42747

Определение скорости движения тела в жидкости на примере осаждения твердой частицы в неподвижной среде под действием силы тяжести

Лабораторная работа

Физика

Скорость такого равномерного движения частицы в среде называют скоростью осаждения. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ: Лабораторная установка для определения скорости осаждения частиц состоит из стеклянного цилиндра рис. Установка снабжена микрометром для определения диаметра шариков ареометром для определения удельного веса глицерина секундомером для замера времени осаждения шариков на пути между метками на цилиндре.

Русский

2013-10-30

78 KB

17 чел.

Лабораторная работа №3

«Определение скорости осаждения»

ТЕМА: Определение скорости движения тела в жидкости на примере осаждения твердой частицы в неподвижной среде под действием силы тяжести.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ:

Проведение ряда процессов хим.технологии связано с движением твердых тел в капельных жидкостях или газах. К таким процессам относится, например, осаждение твердых частиц из суспензий и пылей под действием силы тяжести и инерционных сил.

При движении тела в жидкости (или при обтекании неподвижного тела движущейся жидкостью) возникают сопротивления, для преодоления которых и обеспечения равномерного движения тела должна быть затрачена определенная энергия. Величина возникающего сопротивления зависит главным образом от режима движения и формы обтекаемого тела.

При ламинарном движении, наблюдающимся при небольших скоростях и малых размерах тел или при высокой вязкости среды, тело окружено пограничным слоем жидкости и плавно обтекается потоком (рис. а). Потеря энергии в таких условиях связана в основном лишь с преодолением сопротивления трения.

С развитием турбулентности потока (например, с увеличением скорости движения тела) все большую роль начинают играть силы инерции. Под действием этих сил пограничный слой отрывается от поверхности тела, что приводит к понижению давления за движущимся телом в непосредственной близости от него и к образованию беспорядочных местных завихрений в данном пространстве (рис. б). Если частица массой m начинает падать под действием силы собственного веса, то скорость ее движения первоначально возрастает со временем. Однако с увеличением скорости будет расти сопротивление движению частицы и, соответственно, уменьшается ее ускорение. В результате через короткий промежуток времени наступит динамическое равновесие: сила тяжести, под действием которой частица движется, станет равна силе сопротивления среды. Начиная с этого момента ускорение движения будет равно нулю и частица станет двигаться равномерно – с постоянной скоростью. Скорость такого равномерного движения частицы в среде называют скоростью осаждения.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ:

Лабораторная установка для определения скорости осаждения частиц состоит из стеклянного цилиндра (рис. в) с нанесенными на нем метками (ниже периода установления равномерной скорости). Цилиндр заполнен глицерином до уровня примерно 1,2 м от дна цилиндра.

Установка снабжена микрометром для определения диаметра шариков, ареометром для определения удельного веса глицерина, секундомером для замера времени осаждения шариков на пути между метками на цилиндре.

ХОД РАБОТЫ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

Микрометром замеряем диаметры четырех шариков. Каждый шарик осторожно опускаем на поверхность глицерина ближе к центру цилиндра. При прохождении шариком верхней метки включаем секундомер и следим за движением шарика. При достижении нижней метки выключаем секундомер и замеряем продолжительность прохождения шариком пути l = 1,0 м. Проводим три опыта с каждым шариком и по полученным значениям вычисляем среднее ср. 

Данные заносим в таблицу:

Диаметр шарика,

d, м

Путь

осаждения

h, м

Время осаждения, , сек.

1

2

3

ср

0,00084

1,0

415,0

-

-

415,0

0,002

1,0

30,0

29,4

29,0

29,5

0,003

1,0

13,4

14,8

13,2

13,8

0,00396

1,0

8,2

8,4

8,5

8,4

Ареометром замеряем удельный вес глицерина:

ср=1,240 Г/см3 =1,240*104 Н/м3

По опытному значению скорости осаждения самого маленького шарика определяем вязкость глицерина, полагая, что осаждение этого шарика подчиняется закону Стокса:

откуда  

где ч – удельный вес частицы, Н/м3

     ср– удельный вес среды, Н/м3

      d – диаметр, м.

     Wос оп – опытное значение скорости осаждения, м/сек.

       - вязкость среды, Н*сек/м2 

Закон Стокса применим лишь при ламинарном режиме осаждения, т.е.    Re < 1. Проверим выполнение этого условия:

Полученные данные заносим в таблицу:

Измеряемые величины

Размерность

Величина

Удельный вес шарика

Н/м3

7,693*104

Удельный вес глицерина

Н/м3

1,240*104

Плотность глицерина

кг/м3

1265

Вязкость глицерина

Н*сек/м2

1,05

Опытную скорость осаждения всех шариков определяем как и скорость осаждения самого маленького шарика:

Очевидно, теоретическая скорость осаждения самого маленького шарика совпадает с опытной величиной, поскольку последняя использована для определения вязкости на основании применимости закона Стокса.

Для определения теоретической скорости осаждения остальных шариков необходимо найти значение критерия Ar:

По численному значению критерия Ar по графику зависимости критерия Ar от критерия Re определяем число Re и искомую скорость осаждения:

Далее находим процент приближения опытного значения скорости осаждения к теоретически вычисленному:

Результаты вычислений вносим в таблицу:

Диаметр шарика

d, м

Опытн.скорость осаждения

м/сек

Критерий

Ar

Re

Теор.скорость осаждения

% приближение

0,00084

0,0024

-

0,0024

0,0024

100

0,002

0,034

0,59

0,3

0,125

27,2

0,003

0,072

2,0

0,6

0,166

43,4

0,00396

0,119

4,6

3,0

0,629

18,9

Вывод по работе:

В ходе работы мы определили опытным путем скорость движения тела в жидкости на примере осаждения твердой частицы в неподвижной среде под действием силы тяжести и убедились что опытная скорость совпадает с расчетной (теоретической) скоростью.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62264. Окремі організаційні та функціональні складові судів в Україні 45.99 KB
  Члени Вищої кваліфікаційної комісії суддів України з числа суддів призначаються зїздом суддів України відкритим або таємним голосуванням. Зїзд суддів може обрати більше ніж шість суддів на випадок вибуття одного або кількох членів зі складу Комісії...