Вязкость и плотность реферат

Обновлено: 07.07.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Курсовая работа

по дисциплине “Метрология, теория измерений и измерительная техника”

Тема: Измерение вязкости жидкостей.

Выполнил: студент гр. 103713 Казак А.В.

Руководитель: Мирошниченко И. Ф.

1.Измерение вязкости жидкостей

1.2 Метод капиллярной вискозиметрии

1.3. Вибрационный метод

1.4. Метод падающего шарика

1.5. Ротационный метод

2. Контроль деталей по альтернативному признаку с использованием калибров

3.Анализ точечных диаграмм

4. Анализ применяемых шкал в ходе выполнения задания

1.Измерение вязкости жидкостей

Вязкость жидкостей (внутреннее трение) - свойство оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В рамках линейных модельных представлений о вязком течении жидкостей, предложенных И. Ньютоном (1687 г.) тангенциальная (касательная) сила F, вызываемая сдвигом слоев жидкости друг относительно друга, определяется в виде:

где - градиент скорости течения (быстрота изменения ее от слоя к слою), иначе - скорость сдвига (см. рис. 1 );

? - коэффициент динамической вязкости или просто вязкость, характеризующий сопротивление жидкости смещению ее слоев.

Величина называется текучестью.

Сдвиговое течение жидкости (течение Куэтта)

схема однородного сдвига (вязкого течения) слоя жидкости высотой h, заключенного между двумя твердыми пластинками, на которых нижняя (А) неподвижна, а верхняя под действием тангенциальной силы F движется с постоянной скоростью V₀; V(z) - зависимость скорости слоя от расстояния z до неподвижной пластинки.

Наряду с динамической вязкостью часто используют кинематическую вязкость:

где ? - плотность жидкости.

В условиях установившегося ламинарного течения при постоянной температуре Т вязкость нормальных жидкостей (т.н. ньютоновских жидкостей) - величина, не зависящая от градиента скорости. Вязкость обусловлена, в первую очередь, межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нем полости, достаточной для "перескакивания" туда молекулы. На образование полости (на "рыхление" жидкости) расходуется так называемая активация вязкого течения. Энергия активации уменьшается с ростом температуры Т и понижением давления Р жидкости.

В этом состоит одна из причин резкого снижения вязкости жидкостей с повышением температуры и роста ее при высоких давлениях. При повышении давления жидкости до нескольких тысяч атмосфер ее вязкость увеличивается в десятки и сотни раз.

Строгой теории вязкости жидкостей до настоящего момента не создано, поэтому на практике широко применяют ряд эмпирических и полуэмпирических формул достаточно хорошо отражающих зависимость вязкости отдельных классов жидкостей и растворов от температуры и химического состава.

При турбулентном течении жидкостей, когда число Рейнольдса (Re)і32300 (для круглых труб) формула Ньютона оказывается неприменимой. В этих многочисленных случаях используют различные эмпирические соотношения.

Так, например, для плоскопараллельного осредненного турбулентного движения жидкости используют формулу Буссинеска:

где l- путь перемешивания жидкости (турбулентный аналог длины свободного пробега молекул).

Единицей вязкости в Международной системе является паскаль-секунда (Па.с). Применяется и внесистемная единица вязкости - пуаз (П), причем, 1Па.с = 10П.

Таблица 1.Вязкость жидкостей при 18°С

Масло машинное легкое

Масло машинное тяжелое

Вискозиметры (от латинского ‘viscous’, т.е. вязкость) – приборы для измерения вязкости – в настоящее время широко применяются в различных областях науки, техники и промышленности. По принципу работы существующие модели вискозиметров делят на четыре основные группы: капиллярные, ротационные, с падающим шариком, вибрационные.

