Технические характеристики и физические свойства жидкостей

РУКОВОДСТВО К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ НА КОМПЛЕКСЕ «КАПЕЛЬКА»

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

УДК 532(076.5)

Бровченко П.Н., Прохасько Л.С. Руководство к лабораторным работам на комплексе “Капелька”. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ. – 42 с.

В учебном пособии изложены основные теоретические сведения по курсу гидравлики, а также содержание и методические рекомендации к выполнению лабораторных работ на портативном комплексе “Капелька”.

Предназначено для студентов, изучающих общий курс гидравлики, для выполнения лабораторных работ. Пособие также может быть использовано как информационный источник в плане теоретической подготовки студентов по курсу гидравлики (механики жидкости).

Ил. 10, табл. 11, приложение.

Одобрено учебно-методической комиссией

аэрокосмического факультета.

Рецензенты: Шпитов А.Б., Карев Г.П.

ã Издательство ЮУрГУ, 2003.

ОГЛАВЛЕНИЕ

работа 1. изучение физических свойств жидкости ............................................... 4

работа 2. ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ .......................................10

работа 3. ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ .............................................. 14

РАБОТА 4. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ ............................................... 15

РАБОТА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ ........................................ 17

РАБОТА 6. ИЛЛЮСТРАЦИЯ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ ............................................................ 20

РАБОТА 7. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕСТНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ..........25

РАБОТА 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА ПО ДЛИНЕ ...................................................... 27

ПРИЛОЖЕНИЕ ................................................................................................................................... 32

Работа 1. изучение физических свойств жидкости

Цель работы

Освоение техники измерения плотности, теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения капельных жидкостей

Общие сведения

В механике жидкости и газа объектом изучения является жидкость – физическое тело, обладающее текучестью, то есть способностью изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил. Таким образом, в это понятие включают капельные жидкости и газы. Особенностью первых является то, что они ничтожно мало изменяют свой объем при изменении давления, поэтому их обычно считают несжимаемыми. Однако при рассмотрении отдельных вопросов, например, гидравлического удара, сжимаемость жидкости следует учитывать. Газы, наоборот, обладают большой сжимаемостью: под действием давления могут значительно уменьшаться в объеме, при уменьшении или отсутствии давления – неограниченно расширяться.

В данной работе будут рассмотрены некоторые механические характеристики и физические свойства капельных жидкостей, которые в дальнейшем будем называть просто жидкостями.

Таким образом, жидкостью называют малосжимаемое тело, изменяющее свою форму под действием сколь угодно малых сил.

Плотностью жидкости r (кг/м³) называют массу жидкости, заключенную в единице ее объема. Для однородной жидкости

, (1)

где m – масса жидкости, кг; W – объем, м³.

Жидкость может изменять свой объем под действием давления либо в результате изменения температуры. В первом случае это свойство жидкости называется сжимаемостью, во втором – температурным расширением.

Сжимаемость – это свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. С количественной точки зрения это свойство оценивается коэффициентом объемного сжатия (1/Па), который представляет собой относительное изменение объема, приходящееся на единицу изменения давления:

, (2)

где DW – изменение объема, м³; W – первоначальный объем, м³; Dp – изменение давления, Па.

Температурное расширение характеризуется коэффициентом объемного расширения (1/⁰С), который представляет собой относительное изменение объема при изменении температуры на 1 градус и постоянном давлении:

, (3)

где Dt – изменение температуры, ⁰С.

Вязкость представляет собой свойство жидкости сопротивляться сдвигу (скольжению) ее слоев (или частиц). Вязкость приводит к появлению сил внутреннего трения между смежными слоями жидкости, текущими с разными скоростями. Она характеризует степень текучести жидкости, подвижности ее частиц. С повышением давления вязкость жидкости увеличивается. Однако зависимость вязкости от давления существенна только при больших перепадах давления (десятки мегапаскалей). Во всех других случаях влияние давления на вязкость можно не учитывать. При увеличении температуры вязкость жидкости заметно уменьшается, а вязкость газов – растет. Если жидкость не движется, вязкость не проявляется. Поэтому при решении задач равновесия жидкостей её можно не принимать во внимание. При движении же жидкости необходимо учитывать силы трения, которые проявляются вследствие вязкости. Вязкость оценивают динамическим коэффициентом вязкости m (Па×с), который представляет собой отношение касательного напряжения внутреннего трения t при прямолинейном движении жидкости к градиенту скорости по нормали , и кинематическим коэффициентом вязкости (м²/с). Последний равен отношению динамического коэффициента вязкости m к плотности жидкости r:

. (4)

Таким образом, вязкость зависит от рода жидкости и её температуры и не зависит от условий движения жидкости (не путать с динамическим коэффициентом турбулентной вязкости!).

Поверхностное натяжение – свойство жидкости образовывать поверхност-ный слой взаимно притягивающихся молекул – характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения s (Н/м), который равен энергии образования единицы площади межфазной поверхности.

Ниже в табл. 1 приведены значения r, , , n, s для некоторых жидкостей при 20 ⁰С.

Таблица 1

Технические характеристики и физические свойства жидкостей

Жидкость	r, кг/м3	, МПа–1	, 0С–1	n , м2/с	s, Н/м
Вода пресная		0,49×10–3	0,15×10–3	1,01×10–6	73×10–3
Спирт этиловый		0,78×10–3	1,10×10–3	1,52×10–6	23×10–3
Масло:
Автол М-8В		0,60×10–3	0,64×10–3	300×10–6	25×10–3
Индустриальное 20		0,72×10–3	0,73×10–3	110×10–6	25×10–3
Трансформаторное		0,60×10–3	0,70×10–3	30×10–6	25×10–3
АМГ-10		0,76×10–3	0,83×10–3	20×10–6	25×10–3

Описание устройства № 1

Устройство для измерения параметров, характеризующих физические свойства и технические характеристики жидкости, а именно – коэффициента объемного расширения, плотности жидкости, кинематического коэффициента вязкости, а также коэффициента поверхностного натяжения – содержит пять приборов, выполненных в общем прозрачном корпусе (рис.1), на котором указаны параметры для обработки опытных данных. Приборы 3 – 5 начинают действовать при перевертывании устройства № 1. Термометр 1 показывает температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей во всех устройствах, ареометр 2 позволяет измерить плотность жидкости, вискозиметр Стокса 3 и капиллярный вискозиметр 4 – определить вязкость, а при помощи сталагмометра 5 определяют поверхностное натяжение жидкости.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: