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

18 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

37818. Обработка контуров в растровом графическом редакторе Adobe Photoshop 1.04 MB
  Задачи: научиться выполнять корректировку контура посредством простого переноса фрагментов изображения; научиться применять средство Liquify для обработки контуров человека. Корректировка контура с помощью простого переноса фрагментов изображения Данная методика предназначена для корректировки контура посредством простого переноса фрагментов изображения. Выполняя данное упражнение вы уменьшите объем ягодиц и бедер посредством простого переноса фрагментов изображения: До обработки После обработки Рис. Сравнение изображения До...
37819. встановлення ОС Windows 98 33.5 KB
  Якщо з розділами все гаразд то починаємо встановлення ОС.exe Після запуску система автоматично почне встановлення. Вибираємо необхідну мову встановлення.
37820. Логические основы редактирования 39 KB
  Необычный фестиваль на Кубани Почти 300 участниц представляющих 29 регионов страны съехались в Краснодар на первый фестиваль женского спорта России. Прошли уже две спартакиады трудящихся в Самаре и Тамбове теперь вот женский фестиваль. Зато фестиваль удался на славу. Краснодарцы очень тепло встречали фестиваль.
37821. Вычислить количество букв d и c в потоке данных (поток данных ввести произвольно на клавиатуре) и вывести результат на экран 14.89 KB
  Вывод: выполняя лабораторную работу, я научилась работать с потоками данных.
37822. Робота із утилітою SiSoftware Sandra 26 KB
  SiSoftwre Sndr розроблена для роботи в ОС Windows 32. Запустити програму SiSoftwre Sndr Ознайомитись із меню програми. За допомогою SiSoftwre Sndr отримати інформацію про систему список підключених пристроїв.
37823. РЕКУРСИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ 143.5 KB
  = Координаты нуля фильтрапробки на zплоскости. = Частота режекции в единицах главного диапазона Ширина фильтрапробки на уровне 0.9 полосы подавления должна быть равна Гц = Координаты нуля фильтрапробки на zплоскости.
37824. Діагностика комп’ютерних мереж 866.5 KB
  Головне вікно програми EtherSnoop Для роботи процесу перехоплення пакетів оберіть мережений інтерфейс вбудованої або зовнішньої мережевої карти що обирається за допомогою списку зображеного на рисунку 2. Рисунок 2 Список для вибору мережевого інтерфейсу Для налагодження режиму перехоплення пакетів виконуються три етапи підготовки: Виділення буферу розміру памяті для збереження інформації про перехоплені пакети рис. Рисунок 3 Вікно налагодження розміру буфера Рисунок 4 Вибір фільтру пакетів Рисунок 5 Вибір...
37825. Безпека в мережі 226 KB
  Перераховані порушення роботи в мережі викликали необхідність створення різних видів захисту інформації. Умовно їх можна розділити на три класи: засоби фізичного захисту; програмні засоби антивірусні програми системи розмежування повноважень програмні засоби контролю доступу; адміністративні міри захисту доступ у приміщення розробка стратегій безпеки фірми і т. Одним із засобів фізичного захисту є системи архівації і дублювання інформації. Для боротьби з комп'ютерними вірусами найбільше часто застосовуються антивірусні...
37826. Обробка масивів 87 KB
  Мета роботи: вивчити властивості компонента TStringGrid. Компонент TStringGrid При роботі з масивами введення і виведення інформації на екран зручно організовувати у виді таблиць використовуючи компонент TStringGrid. Значення N вводити в компонент Tedit А и В у компонент TStringGrid. Результат після натискання кнопки типу TButton вивести в компонент TStringGrid.