Вискозиметры – достаточно дорогостоящие приборы. Большинство существующих моделей вискозиметров для измерений требуют сравнительно большие объемы жидкостей (100 и более мл), что не всегда возможно, например, при исследовании дорогих или токсичных жидкостей, а также при реологическом анализе крови. Кроме того, промышленно выпускаемые модели имеют не очень широкий диапазон измерений; внешние условия могут влиять на результаты эксперимента, а переградуировка приборов трудоемка.

1.2. Метод капиллярной вискозиметрии

Метод капиллярной вискозиметрии опирается на закон Пуазейля о вязкой жидкости, описывающий закономерности движения жидкости в капилляре.

Приведем уравнение гидродинамики для стационарного течения жидкости, с вязкостью ? через капилляр вискозиметра:

Q – количество жидкости, протекающей через капилляр капиллярного вискозиметра в единицу времени, м3/с,

R – радиус капилляра вискозиметра, м

L – длина капилляра капиллярного вискозиметра, м

? – вязкость жидкости, Па·с,

р - разность давлений на концах капилляра вискозиметра, Па.

Отметим, что формула Пуазейля справедлива только для ламинарного потока жидкости, то есть при отсутствии скольжения на границе жидкость – стенка капилляра вискозиметра. Приведенное уравнение используют для определения динамической вязкости. Ниже (рис.3) размещено схематическое изображение капиллярного вискозиметра.

Введём несколько обозначений:

? – частота колебаний, ? – время колебания тонкого упруго закрепленного зонда вибрационного вискозиметра, S - площадь пластины зонда вискозиметра; колебания происходят под действием гармонической силы

где V – скорость поступательного равномерного движения шарика вискозиметра; r – радиус шарика; g – ускорение свободного падения; d – плотность материала шарика; ? - плотность жидкости.

Необходимо отметить, что уравнение справедливо только в том случае, если скорость падения шарика вискозиметра довольно мала и при этом соблюдается некое эмпирическое соотношение: .

Как и в капиллярном методе вискозиметрии, необходимо учитывать возникающие поправки на конечные размеры цилиндрического сосуда вискозиметра с падающим шариком (высотой L и радиусом R, при условии, если выполняется ). Такие действия приводят к уравнению для определения динамической вязкости жидкости методом падающего шарика вискозиметрии:

Введём необходимые обозначения:

R1,L - радиус и длина ротора ротационного вискозиметра;

? - постоянная угловая скорость вращения внешнего тела;

R2 - радиус вращающегося резервуара ротационного вискозиметра;

? - вязкость исследуемой cреды;

M1 - момент вращения, передаваемый через вязкую жидкость, равный

d,l - диаметр и длина упругой нити,

? - угол, на который закручивается неподвижно закреплённая нить,

G - момент упругости материала нити.

При этом крутящий момент M1 ротора ротационного вискозиметра уравновешивается моментом сил упругости нити М2:

Заметим вновь, что М1 = М2, откуда после нескольких преобразований относительно ? имеем:

мкм — верхнее отклонение;

мкм — основное отклонение.

Предельные размеры отверстия:

Рис 11. Схема расположения полей допусков сопрягаемых деталей.

г) Расчёт калибров для контроля деталей гладких цилиндрических сопряжений для посадки 63N9/h8.

Определяем предельные отклонения и размеры отверстия 63N9:

По ГОСТ 24853-81 выбираем схемы расположения полей допусков калибров. Определяем численные значения H, Z, Y:

Z=7мкм— отклонение середины поля допуска на изготовление проходного калибра для отверстия, относительно наименьшего предельного размера изделия.

Н=5мкм — допуск на изготовление калибров для отверстия.

Y=5мкм — допустимый выход размера изношенного проходного калибра для отверстия за границу поля допуска изделия.

Определяем предельные размеры проходного и непроходного калибра для отверстия 63N9.

Рис.12. Поля допуска калибров пробок.

