

До дна резервуару в його центрі із зовнішнього боку припаяна стічна трубка 3, що калібрується. Резервуар закривається порожнистою латунною кришкою 11 з двома наскрізними отворами, з яких бічне служить для установки термометра 9, який заміряє температуру випробовуваної рідини, а центральне – для стрижня 10, що закриває отвір стічної трубки. Стрижень, виготовлений з дерева твердої породи, верхня частина його поміщена в металеве оправляння, яке має пристосування для утримання стрижня в підведеному стані.

Рисунок 1.2 - Віскозиметр типу ВУ

Резервуар зміцнюється спеціальними розпірками в центрі алюмінієвої ванни, забезпеченої затиском 7 для кріплення термометра 8, що служить для виміру температури у ванні, і кронштейном 12 для мішалки 13, що служить для змішування рідини термостата, яка заливається у ванну (води або мастила). Ванна 4 з прикріпленим в ній резервуаром 6 встановлюється на металеву триногу 2, дві ніжки якої забезпечені регулювальними гвинтами для установки приладу в горизонтальне положення.

В верхньому кільці триноги 2 вмонтовано електронагрівальний прилад 14 на 220В і потужністю 500Вт.

Нагрівання ванни регулюється дротяним реостатом, що включається послідовно електронагріваючим елементом. Об'єм випробовуваної рідини, яка витікає через стічну трубку віскозиметра, вимірюється мірною колбою 15.

5 Хід виконання роботи:

5.1 Знайомство з віскозиметром типу ВУ.

5.2 Проведення досліду.

Перед кожним визначенням умовної в'язкості резервуар віскозиметра і його стічну трубку ретельно промивають чистим профільтрованим легким бензином і просушують повітрям.

Випробовувану рідину, заздалегідь підігріту вище за температуру визначення, заливають в резервуар, стічний отвір якого щільно закритий стрижнем.

При зачиненому стічному отвору не можна сильно натискати на стрижень, оскільки це призводить до швидкого його зносу.

Рівень налитої рідини має бути декілька вище за вістріє штифта.

У ванну віскозиметра наливають воду або мастило, нагріте до температури, декілька вище вказаної температури визначення.

Температуру рідини, залитої в резервуар, доводять точно до заданої температури, витримують її впродовж 5 хвилин з відхиленнями, що не перевищують - 0,2 °С.

Після цього замінюють відповідну температуру рідини у ванні (зазвичай на 0,2-0,5 °С вище за температуру випробовуваної рідини). Необхідно почекати 5 хвилин, швидко вийняти стрижень і одночасно натиснути кнопку секундоміра.

Коли рідина у вимірювальній колбі дійде точно до мітки, відповідної 200 мл| (піна не враховується) секундомір зупиняють і записують час витікання рідини з точністю до 0,2 сек.

Далі, змінюючи температуру випробовуваної рідині, повторюють весь дослід| в такому ж порядку.

Всього роблять 5 – 6 замірів при різних температурах. Отримані результати записують в протокол випробувань (табл. 1.1).

5.3 Обробка результатів досліду.

Умовна в'язкість ВУ⁰ визначається за формулою

, (1.3)

де Т_ж - час витікання випробуваної рідини при заданої температурі;

Т_о - час витікання 200см³ дистильованої води, дорівнює 51,5с.

Швидкість витікання випробовуваної рідини визначається за формулою

, (1.4)

де U – об'єм випробовуваної рідини, дорівнює 200см³;

Т_ж - час витікання випробуваної рідини при заданої температурі.

Кінематичний коефіцієнт в’язкості визначається за формулою

, (1.5)

де - умовна в’язкість.

Одиниці виміру .

5.4 Побудова графіку залежності

Отримані результати записуються в протокол випробувань (табл.1.1). По цим даним будується крива зміни кінематичного коефіцієнта в’язкості в залежності від температури .