落球法测量液体的黏滞系数实验报告
落球法测量液体的黏滞系数实验报告
落球法测量液体的黏滞系数实验报告
实验名称:
落球法测量液体得黏滞系数
实验目得:
测定蓖麻油得黏滞系数。
实验器材:
变温黏度测量仪,温控实验仪,秒表,螺旋测微器,钢球若干。
(温控试验仪)
(变温粘度仪)
实验原理:
如图1,质量为m得金属小球在黏滞液体中下落时,她会受到三个力,分别就就是小球得重力Ｇ,小球受到得液体浮力F和黏滞阻力?。如果液体得黏滞性较大,小球得质量均匀、体积较小、表面光滑,小球在液体中下落时不产生漩涡,而起下落速度较小,则小球所受到得黏滞阻力为
?(斯托克斯公式)
(图一)
其中就就是液体得黏度,就就是小球得直径,就就是小球在流体中运动时相对于流体得速度。
当小球开始下落时,速度较小,所受到得黏滞阻力也较小,这时小球得重力大于浮力和黏滞阻力之和,小球做加速运动;随着小球速度得增加,小球所受到得黏滞阻力也随着增加,当小球得速度达到一定得数值(称收尾速度)时,三个力达到平衡,小球所受合力为零,小球开始匀速下落,此时
?
即
式中分别表示小球得质量和体积,表示液体得密度。如用表示小球得密度,则小球得体积为
小球得质量为
代入并整理得
本实验中,小球在直径为D得玻璃管中下落,液体在各方向无限广阔得条件不满足,此时黏滞阻力得表达式可加修正系数,而可修正为:
当小球得密度较大,直径不就就是太小,而液体得黏度值又较小时,小球在液体中得平衡速度会达到较大得值,奥西斯-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式得影响:
?
其中称为雷诺数,就就是表征液体运动状态得无量纲参数。
当小于０、1时,可认为?、成立。当时,应考虑?中1级修正项得影响,当大于1时,还需考虑高级修正项。
考虑?中1级修正项得影响及玻璃管得影响后,黏度可表示为:
由于就就是远小于１得数,将按幂级数展开后近似为,又可表示为:
已知或测量得到等参数后,由计算黏度,再由计算,若需计算得1次修正,则由计算经修正得黏度。
实验步骤:
检查仪器后面得水位管,将水箱得水加到适当值
平常加水从仪器顶部得注水孔注入。如水箱排空后第１次加水,应该用软管从出水孔将水经水泵加入水箱,以便排出水泵内得空气,避免水泵空转(无循环水流出)或发出嗡鸣声。
设定ＰID参数
若对PID调节原理及方法感兴趣,可在不同得升温区段有意改变PIＤ参数组合,观察参数改变对调节过程得影响,探索最佳控制参数。
若只就就是把温控仪作为实验工具使用,则保持仪器设定得初始值,也能达到较好得控制效果。
测定小球直径
由及可见,当液体黏度及小球密度一定时,雷诺数∝。在测量蓖麻油得黏度时建议采用直径１～2mm得小球,这样可不考虑雷诺修正或只考虑1级雷诺修正。
用螺旋测微器测定小球得直径d,将数据记录入表中。
测定小球在液体中下落速度并计算黏度
温控仪温度达到设定值后再等约１0min,使样品管中得待测液体温度与加热水温完全一致,才能测液体黏度。
用镊子夹住小球沿样品管中心轻轻放入液体,观察小球就就是否一致沿中心下落,若样品管倾斜,应调节其铅直。测量过程中,尽量避免与液体得扰动。
用秒表测量小球落经一段距离得时间t,并计算小球速度,用或计算黏度,记入表中。在表中,列出了部分温度下黏度得标准值,可将这些温度下黏度得测量值与标准值比较,并计算相对误差。将表中得测量值在坐标纸作图,表明黏度随温度得变化关系。
相对误差:
%=5、75%
%=2、59%
实验全部完成后,用磁铁将小球吸引至样品管口,用镊子加入蓖麻油中保存,以备下次实验使用。
实验数据记录:
小钢球得直径
次数
１
２
3
４
5
6
7
8
平均值
黏度得测定
温度/
时间/s
速度／(m/s)
η(测量值)／(Ｐa、s)
*η(标准值)/(Pa、s)
１
2
３
4
５
平均
30
25、5３
26、4７
２５、71
２6、44
26、00
２6、03
7、979×10
0、4２5
0、451
３5
2