Определяем предельные отклонения и размеры вала 63h8:

По ГОСТ 24853-81 выбираем схемы расположения полей допусков калибров. Определяем численные значения H₁, Z₁, Y₁, Н_р:

Z₁=7мкм— отклонение середины поля допуска на изготовление проходного калибра для вала, относительно наибольшего предельного размера изделия.

Н₁=8мкм — допуск на изготовление калибров для вала.

Y₁=5мкм — допустимый выход размера изношенного проходного калибра для вала за границу поля допуска изделия.

Н_р=3мкм — допуск на изготовление контркалибров для скобы.

Определяем предельные размеры проходного и непроходного калибра для вала 63h8.

Рис.13.Поля допуска калибров для контроля вала.

Определяем исполнительные размеры калибров и контркалибров:

Рис 14. Калибр пробка

3) калибры скобы:

3.Анализ точечных диаграмм

Дано: точечные диаграммы результатов многократных измерений (рис.16) (каждый из рисунков две серии измерений одной ФВ).

Требуется: Для каждой серии определить наличие и характер (тенденцию) изменения результатов, провести аппроксимирующие линии и оценить все возможные количественные характеристики погрешностей измерений (общий размах результатов, размах случайных составляющих погрешности измерений, накопленную, систематическую составляющую и/или амплитуду систематической составляющей погрешности измерений.)

Рассмотрим точечные диаграммы результатов многократных измерений одной физической величины различными методами (МВИ 1 и МВИ 2):

В первом случае монотонная тенденция изменения результатов свидетельствует о наличии прогрессирующей систематической погрешности. Отклонение диаграммы от аппроксимирующей линии говорит также о наличие и случайной погрешности. На диаграмме показаны два значения рассеяния результатов — общий размах R’1, обусловленный комплексным влиянием систематической и случайной погрешностей, и свободный от прогрессирующих систематических погрешностей размах R1, вызванный случайными отклонениями результата от аппроксимирующей линии. Для определения значения размаха R1 через наиболее удаленные от аппроксимирующей линии вверх и вниз точки проведены две эквидистанты.

Во втором случае имеется только случайная погрешность, т.к. аппроксимирующей линией является прямая, параллельная оси абсцисс. На диаграмме показано рассеяние результатов R2, обусловленное воздействием случайной погрешности. Для определения значения размаха R2, как и в предыдущем случае, через наиболее удаленные от аппроксимирующей линии вверх и вниз точки проведены две эквидистанты.

В обеих сериях отсутствуют грубые погрешности измерений.

Сходимость, определяемая размахом результатов, во второй серии будет выше, чем в первой. Сходимость первой серии измерений может быть повышена за счет исключения систематической погрешности.

Характер и положение аппроксимирующих линий в сериях не совпадают: в первой серии измерений есть прогрессивная тенденция изменения результатов, во второй она отсутствует. Размахи отклонений в сериях R1 и R2 примерно одинаковы, но значимые различия результатов обусловлены большим неисправленным размахом R’1 и относительными смещениями аппроксимирующих линий. Следовательно воспроизводимость измерений будет низкой.

На предприятиях химической промышленности, а также при проведении различных научно-исследовательских работ часто возникает необходимость в измерении таких физических показателей, как плотность, вязкость и влажность.

Также, как и измерение температуры, влажность является одним из важных факторов для многих этапов производственного процесса. Так в некоторых технологических процессах необходимо знать влажность исходного сырья или реактивов, так как присутствие даже незначительного количества воды может вызвать сбой в работе оборудования, что приводит в итоге к ухудшению качества продукции. Кроме того, на химических предприятиях приходится бороться с повышенной влажностью. Влажный воздух может вызывать слеживание и слипание продукции, что сказывается на производительности процесса.

Вязкость и плотность должны контролироваться в различных технологических процессах, связанных с транспортировкой жидкостей, теплопередачей, фильтрацией и другими операциями.

В качестве основного показателя качества вязкость используется для характеристики качества топлива и смазочных материалов, лаков, красок, смол и т. д.

