11568

Динамическая теория вискозиметра

Домашняя работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Динамическая теория вискозиметра Будем считать что условия опыта в работе № 6 обеспечивают ламинарность течения жидкости в капилляре вискозиметра. Тогда распределение скорости v в его поперечном сечении будет иметь параболический характер: . 1 Здесь r

Русский

2013-04-08

51.5 KB

1 чел.

Динамическая теория вискозиметра

Будем считать, что условия опыта в работе № 6 обеспечивают ламинарность  течения жидкости в капилляре вискозиметра.  Тогда распределение скорости v в его поперечном сечении будет иметь параболический характер:

.    (1)

Здесь r – расстояние до оси капилляра, R – его радиус, u – средняя по сечению скорость движения:

,   - объемный расход.

Используя формулу (1) и закон вязкости Ньютона, получим выражение для силы трения, действующей на жидкость со стороны капилляра:

.

Здесь Sc – площадь внутренней поверхности капилляра (стенки), l – его длина, τc – касательное напряжение на стенке.

Кроме силы трения на массу жидкости в капилляре  в каждый момент времени будут действовать сила тяжести  и результирующая сил давления на входе и выходе капилляра .

Давление P1 на входе в капилляр определим из уравнения Бернулли, применяя его к линии тока 0-1, проходящей по полости П2 (см. рис. 1 в работе № 6):

Здесь u0 – скорость движения свободной поверхности, P0 – атмосферное давление, y – высота столба жидкости в полости П2 над уровнем входного сечения капилляра. Далее заметим, что площадь поперечного сечения S0 в полости П2 значительно превышает площадь поперечного сечения капилляра . Поэтому из условия сплошности  следует, что u0  <<  u. Таким образом, получаем выражение

.    (2)

Аналогично, применяя уравнение Бернулли к линии тока 2-3, проходящей по нижней части прибора (см. рис. 1), получим давление на выходе из капилляра

,    (3)

где z – высота столба жидкости в широком колене над уровнем выходного сечения капилляра. Из формул (2), (3) имеем

.

Учитывая, что средняя скорость жидкости  в капилляре u будет меняться со временем, запишем уравнение второго закона Ньютона для выделенной массы m в виде

.    (4)

Постановка сюда полученных выше выражений приводит к дифференциальному  уравнению, анализ которого весьма сложен. Поэтому будем считать, что в условиях опыта инерционным членом, стоящим в левой части уравнения, можно пренебречь. Тогда из (4) получим

,     (5)

где , что представляет собой разность высот уровней жидкости в левом и правом коленах вискозиметра (см. рис. 1).

Заметим, что уравнение (5) можно получить  и более простым путем, из формулы Пуазейля, формально полагая в ней . Последнее не очевидно, хотя и может быть обосновано тем, что продавливание жидкости через капилляр осуществляется именно гидростатическим давлением столба.

Используя уже записанное ранее условие сплошности и кинематическую связку  ,  преобразуем уравнение (5) к виду

,    (6)

где S0(y), h(y) – функции, определяемые геометрией прибора, причем последняя зависит еще от объема жидкости VΣ, залитой в вискозиметр.

Интегрируя (6) на временном интервале (0, t), в течение которого уровень жидкости в полости П2 опускается с высоты y0, отвечающей метке М1, до метки М2, получим

.     (7)

Таким образом, введенная формулой (8) в работе № 6 градуировочная функция  вискозиметра будет линейной:

t,

где коэффициент С – величина обратная выражению, стоящему в правой части соотношения (7). Для данного прибора градуировочный коэффициент

С зависит только от объема VΣ и не зависит от рода жидкости и её температуры (если пренебречь тепловым расширением стекла).

Для оценки величины C из уравнения (5) или уравнения (7), положив , нетрудно получить выражение

,       (8)

где V0 – объем жидкости ограниченный метками М1, М2 (см. рис. 1). Значение величин R, l, V0 обычно указаны на приборе. В качестве h следует взять разность высот уровней жидкости в вискозиметре при нахождении  одного из них в середине полости П2. Очевидно, что при таком определении величина h, и следовательно, C будет зависеть от VΣ. Отсутствие указаний на зависимость коэффициента C от объема VΣ, допускаемое в некоторых  учебных изданиях, представляет собой методическую погрешность, ведущую к ошибкам измерений.

Задания и контрольные вопросы

1. Убедитесь в справедливости формулы (1).

2. Выведите соотношение (5) из формулы Пуазейля.

3. Получите для градуировочного коэффициента C приближенное выражение (8). Предварительно измерив высоту h, оцените значение C для находящегося в вискозиметре объема жидкости. Сравните найденное значение с паспортными данными.

4. Условием, обеспечивающим ламинарность потока в капилляре, является критерий Рейнольдса: . Используя формулу (5), оцените критическое значение кинематического коэффициента вязкости . Достигается ли оно в проведенных опытах?

5. Какие условия обеспечивают малость инерционного члена в уравнении (4)? Выполняются ли они в проведенных опытах?

3

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83847. Подчелюстная область, треугольник Пирогова. Перевязка язычной артерии, показания, техника выполнения 48.93 KB
  В пределах подчелюстной области залегают: подчелюстная слюнная железа лицевые артерия и вена подподбородочные артерия и вена подъязычный и челюстноподъязычный нервы лимфатические узлы и клетчатка окружающая эти образования. Последняя сообщается с клетчаткой подъязычной области крыловидночелюстного окологлоточного пространств боковой области лица и шеи. Подчелюстные лимфатические узлы являются регионарными узлами челюстнолицевой области полости рта. Треугольник Пирогова Треугольное пространство в боковой части надподъязычной...
83848. Коникотомия. Показания, техника выполнения, осложнения, их профилактика 116.46 KB
  Врач встав справа от больного указательным пальцем левой руки нащупывает бугорок перстневидного хряща и углубление между ним и нижним краем щитовидного хряща соответствующее расположению конической связки. Большим и средним пальцами левой руки фиксируют щитовидный хрящ натягивая кожу над хрящами гортани и смещая кзади грудиноключичнососцевидные мышцы с расположенными под ними шейными сосудистыми пучками второй палец находится между дугой перстневидного и нижним краем щитовидного хряща. Скальпелем проводят горизонтальный поперечный разрез...
83849. Трахеостомия. Верхняя и нижняя трахеостомия. Показания, техника операции. Осложнения и их профилактика 53.71 KB
  Трахеостомия это операция формирования искусственного наружного свища трахеи трахеостомы после вскрытия ее просвета. Рассечение стенки трахеи называется трахеотомией и она является этапом выполнения трахеостомии. Показания: Механическая асфиксия: инородные тела дыхательных путей при невозможности удалить их при прямой ларингоскопии и трахе обронхоскопии; нарушение проходимости дыхательных путей при ранениях и закрытых травмах гортани и трахеи; стенозы гортани: при инфекционных заболеваниях дифтерия грипп коклюш при...
83850. Хирургическая анатомия переднего отдела шеи и основного сосудисто-нервного пучка шеи. Хирургическая тактика при ранении шеи 55.76 KB
  Хирургическая тактика при ранении шеи. Трегольники шеи и их прикладное значение 1. грудиноключичнососцевидной мышцей и срединной линией шеи: Подчелюстной треугольник ограничен краем нижней челюсти и обоими брюшками двубрюшной мышцы.
83851. Хирургическая анатомия щитовидной железы и околощитовидных желёз 49.08 KB
  Хирургическая анатомия щитовидной железы Щитовидная железа состоит из двух боковых долей и перешейка. В каждой доле железы различают верхний и нижний полюсы. Примерно в одной трети случаев наблюдается наличие отходящего кверху от перешейка в виде добавочной доли железы.
83852. Оперативные вмешательства на щитовидной железе. Техника выполнения, возможные осложнения 50.05 KB
  Оперативные вмешательства на щитовидной железе В настоящее время наиболее широко применяются следующие операции на щитовидной железе: удаление части органа резекция: полное удаление щитовидной железы тиреоидэктомия. Наиболее частой патологией щитовидной железы является диффузный токсический зоб. Субтотальная субфасциальная резекция шитовидной железы по О. расположенных в толще или под второй фасцией; рассечение париетального листка внутришейной фасции: выделение железы из ее капсулы; освобождение перешейка и пересечение его между...
83853. Хирургическая анатомия средостения. Доступы при флегмоне шеи и медиастините 51.42 KB
  Содержимое: дуга аорты: плечеголовной ствол; левая общая сонная артерия; левая подключичная артерия; ви лочковая железа; плечеголовные вены: верхняя полая вена: диафрагмальные нервы: блуждающие нервы: возвратные гортанные нервы: трахея: пищевод: грудной лимфатический проток: паратрахеальные. Среднее средостение Содержимое: перикард; сердце; восходящая часть аорты; легочный ствол; легочные артерии и легочные вены; правый и левый главные бронхи; верхний сегмент верхней полой вены: правый и левый диафрагмальные нервы: перикардиодиафрагмальные...
83854. Хирургическая анатомия молочной железы. Лечение гнойного мастита 50.44 KB
  Хирургическая анатомия молочной железы Скелетотопия: между III и VI ребрами сверху и снизу и между окологрудинной и передней подмышечной линиями с боков. Дольки железы располагаются радиально вокруг соска. Лимфатическая система женской молочной железы и расположение регионарных лимфатических узлов представляют большой практический интерес в связи с частым поражением органа злокачественным процессом.
83855. Хирургическое лечение рака молочной железы. Лимфодиссекция 50.03 KB
  Хирургическое лечение рака молочной железы В хирургии рака молочной железы в настоящее время применяются следующие оперативные вмешательства: А. Мэйеру удаление молочной железы с опухолью единым блоком с малой и большой грудными мышцами и клетчаткой подкрыльиовой. Экономные: Радикальная мастэктомия с сохранением большой грудной мышцы по Пейти удаление молочной железы с опухолью единым блоком с малой грудной мышцей и клетчаткой подмышечной подключичной и подлопаточной областей с лимфатическими узлами.