Вязкость рабочей жидкости гидросистем(Лаба)

Федеральное агентство по образованию

Томский политехнический университет

Кафедра АРМ

Лабораторная работа на тему:

«ВЯЗКОСТЬ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ГИДРОСИСТЕМ»

Выполнил: студент гр.4А33

Ватолин А.В. Куксин Р

Проверил: преподаватель

Гук О.В.

Томск 2006г.

Лабораторная работа:

ВЯЗКОСТЬ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ГИДРОСИСТЕМ

Цель работы:

1. Знакомство с методикой определения кинематического коэффициента вязкости вискозиметром Гэпплера.

2. Определение зависимости кинематического коэффициента вязкости от температуры для заданного вида жидкости.

3. Анализ зависимости кинематических коэффициентов вязкости от температуры для различных жидкостей.

Схема установки:

Описание установки:

Вискозиметр по методу Гэпплера (рис. 1), состоит из двух главных групп, а именно из стойки 1 и вискозиметра 2. В стойке находятся 3 установочных винта 3, предназначенных для того, чтобы устанавливать инструмент горизонтально при помощи уровня 4. Наклон вискозиметра по отношению к вертикали 10 . Вокруг направляющей цапфы, расположенной в стойке, вискозиметр может поворачиваться на выбор или в положении измерения или в положении возвратного движения шарика. В положении измерения вискозиметр фиксируется при помощи храпового механизма с остановами. Расфиксацию осуществляют, вытягивая палец 5. Храповой механизм автоматически заскакивает при поворачивании вискозиметра из положения возвратного движения в положение измерения. Труба 6, находящаяся в вискозиметре, окружается рубашкой водяной бани 7, которая закрепляется между верхней плитой 8 и нижней плитой 9. Выход жидкости предотвращается уплотнениями 10. В целях обеспечения заменяемости, рубашки водяной бани все скрепляется разъемным соединением, состоящим из гайки со стержнем 11, соединительного стержня 12, колпачковой гайки 13 и прокладок 14. Скрепление трубы в верхней и нижней плите осуществляется при помощи уплотнений для опускной трубы 15 и при помощи винтовых скреплений 16. Винтовое скрепление опускной трубы предохраняется от неумышленного ослабления двумя нарезными шпильками М 2x4. К стандартному исполнению вискозиметра прилагается комплект запорных пробок из хромированной латуни, который состоит из запорной пробки 18 для верхнего отверстия опускной трубы, а также из запорной пробки 19 для нижнего отверстия трубы. Запорная пробка, будучи капиллярной пробкой, предназначается для того, чтобы во время измерения опускная труба была свободна от воздушных пузырьков. Запорные капсулы 20 должны быть навинчены, оказывая на них незначительное нажатие. После этого опускания труба будет уплотнена непроницаемым для жидкостей образом прокладочными кольцами 21. На нижней плите находятся короткий подводящий патрубок, длинный спускной патрубок, снабженные рукавными насадками 22 и предназначенные для подвода и спуска нагретой жидкости. Уплотнение рукавных насадок осуществляется тонкими прокладками 23.

По особому заказу к вискозиметру может поставляться комплект контрольных термометров. Комплект состоит из 11 контрольных термометров. Контрольный термометр прикрепляется в винте 24. Винт, снабженный контрольным термометром, укрепляется в верхней плите вискозиметра при помощи винтового соединения. Выход жидкости предотвращается прокладочным кольцом 25. Если при замене термометра деление не находится в направлении зрения обслуживающего работника, то следует повернуть контрольный термометр, находящийся в винте на соответствующий угол. Для выпуска воздуха служит винт 26 с прокладкой 27. В целях регулирования температуры без использования термостата вискозиметр снабжен вмонтированным нагревателем 28. Через пристроенный штепсель этот нагреватель присоединен к соединительному шнурку, а тем самым к электрической сети. К вискозиметру принадлежит комплект шариков, состоящих из 6 шариков различного материала и различного диаметра. Шаровой калибр служит для отождествления шариков, характеризующихся только незначительной разностью диаметров. Шарик 1 имеет несколько больший диаметр, чем высверленное отверстие шарового калибра, в то время как все другие шарики проходят через шаровой калибр, в зависимости от диаметра, с более или менее выраженным зазором. Вискозиметр охватывает диапазон вязкостей от 0,6 до 80000 спз ( времена падения от 30 до 3000 сек. ). Достигаемая погрешность измерения находится между 0,5% и 2%, в зависимости от диаметра шарика. Измерительный отрезок шарика составляет 100 мм между кольцевыми маркировками А и В, а 50 мм между кольцевыми маркировками А и С. Вискозиметр тип ВН 2 может использоваться в диапазоне температур между -60 С и +150 С.

Основные положения

Вязкостью называется способность жидкости оказывать сопротивление сдвигающим усилиям. Это физическое свойство жидкости обусловлено силами межмолекулярного сцепления и поэтому проявляется при ее движении.

При слоистом движении реальной жидкости каждый ее слой перемещается с различной скоростью. Поэтому на границе двух смежных слоев жидкости возникают касательные напряжения, величина которых находится из выражения:

[ ],

где - динамический коэффициент вязкости жидкости;

- градиент скорости (в направлении, нормальном и движущимся слоям жидкости).

Исходя из приведенной формулы, динамический коэффициент вязкости:

[ ],

где [ ] – вязкость, при которой на границе двух смежных слоев жидкости на площади в 1 м при градиенте скорости 1 развивается сила, равная 1Н.

В системе CGS за единицу измерения динамического коэффициента вязкости принимается пуаз: 1 пуаз= , 1 пуаз – это вязкость, при которой на границе двух смежных слоев жидкости на площади в 1 см при градиенте скорости 1 возникает сила в 1 дину. Величина в 100 раз меньшая пуаза называется сантипуазом [спз].

В технических расчетах часто применяют кинематический коэффициент вязкости.

Кинематическим коэффициентом вязкости называется отношение динамического коэффициента вязкости жидкости к ее плотности.

[ ]

В системе CGS за единицу измерения кинематического коэффициента вязкости принимается стокс, величина, в 100 раз меньшая 1 стокса, называется сантистоксом и обозначается [сст]:

1 сст. = 1*10 ст. = 1 см /с.

Вязкость жидкости изменяется от температуры и давления. При увеличении температуры, силы молекулярного сцепления в жидкости ослабевают и поэтому ее вязкость уменьшается. Снижение температуры жидкости вызывает противоположный эффект. Изменение вязкости с изменением температуры в большинстве случаев является нежелательным свойством жидкости, так как ухудшаются эксплуатационные характеристики машин ( затрудняет пуск холодной гидросистемы, приводит к изменению характеристик гидросистемы в процессе работы и т. д.)

Различные жидкости, как и их смеси, при одной и той же температуре имеют различные значения кинематических коэффициентов вязкости.

Более того у различных жидкостей вязкость от температуры изменяется по различным зависимостям.

Большинство зависимостей применяющихся на практике, являются приближенными эмпирическими формулами, пригодными для определения жидкостей и для определенного диапазона температуры. Определение коэффициентов абсолютной или кинематической вязкости с помощью каких – либо методов измерения довольно сложно. Поэтому существуют методы и приборы для измерения вязкости косвенным путем.

Вискозиметор по методу Гэпплера представляет собой вискозиметор с падающим шариком. Измеряется время падения шарика в цилиндрической трубе, наклонной на 10 по отношению к вертикали и наполненной испытуемой жидкостью. Вискозиметр предназначается для измерения вязкости ньютоновских жидкостей.

Измеряемая величина: Динамическая вязкость, выраженная в пуазах (пз) или сантипуазах (спз). В международной системе измерительных единиц следующие единицы применяются: 1 спз = 10 Па сек = 1 МПа сек. В случае ненормально текущих испытуемых веществ вискозиметр по методу Гэпплера происходит показатели воспроизводимые в одинаковых условиях измерения и во многих случаях удовлетворяющие требования заводской измерительной техники.

Высокая прецизионность вискозиметра дает и возможность измерить вязкости газов при помощи специального стеклянного шарика.

На приборе определяется коэффициент динамической вязкости по формуле:

,

где – динамическая вязкость в СПЗ;

t – время падения шарика в сек;

– плотность шарика в г/см ;

– плотность жидкости в г/см ;

K – контакта шарика в .

Кинематическая вязкость определяется выражением:

,

где – динамическая вязкость в СПЗ;

– плотность жидкости в г/см ;

– кинематическая вязкость в СПЗ.

Практическая часть

Дано:

= 8 г/см

= 0,8 г/см

= 10 сСт = 10 мм /с

Находим среднее время t падения шарика от А до В.

Наблюдение	1	2	3	4	5
Время падения сек	6,6	7,5	7	7,2	7

Тогда среднее время падения будет равно t = 7,06 сек. Выразим и найдем динамическую вязкость из формулы .

= * = 0,8*10 = 8 спз

Выразим K (контакту шарика) из формулы , и найдем ее, подставив найденную динамическую вязкость :

K = = = = 0,16 .

Вывод: В ходе данной лабораторной работы с помощью вискозиметра по методу Гэпплера была определена динамическая вязкость , равная 8 спз, и контакта шарика K, которая составила 0,16 .