72717

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ

Лекция

Физика

Чаще всего для определения кинематической вязкости используют стеклянные вискозиметры в которых испытуемая жидкость протекает через капиллярные трубки определенного диаметра. В основе этого метода лежит известная формула Пуазейля для динамической вязкости...

Русский

2014-11-27

336 KB

8 чел.

Часть1 :  ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ

Приборы для определения вязкости называются вискозиметрами. Чаще всего для определения кинематической вязкости используют стеклянные вискозиметры, в которых испытуемая жидкость протекает через капиллярные трубки определенного диаметра. Отмечая время протекания жидкости через капилляр, можно вычислить ее вязкость. В основе этого метода лежит известная формула Пуазейля для динамической вязкости ή, которую он вывел, изучая истечение жидкостей из капилляров:

ή = {(π p r4)/8LV}•τ

где рдавление, при котором происходит истечение жидкости из капилляра; rрадиус капилляра; Lдлина капилляра; Vобъем жидкости, протекающей через капилляр; τ  время истечения жидкости в объеме V.

При определении кинематической вязкости жидкость протекает через капилляр под давлением собственного веса, которое можно подсчитать, зная высоту столба жидкости h и ее плотность ρ:

p = g h ρ

где gускорение силы тяжести.

Подставив в формулу Пуазейля значение р и разделив обе части eравнения на ρ, получаем выражение для кинематической вязкости v:

  1.  

Учитывая, что величины h, r, L и V имеют постоянные значения для данного вискозиметра, можно обозначить

Тогда:    или  

Величина С называется постоянной вискозиметра. Она не зависит от температуры, а зависит только от геометрических размеров вискозиметра. Для определения постоянной вискозиметра пользуются эталонными жидкостями с известной кинематической вязкостью vэ. Замеряя на данном вискозиметре время истечения  эталонной жидкости τэ, определяют   постоянную вискозиметра  С  (в мм22):

Каждый вискозиметр снабжается паспортом, в котором указана его постоянная.

АППАРАТУРА

В зависимости от прозрачности нефтепродукта и уровня его вязкости по ГОСТ 33—82 следует применять вискозиметры указанных ниже конструкций:

для измерения вязкости прозрачных жидкостей при температурах выше нулявискозиметр ВПЖ-1 (рис. 1а);

для измерения вязкости прозрачных жидкостей при любых температурахвискозиметры ВПЖ-2 (рис. 1б) и Пинкевича (рис. 1в);

для измерения вязкости непрозрачных жидкостей вискозиметры ВНЖ (рис. 1г);

для измерения вязкости малых количеств (не более 1 мл) прозрачных  жидкостей при любых температурах—микровискозиметр ВПЖМ (рис.1д).

             

а                                   б                                   в                             г            д

Рис.1 Приборы для определения вязкости нефтепродуктов:

а– вискозиметр ВПЖ-1;  б- вискозиметр ВПЖ-2; вискозиметр       Пинкевича;   г – вискозиметр ВНЖ;     д – вискозиметр ВПЖМ.

Подготовка аппаратуры и методика определения

Испытуемый продукт:

         а)Рафинат второго погона – образец 1;

        б) дизельное топливо – образцы 2, 3, 4;

        в) депарафинированное масло – образец 5;

        г) брайт-сток+рафинат второго погона – образец 6;

в) Остаточное первичное депмасло;

г) Экстракт фенольной очистки.

Выбранный вискозиметр тщательно промывают последовательно бензином, этиловым спиртом и сушат продуванием чистым нагретым воздухом или в сушильном шкафу. Если вискозиметр был сильно загрязнен, то его предварительно отмывают хромовой смесью и водой и сушат промывкой спиртом или ацетоном и продувкой теплого воздуха.

Испытуемый нефтепродукт в случае необходимости фильтруют от воды и механических примесей. Пробу нефтепродукта в вискозиметры разной конструкции набирают по-разному.

Для учебных целей чаще всего применяют вискозиметры ВПЖ-2 или Пинкевича. Вискозиметр с пробой нефтепродукта с помощью штатива и держателей устанавливают в строго вертикальном положении в подготовленный заранее термостатирующий сосуд. При этом вискозиметр нужно закреплять так, чтобы верхнее расширение 4 оказалось в жидкости термостата. В термостате устанавливают необходимую температуру с точностью ±0,1°С и выдерживают вискозиметр до проведения отсчетов при выбранной температуре 15 мин.

Засасывают грушей жидкость в колено 1 примерно до одной трети высоты расширения 4. Под давлением собственного веса жидкость начнет протекать из колена 1 через капилляр в колено 2. Точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М1, включают секундомер и останавливают его точно в тот момент, когда уровень жидкости достигнет метки М2. Время, отмеченное по секундомеру, записывают. Определение времени истечения жидкости через капилляр повторяют несколько раз. Число параллельных замеров, согласно ГОСТ 33—82, устанавливается в зависимости от времени истечения: пять измерений при времени истечения от 200 до 300 с; четырепри времени истечения от 300 до 600 с; три при времени истечения выше 600 с. При проведении отсчетов необходимо следить за постоянством температуры и за тем, чтобы в расширениях вискозиметров не образовывалось пузырьков воздуха.

