Міністерство освіти і науки україни Дніпродзержинський державний технічний університет
Кафедра теплоенергетики
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторної роботи № 1 ”ВИЗНАЧЕННЯ В’ЯЗКОСТІ РІДИНИ ПО СПОСОБУ СТОКСА” з дисципліни ”ГІДРОГАЗОДИНАМІКА”
для студентів за напрямом 0905 - Енергетика
Затверджено редакційно-видавничої
секцією науково-методичної ради ДДТУ
5.03.2009р., протокол № 4
Дніпродзержинськ
2009
Розповсюдження і тиражування без офіційного дозволу Дніпродзержинського державного технічного університету заборонено.
Методичні вказівки до лабораторної роботи № 1 «Визначення в’язкості рідини по способу Стокса» з дисципліни «Гідрогазодинаміка» для студентів за напрямом 0905-Енергетика /Укл. Павленко А.М. - Дніпродзержинськ, ДДТУ, 2009. - 11 с.
Укладач: академік, професор Павленко А.М.
Відповідальний за випуск: професор, д.т.н. Яловий М.І.
Рецензент: доцент, к.т.н. Долгополов І.С.
Затверджено на засіданні кафедри ПТ
/Протокол № 9 від " 20 " січня 2009р.
Наведені основні положення по визначенню в’язкості рідини. Викладена методика проведення та обробки матеріалів випробувань.
1 Мета роботи
Метою роботи є визначення в'язкості рідини по способу Стокса та набуття навичок виконання та обробки матеріалів випробування.
2 Теоретичні положення
Характер взаємодії молекул у рідині інший, ніж у газах, тому й фізичні причини прояву в’язкості також різноманітні. В’язкість рідини, на відміну від газу, обумовлена двома механізмами: взаємним тяжінням молекул і теплового хаотичного руху. При цьому перший чинник домінує. Кінетична енергія руху молекул у рідині така, що лише частина їх покидають свої місця і переміщуються по простору, який займає рідина.
На рисинку 1 б показаний графік залежності енергії зв'язку молекул від відстані між ними. З рисунка 1 б видно, що для рідин існує область негативних енергій (потенційна яма), яка по мірі збільшення температури зменшується. Оскільки цей чинник домінує над тепловим переносом кількості руху, то в'язкість рідини з ростом температури падає.
Для рідини має місце залежність, запропонована Ньютоном у якості гіпотези й аналітично знайдена Петровим,
(1)
де S - площа поверхні в'язкого тертя.
Розроблено багато лабораторних та виробничих засобів визначення в'язкості рідини, наприклад, Петрова, Стокса, Енглера, Сейболіта та ін.
У даній лабораторній роботі використовується спосіб Стокса, який заснований на спостереженні падіння твердої кулі в рідині.
3 Порядок виконання роботи та обробка результатів вимірювань
Лабораторний прилад показаний на рисунку 1 а. Його основною частиною є скляна трубка 4, яка заповнена рідиною, що досліджується.
Рисунок 1 – Прилад для визначення в’язкості рідини
Торці трубки закриті пробками 1 із вмонтованими в них магнітними "кнопками". Усередину трубки поміщають сталеву кульку 2 (діаметром 2...3 мм). Трубка обладнана підставками 6 таким чином, що вона може бути поставлена у двох вертикальних положеннях.
Для проведення вимірів трубку ставлять так, щоб кулька знаходилася у верхній частині. Потім натискають "кнопку", а кулька починає падати в рідині.
На трубці нанесені мітки 3 і 5 із таким розрахунком, щоб при підході кульки до верхньої мітки, її режим падіння був сталим.
При проходженні верхньої мітки секундомір запускають, а при проходженні нижньої - зупиняють, що дає можливість визначити швидкість падіння по формулі:
(2)
де l - відстань між мітками.
Дослід повторюють 5 або 10 разів.
При сталому руху кульки можна написати таке рівняння її рівноваги
(3)
де G - сила ваги кульки;
A - сила Архімеда;
T - сила в'язкого тертя.
Сила ваги дорівнює
(4)
сила Архімеда
(5)
сила в’язкого тертя
(6)
Поверхня
кулі
дорівнює
Для
знаходження
градієнту швидкості
Стокс припустив, що градієнт
швидкості може бути
представлений у вигляді відношення
.
З урахуванням даних зауважень та підставляючи (4), (5), (6) у (3), отримуємо
(7)
Коефіцієнт К залежить від відношення діаметра кулі до діаметра трубки D. Із припустимою для лабораторних робіт помилкою виміру формулу (7) представляють у наступному вигляді:
(8)
Вихідні параметри і результати розрахунків заносять у таблицю 1.
Таблиця 1 – Вихідні параметри та результати розрахунку
№ з/п |
Параметри, формули |
Величина вихідного параметра, результат розрахунку |
1. |
T, K |
|
2. |
l, м |
|
3. |
d, м |
|
4. |
D, м |
|
5. |
|
|
6. |
|
|
7. |
|
|
8. |
|
|
9. |
|
|
10. |
|
|
11. |
|
|
12. |
|
|
