Описание лабораторной установки. Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Полоцкий государственный университет»

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К лабораторным работам по курсам

 

«Механика жидкости и газа», «Техническая гидромеханика»,

«Насосы и вентиляторы»

 

 

Для студентов специальностей 70 02 01, 70 04 02, 70 04 03, 70 05 01

 

Новополоцк

ПГУ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Лабораторный практикум предназначен для подтверждения некоторых теоретических зависимостей и обучения студентов основам проведения гидравлического эксперимента.

Каждая лабораторная работа выполняется независимо от других работ, т.е. можно выполнять их избирательно, в соответствии с программой для данной специальности.

Для получения прочных знаний нужно сначала изучить материал по литературе, затем прочитать методические указания, четко уяснить цель и содержание работы, последовательность наблюдений и измерений.

Все измерения и вычисления нужно проводить в международной системе единиц (СИ). Ошибки при обработке опытных данных чаще всего возникают из-за несоответствия размерности величин в уравнениях.

Перед каждой работой указывается ее цель, дается теоретический материал, изложенный достаточно полно и подробно, что позволяет студентам самостоятельно подготовиться к выполнению лабораторной работы. Дается описание лабораторной установки, порядок проведения работы и обработки полученных экспериментальных данных.

Отчет по работе должен содержать:

· схему лабораторной установки;

· необходимые расчетные зависимости и формулы;

· данные эксперимента и результаты их обработки, сведенные в таблицу;

· построенные по результатам эксперимента графики, с нанесением всех опытных точек;

· основные выводы, полученные в результате проведения эксперимента, и сопоставление его результатов с теоретическими данными.

 

 

I. МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ И ГАЗОВ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ГИДРОМЕХАНИКА

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ
ВИСКОЗИМЕТРОМ ЭНГЛЕРА»

Цель работы:

1. Определить динамическую вязкость исследуемой жидкости с помощью вискозиметра Энглера.

2. Установить зависимость вязкости исследуемой жидкости от температуры.

Краткая теория

Жидкостью называется тело, обладающее свойством текучести, то есть способное сколь угодно сильно изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил, но в отличие от газа, весьма мало меняющее свою плотность при изменении давления.

Жидкости с точки зрения механических свойств подразделяются на 2 класса:

1. Капельные (малосжимаемые).

2. Газообразные (сжимаемые).

Основные свойства жидкостей, важные при рассмотрении задач механики жидкости: плотность и вязкость.

Плотностью жидкости называют массу жидкости в единице объема:

, (1)

где – масса жидкости;

– объем жидкости.

Вязкостью жидкости называют свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу. И. Ньютон впервые высказал гипотезу о существовании трения в жидкостях. В дальнейшем его гипотеза была подтверждена многочисленными исследованиями. Н.П. Петровым на основании разработанной им теории трения в жидкостях для определения силы трения была предложена формула:

, (2)

где – площадь соприкосновения слоев жидкости;

–динамический коэффициент вязкости;

– относительное изменение скорости, называемое градиентом скорости.

Из формулы (2) следует, что:

, (3)

где – сила трения, приходящаяся на единицу площади (касательное напряжение).

 

Величина динамического коэффициента вязкости характеризует сопротивляемость жидкости сдвигу. Так как на существование отношения (3) первое указание имеется у И. Ньютона, поэтому оно и называется законом трения Ньютона.

Наряду с понятием динамической или абсолютной вязкости в гидравлике находит применение понятия кинематической вязкости :

(4)

Вязкость жидкостей в большой степени зависит от температуры. При этом вязкость капельных жидкостей при увеличении температуры уменьшается, а вязкость газов возрастает.

Для опытного определения величины вязкости жидкостей применяют приборы, называемые вискозиметрами. Имеется несколько типов вискозиметров: капиллярные, вискозиметры с двумя коаксиальными цилиндрами (ротационные), вискозиметры, основанные на затухании крутильных колебаний маятников в исследуемой жидкости или цилиндров с исследуемой жидкостью; вискозиметры, в которых вязкость жидкости определяется по скорости падения в ней твердого тела (например, стеклянного или металлического шарика) и т.д.

Широкое распространение для определения вязкости капельных жидкостей получил вискозиметр Энглера (рис. 1).

 

Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки представлена на рис. 1. Вискозиметр Энглера представляет собой сосуд 1, окруженный водяной ванной 2 с водой определенной температуры, которая нагревается с помощью электронагревателя. Ко дну резервуара припаяна латунная цилиндрическая трубка 3, в которую вставлен платиновый насадок. Размеры насадка, как и всего прибора стандартные. Температуру исследуемой жидкости измеряют термометром 4. Для перемешивания воды в ванне имеется мешалка 5. Стопорный стержень 6 служит для перекрытия отверстия насадка.

За вязкость жидкости по Энглеру принимается отношение времени истечения 200 см³ испытуемой жидкости ко времени истечения того же объема воды при температуре 20 °С.

Таким образом, условная вязкость в градусах Энглера (Е), определяется зависимостью:

(5)

Имеется также колба 7, заполненная той же исследуемой жидкостью, что и вискозиметр. В колбе находится прибор для измерения плотности жидкости, называемый ареометром 8. Ареометр представляет собой поплавок, в верхней части которого находится тонкая трубочка с делениями. Эти деления прямо показывают плотность жидкости.

 

 

Порядок проведения опыта

1. Снять крышку 10 вискозиметра и убедится в том, что внутренняя поверхность сосуда 1 и платиновой трубочки 3 чиста.

2. Вставить в отверстие трубочки 3 стержень 7 и в сосуд 1 налить столько исследуемой жидкости, чтобы ее свободная поверхность незначительно перекрыла острие крючков 9, расположенных на внутренней поверхности сосуда 1.

3. Вискозиметр закрыть крышкой 10 и в ее отверстие опустить термометр 5.

4. Включить электронагреватель 4 в сеть и нагреть жидкость до заданной температуры. Периодически мешалкой 6 перемешать воду для равномерного подогрева жидкости.

5. Пока исследуемая жидкость нагревается, определить плотность жидкости в колбе 11 с помощью ареометра.

6. Придерживая крышку вискозиметра, приподнять стержень 7 и одновременно включить секундомер.

Необходимо следить, чтобы вытекающая из насадка жидкость попадала на внутреннюю боковую стенку колбы 8. Это исключает возможность появления пены внутри колбы.

7. Когда уровень вытекающей жидкости достигнет деления в колбе, соответствующее 200 см³, секундомер остановить. Полученное время в секундах и есть время вытекания исследуемой жидкости.

8. Весь опыт повторить еще один раз, при другой заданной температуре.