Для расчета кинематической вязкости определяют среднее арифметическое время истечения из проведенных отсчетов. При этом надо иметь в виду, что учитывать можно только те отсчеты, которые отличаются не более чем на ±1,2—2,5% от среднего арифметического в зависимости от температуры определения. Кинематическую вязкость испытуемого нефтепродукта при температуре t vt  (в мм2/c) вычисляют по формуле:

где С-постоянная вискозиметра, мм22;  - среднее арифметическое учитываемых отсчетов времени истечения жидкости, с;  g—ускорение силы тяжести в месте измерения вязкости, см/с2; 980,7—нормальное  ускорение силы тяжести, см/с2; Ккоэффициент, учитывающий изменение гидростатического напора жидкости в результате расширения ее при нагревании; для вискозиметров  ВПЖ-2 и Пинкевича:

К = 1 + 0,000040 Δt

Часть2:  ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОЙ ВЯЗКОСТИ

Устройство вискозиметра: Вискозиметр (см. рис.) состоит из латунного резервуара 1 с трубкой 8 в его дне. В эту латунную трубку 8 вставлена отполированная платиновая трубка.

                                                   Резервуар 1 помещают во внешний                                                 цилиндрический  сосуд 2, являющийся                                                 жидкостной баней. Резервуар 1 закрывается                                                 крышкой с двумя отверстиями. В одно                                                  отверстие вставляется термометр 4, а в                                                    другое — стержень 6, с помощью которого                                                   запирается и открывается выходное                                                     отверстие 3 в отполированном дне                                                     резервуара 1.

Внутри резервуара на равном расстоянии от дна прикреплены три заостренных и изогнутых под прямым углом штифта 5. Эти штифты служат указателями уровня нефтепродукта, заливаемого в вискозиметр. По ним же судят об установке прибора в горизонтальном положении. Во внешнем сосуде 2 укреплена мешалка 7. Весь прибор устанавливается на треножнике 10, на двух ножках которого имеются установочные винты 9.  Прибор снабжен электрообогревом. Для измерения объема вытекающей из вискозиметра жидкости к прибору прилагается измерительная колба объемом 200 мл, специальный термометр, градуированный в рабочем положении, с поправкой на выступающий столбик ртути.

Вискозиметр для определения условной вязкости:

1- латунный резервуар; 2-внешний сосуд; 3 - выходное отверстие; 4-термометр; 5- штифты; 6 - стержень; 7-мешалка; 8-трубка; 9 - установочные винты; 10-треножник

Испытуемый продукт:

а)Рафинат второго погона – ;

б) депарафинированное масло 4-ой фракции;

     в) Остаточное первичное депмасло;

Методика определения водного  числа вискозиметра:

Постоянной или водным числом вискозиметра называется время истечения из него 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 °С.

Перед определением водного числа внутренний резервуар вискозиметра промывают последовательно петролейным или диэтиловым эфиром, спиртом и дистиллированной водой и высушивают воздухом. Устанавливают прибор в треножнике. Выходное отверстие 3 закрывают стержнем. Затем заливают в резервуар 1 дистиллированную воду, имеющую температуру 20°С, до уровня, при котором острия трех штифтов едва лишь выдаются над зеркальной поверхностью воды. Водой с той же температурой заполняют внешний резервуар до расширенной верхней части внутреннего резервуара. Установочными винтами 9 добиваются горизонтальной установки прибора, контроль по остриям штифтов.

Измерительную колбу подставляют под трубку 8 и, приподняв стержень, спускают всю воду в колбу. Это необходимо для заполнения сточной трубки, на нижнем конце которой при этом повисает крупная капля. Вновь закрывают отверстие стержнем и выливают воду из колбы в резервуар вискозиметра. После этого подставляют колбу опять под сливное отверстие. Устанавливают температуру воды в обоих резервуарах 20°С. В течение 5 мин температура воды не должна изменяться более чем на ±0,2 °С.

После всех этих приготовлений можно определять время истечения 200 мл воды из резервуара вискозиметра. Для этого приподнимают стержень и одновременно включают секундомер. Когда нижний край мениска воды достигнет кольцевой метки на колбе, секундомер останавливают и закрывают отверстие 3 стержнем.

Измерение водного числа повторяют последовательно 4 раза. Если результаты определения отличаются от среднего арифметического не более чем на 0,5с, то их можно принять для вычисления среднего значения. Если водное число вискозиметра выходит за пределы 51 ± 1 с, то вискозиметр для работы не готов. 