1 МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

Плотность – содержание вещества в единице объёма. Также является одним из физических параметров, характеризующих состав и свойства вещества.

Единицы измерения плотности в системе СИ – кг/м 3 . Приборы, измеряющие плотность, называются плотномерами. Наибольшее распространения имеют следующие виды приборов [2]:

поплавковые (ареометрические);
весовые;
гидростатические;
вибрационные;
радиоизотопные;
ультразвуковые.

Из перечисленных выше методов измерения плотности наиболее часто встречающиеся и широко используемые в производстве и технологических линиях – это радиоизотопный и вибрационный методы [3].

1.1 Поплавковые плотномеры

Принцип действия основан на законе Архимеда. Все поплавковые плотномеры делятся на следующие типы [2]:

с плавающим поплавком (мерой плотности является глубина погружения поплавка);
с погруженным поплавком (здесь же мерой плотности служит величина выталкивающей силы).

Плотномер с плавающим поплавком, схема которого представлена на рисунке 1, применим для определения плотности относительно однородных и чистых жидких сред. Они различны по конструкции и форме поплавкового устройства.

Рисунок 1 – Схема измерителя плотности с плавающим поплавком [2].

При постоянном уровне в проточном резервуаре значение погружения поплавка 1 изменяется в зависимости от плотности среды. Поршень 2, связанный с поплавком, изменяет ЭДС во вторичной обмотке индуктора 3 пропорционально изменению плотности [2].

Плавающий поплавок развивает усилие [2]:

где g – ускорение свободного падения; x – величина погружения поплавка; s – площадь поверхности поплавка.

Главный недостаток таких плотномеров – низкая точность измерений. Также их невозможно использовать для жидких сред с быстро оседающей дисперсной фазой. Проблему, связанную с загрязнением поплавка, можно решить с помощью принудительной вибрации или ультразвукового воздействия, в результате которых производится встряхивание осевших на поплавок частиц. Но в таком случается конструкция средства измерения значительно усложняется. [4].

Также один из основных недостатков таких плотномеров – громоздкость поплавка (значительная высота). Приборы с погружённым поплавком не имеют такого недостатка, так как поплавок всегда остается погруженным и перемещается на небольшую величину, а измеряется величина выталкивающей силы F, которая определяет плотность (Рисунок 2).

Рисунок 2 – Буйковый плотномер [2].

Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и, наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Вязкость.doc

Вязкость (внутреннее трение) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате происходит рассеяние в виде тепла работы, затрачиваемой на это перемещение.

Сила вязкого трения F пропорциональна скорости относ ительного движения V тел, пропорциональна площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h:

Коэффициент пропорциональности, зависящий от сорта жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости.

Вязкость жидкостей

Динамическая вязкость[

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества . Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение

где с и b — константы. Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского.

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.

Кинематическая вязкость

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной

и эта величина получила название кинематической вязкости. Здесь — плотность жидкости; — коэффициент динамической вязкости (см. выше).

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В СИ эта величина переводится следующим образом:

1 сСт = 1 мм 2 1 c = 10 −6 м 2 c

Условная вязкость

Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, измеряемая временем истечения заданного объёма раствора через вертикальную трубку (определённого диаметра). Измеряют в градусах Энглера (по имени немецкого химика К. О. Энглера), обозначают — °ВУ. Определяется отношением времени истечения 200 см 3 испытываемой жидкости при данной температуре из специального вискозиметра ко времени истечения 200 см 3 дистиллированной воды из того же прибора при 20 °С. Условную вязкость до 16 °ВУ переводят в кинематическую ( м 2 /с) по таблице ГОСТ, а условную вязкость, превышающую 16 °ВУ, по формуле:

где — кинематическая вязкость (в м 2 /с), а — условная вязкость (в °ВУ) при температуре t.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье):

где — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дил атантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Идеальная жидкость — в гидродинамике — воображаемая несжимаемая жидкость, в которой отсутствуют вязкость и теплопроводность. Так как в ней отсутствует внутреннее трение, то нет касательных напряжений между двумя соседними слоями жидкости.

