МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Егорьевский технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

(ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»)

Гидравлика

Методические указания к выполнению лабораторных работ

для студентов обучающихся по направлениям:«Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» - 151900, «», «Техносферная безопасность» - 280700»

г. Егорьевск 2014

Составитель доцент, к.т.н. В.В.Козенец, доцент кафедры технологий автоматизированного производства (ТАП)

Все представленные материалы соответствуют требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 151900 по профилю «Технология машиностроения» и рабочей программе дисциплины «Гидравлика» при подготовке бакалавра техники и технологии.

Методические указания содержат описание лабораторных установок, методики проведения лабораторных исследований, предусмотренных рабочими программами учебных курсов, последовательность обработки и анализа результатов учебных экспериментов.

Методические указания будут полезными и при изучении курса «Гидрогазодинамика», который включен в учебный план подготовки специалистов по направлению 280700 профиля «Инженерная защита окружающей среды».

Методические указания обсуждены и одобрены на заседании учебно-методической группы (УМГ) кафедры

технологии автоматизированного производства

(полное наименование без сокращений)

(протокол № _____ от _______ 2014 г.)

Председатель УМГ кафедры разработчика _________ А.А. Махов

Лабораторная работа №1

Вязкость жидкости.

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев.

Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости. Слои жидкости, прилегающие к стенкам канала, за счет сил трения удерживаются в неподвижном состоянии (или имеют очень незначительную скорость). По мере удаления от стенок канала скорость движения частиц увеличивается. Для плоского потока сказанное можно проиллюстрировать следующим рисунком, где

u – скорость слоя жидкости; dn – расстояние между соседними слоями жидкости. Медленно движущийся слой жидкости «тормозит» соседний слой жидкости, движущийся быстрее, и наоборот, слой, движущийся с большей скоростью, увлекает

в движение за собой слой, движущийся с меньшей скоростью. Силы внутреннего трения появляются вследствие наличия межмолекулярных связей между движущимися слоями.

Согласно гипотезе Ньютона сила трения между слоями пропорциональна площади их соприкосновения и градиенту скорости в направлении перпендикулярном движению потока

;

(1)

где - сила вязкого трения;

- площадь трения.

μ - коэффициент вязкого трения.

Величина μ в формуле (1) называется динамическим коэффициентом вязкости и имеет размерность . Используется также такая единица измерения как Пуазейль – 1Пз=0,1 Па·с .

На практике чаще используется другая характеристика вязкости – кинематический коэффициент вязкости

.

(2)

Единицы измерения кинематической вязкости , (стокс); 1Ст= .

Для капельных жидкостей вязкость зависит от температуры и давления. С увеличением температуры вязкость уменьшается, а с ростом давления – увеличивается. Как пример, кинематическая вязкость дистиллированной воды – при – ; при - 0,0101 Ст; при - 0,0037 Ст.

Влияние давления на вязкость жидкости проявляется только при высоком давлении, давлении порядка десятков МПа (10 МПа≈100 атм.).

Жидкости, которые подчиняются описанному закону жидкостного трения, называются ньютоновскими жидкостями.

Определение вязкости жидкости

Вязкость жидкости определяется экспериментально с помощью приборов, которые называются вискозиметрами.

Для жидкостей более вязких, чем вода, применяется вискозиметр Энглера. Вязкость жидкости, если она меньше вязкости воды, определяется с помощью капиллярных вискозиметров. Универсальным прибором для измерения вязкости может служить вискозиметр Стокса.

Принцип действия капиллярного вискозиметра основан на подсчёте времени протекания заданного объёма жидкости через капиллярную трубку, при заданной разнице давлений. Чаще всего жидкость из резервуара вытекает под действием собственного веса. С помощью капиллярного вискозиметра измеряются вязкости от 10 мкПа∙с(газы) до 10 кПа∙с.

При использовании вискозиметра Стокса, вязкость определяется по времени прохождения шариком некоего расстояния под воздействием его собственного веса.

Вискозиметр Энглера - прибор, предназначенный для измерения условной вязкости жидкости путем сравнения времени истечения испытуемого продукта при температуре испытания с временем истечения аналогичного количества дистиллированной воды при +20 ⁰C.

Ознакомимся с капиллярным вискозиметром, схема которого приведена на рисунке.

Основные элементы вискозиметра: - технологическая трубка, предназначенная для заполнения прибора исследуемой жидкостью; - полость для слива исследуемой жидкости из расходных объемов А и В при проведении испытания; - капиллярная трубка (трубка с цилиндрическим каналом малого диаметра – от 0,4 до 0,6 мм). Полости А и В заполняют жидкостью, вязкость которой предстоит определить,. Для этого торец трубки, соединенный с полостью А, погружают в исследуемую жидкость, а в технологической трубке создают разряжение. После заполнения полостей А и В прибор устанавливают в вертикальное положение и производят замер.

При проведении испытания измеряют время t истечения жидкости через капиллярную трубку в объеме, который определяется метками М1 и М2. Кинематическая вязкость исследуемой жидкости определяется по формуле

(3)

где

коэффициент тарирования прибора;

t -- время истечения мерного объема жидкости через капиллярную трубку;

-- поправка на изменение силы тяжести.

Проведение испытаний

1. Измеряем температуру окружающей среды, барометрическое давление и температуру исследуемой жидкости.

2. Готовим вискозиметр к измерению вязкости жидкости; проводим измерение. Регистрируемый параметр заносим в протокол испытаний.

3. Повторяем испытание для каждого вида жидкости три раза.

4. Обрабатываем результаты испытаний и вычисляем среднее значение кинематической вязкости для каждого типа исследованной жидкости.

5. Сравниваем полученное значение вязкости с данными справочной литературы, внося поправки на температуру и давление. Оцениваем расхождение и делаем выводы.

6. Оформляем отчет и защищаем работу.