Методика определения условной вязкости:

Перед определением внутренний резервуар вискозиметра и сточную трубку промывают легким бензином и высушивают воздухом. Закрывают выходное отверстие стержнем. Обезвоженный, профильтрованный через сетку (с числом отверстий на 1 см2 не менее 576) и нагретый несколько выше заданной температуры (≈700С) испытуемый нефтепродукт наливают во внутренний резервуар вискозиметра в таком количестве, чтобы уровень его был несколько выше остриев штифтов. В баню вискозиметра заливают воду или глицерин (в случае определения вязкости при температуре 80—100°С), также нагретые до температуры несколько выше заданной. Выжидают, чтобы температура нефтепродукта сравнялась с заданной (±0,2°С). Температуру жидкости в бане поддерживают на 0,2—0,5 °С выше заданной, регулируя ее перемешиванием мешалкой и, при необходимости, легким подогревом. Выдерживают прибор при этих температурах 5 мин.

Затем поднятием стержня спускают избыток масла в стакан до тех пор, пока острия всех трех штифтов станут едва заметно выдаваться над уровнем нефтепродукта. Закрывают вискозиметр крышкой, а под сточную трубку подставляют чистую сухую измерительную колбу. Нефтепродукт начинают перемешивать термометром, вставленным в крышку. Для этого крышку осторожно вращают вокруг стержня. После того как находящийся в нефтепродукте термометр покажет точно заданную температуру, выжидают еще 5 мин. Затем быстро вынимают деревянный стержень из прибора и одновременно включают секундомер. Когда нефтепродукт в измерительной колбе дойдет точно до метки, соответствующей 200мл (пена в расчет не принимается), секундомер  останавливают и отсчитывают время истечения 200 мл нефтепродукта с точностью до 0,2 с. Допускаемые расхождения между двумя параллельными определениями не должны превышать при времени истечения до 250 с - 1с, до 500 с - 3 с, до 1000 с - 5 с.

Условная вязкость испытуемого нефтепродукта при температуре t ВУt (в условных градусах) вычисляется по формуле:

где τt - время истечения из вискозиметра 200 мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания t, с;  - водное число вискозиметра, с.

Образец

Температура опыта, 0С

Время истечения, сек

Среднее время истечения, сек

Условная вязкость, (усл.град.)

1

2

3

4


Лабораторная работа №3

Определение кинематической вязкости

Лист

7

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9630. Оценка приложения по системе SLIM 39.5 KB
  Оценка приложения по системе SLIM В регрессионном моделировании делается упор на создание формулы, которая лучше всего представляет точки данных рассеяния. В математическом моделировании главным является сопоставление данных с формой существующей ма...
9631. Отримання та дослідження поляризованого світла та визначення концентрації розчину цукру цукрометром 56 KB
  Отримання та дослідження поляризованого світла та визначення концентрації розчину цукру цукрометром Мета роботи: отримання та вивчення плоскої, еліптичної та кругової поляризації світла. Спостереження обертання площини поляризації та визначення конц...
9632. Вивчення треків заряджених частинок за готовими фотографіями 715.5 KB
  Вивчення треків заряджених частинок за готовими фотографіями Мета: ознайомитись з методами ототожнення заряджених частинок за фотографіями треків, утворених у камері ВІльсона і в товстошаровій емульсії. Обладнання: Фотографії з треками частинок, тра...
9633. Вивченння законів Ома та Кірхгофа для електричних ланцюгів сталого струму 386 KB
  Тема: Вивченння законів Ома та Кірхгофа для електричних ланцюгів сталого струму. Мета: вивчити закони Ома та Кірхгофа на практиці за допомогою лабораторної установки та вдосконалити навички у вимірюванні електричних величин. План роботи: Зібр...
9634. Создание гиперссылок в HTML-документе 42 KB
  Тема работы: Создание гиперссылок в HTML-документе. Цель работы: Научиться формировать гиперссылки на смежные документы Internet и на метки в текущем документе. Теоретическая часть: Важнейшим свойством языка HTML является возможность размещения на с...
9635. Понятие о принципах работы ЭВМ. Понятие о программном управлении работой компьютера 49 KB
  Понятие о принципах работы ЭВМ. Понятие о программном управлении работой компьютера. В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужну...
9636. Рабочая среда ТабП MS Excel 54.5 KB
  Рабочая среда ТабП MSExcel Основную область экрана занимает видимая часть поля ячеек, ограниченная сверху и слева адресными полосами и разделенная на отдельные ячейки. (клетки). На верхней адресной полосе представлены имена (координаты) столбц...
9637. Психология и этика коммерческой деятельности. Понятие о профессиональной психологии, этике, этикете 149.5 KB
  Психология и этика коммерческой деятельности Понятие о профессиональной психологии, этике, этикете Известно, что со времен А. Смита западная научная мысль была занята проблемой специфики того нового социально-экономического и культурного строя, кот...
9638. Коммерческие сделки и посредничество 82.5 KB
  Коммерческие сделки и посредничество Понятие сделки Сделками признаются действия граждан и юридических лиц, направленные на установление, изменение или прекращение гражданских прав и обязанностей (ст. 153 ГК РФ). Таким образом, сделку характеризуют ...