Моделью идеальной жидкости пользуются при теоретическом рассмотрении задач, в которых вязкость не является определяющим фактором и ею можно пренебречь. В частности, такая идеализация допустима во многих случаях течения, рассматриваемых гидроаэромеханикой, и даёт хорошее описание реальных течений жидкостей и газов на достаточном удалении от омываемых твёрдых поверхностей и поверхностей раздела с неподвижной средой. Математическое описание течений идеальных жидкостей позволяет найти теоретическое решение ряда задач о движении жидкостей и газов в каналах различной формы, при истечении струй и при обтекании тел.

Реальная жидкость не допускает наличия разрывов непрерывности ни внутри движущегося потока, ни на границах его с твердым телом. В действительности жидкость или газ не могут скользить вдоль поверхности твердого тела; скорости тех частиц, которые граничат с твердой стенкой, равны нулю, жидкость как бы прилипает к поверхности тела. Однако эта скорость резко возрастает при удалении от поверхности и на внешней границе весьма тонкого по сравнению с размерами тела пограничного слоя достигает значений, соответствующих схеме свободного скольжения идеальной жидкости. В случае плохо обтекаемого тела пограничный слой отрывается от поверхности тела и значительно искажает картину обтекания тела идеальной жидкостью.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Министерство образования и науки Российской ФедерацииРеферат

. Понятие плотности вещества

. Измерение плотности вещества

. Понятие вязкости вещества

. Измерение вязкости вещества

Список литературы Введение

плотность вязкость вещество

В химической промышленности, где многие продукты или исходные вещества представляют собой жидкости, необходимо точно знать их химические и физические свойства, к числу которых относятся плотность и вязкость.

Без установления точного значения этих параметров невозможно спроектировать реакторы, подходящие для того или иного технологического процесса, трубопроводы или теплообменники, от них зависят как габариты, так и конструкция аппаратов.

К примеру, плотность и вязкость оказывают большое влияние на скорость истечения жидкости, что необходимо учитывать при проектировании технологического процесса. В настоящее время процедуру измерения этих параметров можно автоматизировать, что значительно повышает точность и эффективность контроля над процессом. .

Понятие плотностиПлотность - скалярная физическая величина , определяемая для однородного вещества массой его единичного объёма . Для неоднородного вещества плотность в определённой точке вычисляется как предел отношения массы телак его объёму , когда объём стягивается к этой точке. Средняя плотность неоднородного вещества есть отношение . Для однородного тела средняя плотность является просто плотностью тела.

Данное определение относится к, так называемой, поверхностной плотности, но существуют и другие виды плотности.

Виды плотности и единицы измерения

Плотность измеряется вв системе СИ и вв системе СГС .

Среднюю плотность тела - отношение массы тела к его объёму.

Плотность вещества - это плотность тела, полностью состоящего из данного вещества.

Плотность тела в точке - это предел отношения массы малой части тела , содержащей эту точку, к объёму этой малой части , когда этот объём стремится к нулю, или, записывая кратко, .

При таком предельном переходе необходимо помнить, что на атомарном уровне любое тело неоднородно, поэтому необходимо остановиться на объёме, соответствующем используемой физической модели.

Для сыпучих и пористых тел существуют следующие разновидности плотности:

1. Истинная плотность, определяемая без учёта пустот;

2. Кажущаяся плотность, рассчитываемая как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму.

Истинную плотность из кажущейся получают с помощью величины порозности - доли объёма пустот в занимаемом объёме.

В зависимости от температуры значения одного и того же вещества могут значительно отличаться друг от друга.

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются аномальные вещества, плотность которых ведет себя иначе, К числу таких веществ относятся вода , бронза и чугун . Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 ℃ и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния

Читайте также: