Отчет по лабораторной работе по дисциплине «Гидравлика» Изучение физических свойств жидкости

Общие сведения

Гидравлика – это техническая наука, изучающая законы равновесия и движения жидкости, способы приложения этих законов к решению практических задач. Она обладает сравнительно простыми методиками расчета, но при этом дает достаточную для технических приложений характеристику рассматриваемых явлений.

В гидравлике рассматривают, главным образом, потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками, т.е. течение в открытых и закрытых руслах.

В понятие жидкость включают все тела, для которых свойственна текучесть, т.е. способность сильно изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил. В это понятие включают как жидкости обычные (капельные), так и газы. Капельные отличаются тем, что в малом количестве под действием поверхностного натяжения принимают сферическую форму, а в большем – обычно образуют свободную поверхность, поверхность раздела с газом.

Физические свойства жидкостей.

Плотность жидкости – это количество вещества, содержащегося в единице объема:

ρ= ; [кг/м³].

Удельный вес однородной жидкости – это отношение веса жидкости к его объему:

γ = = ρg; [Н/м³].

Сжимаемость – это свойство жидкостей изменять объем при изменении давления и оценивается коэффициентом объемного сжатия, представляющим относительное изменение объема жидкости при изменении давления на единицу:

β = ; [м²/Н].

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия – модуль упругости жидкости:

Е = ; [Па].

Температурное расширение жидкости – это свойство жидкости изменять свой объем при нагревании и охлаждении, оно характеризуется коэффициентом температурного расширения, выражающим относительное увеличение объема жидкости при увеличении температуры на 1 градус при постоянном давлении:

β = ;

Вязкость – свойство жидкости сопротивляться скольжению и сдвигу смежных слоев. Это явление описал Ньютон и вывел формулу:

τ = µ ;

Коэффициент пропорциональности, характеризующий особенности конкретных жидкостей – динамическая вязкость жидкости µ [П∙с].

Кинематическая вязкость связана с динамической соотноше­нием:

; [м²/с].

Жидкости, для которых справедлив закон внутреннего трения Ньютона, называют ньютоновскими. Коллойдные суспензии, растворы полимеров, гидросмеси из глины, мела, цемента и т.п. относят к неньютоновским.

Свободная поверхность жидкости – это граница раздела между жидкостью и газом.

Поверхностное натяжение – это свойство жидкости образовывать поверхностный слой взаимно притягивающихся молекул. Оно стремится сократить свободную поверхность жидкости и характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения:

σ = 10^-3(76-0,15t); [Н/м].

Описание устройства

Устройство для изучения физических свойств жидкости содержит 5 приборов, выполненных в общем прозрачном корпусе (рисунок 1), на котором указаны параметры, необходимые для обработки данных.

Рисунок 1 – Схема комплекса приборов по изучению физических свойств жидкостей

Термометр 1 показывает температуру окружающего воздуха, а соответственно и температуру жидкостей, находящихся в приборах. Он имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненный термометрической жидкостью, и шкалу.

Ареометр 2 служит для измерения плотности (концентрации) жидкости поплавковым методом. Он представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой шкалой и грузом в его нижней части. Благодаря грузу ареометр находится в исследуемой жидкости в вертикальном положении. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг поплавка ареометра.

Вискозиметр Стокса 3 представляет собой емкость трапециедального сечения, заполненную исследуемой жидкостью (индустриальное масло 20) с находящимся в ней шариком имеющим плотность, отличную от плотности жидкости. Прибор позволяет определить вязкость жидкости по времени падения шарика.

Вискозиметр Оствальда 4 (капиллярный вискозиметр) состоит из емкости с капилляром. Вязкость определяется по времени истечения жидкости из емкости через капилляр.

Сталагмометр 5 служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель и содержит емкость с капилляром, расширенным в его концевой части для накопления жидкости в виде капли. Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна ее весу (сила тяжести) и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении жидкости заданным объемом.

Сталагмометр и вискозиметр Оствальда заполнены одной жидкостью (масло трансформаторное), поскольку они объединены между собой.

Приборы 3, 4, 5 начинают действовать при повороте их на 180^◦ в вертикальной плоскости.

Необходимые параметры приборов приведены в их паспортных данных.

Цель работы:

Определить значения коэффициентов объемного расширения β_t, кинематической ν и динамической µ вязкости, поверхностного натяжения σ, а также плотности жидкости ρ и концентрации раствора с; сравнить полученные данные с табличными значениями.

Опыт 1