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

401. Управление персоналом на предприятии Панифкооп 329 KB
  Концепция управления персоналом организации в условиях рыночных отношений. Взаимоотношения с внутренними и внешними клиентами, руководителями, равными по положению, подчиненными. Обучение, переподготовка, повышение квалификации.
402. Компьютерная графика 951 KB
  Технические средства ввода графической информации. Особенности представления цвета в видеоадаптерах EGA и VGA. Элементарные аффинные преобразования в пространстве, составляющие базис операций машинной графики. Понятие текстуры и способы моделирования текстур.
404. Разработка программы реализирующей цветное движущееся изображение 97 KB
  написание программы для DOS и Windows, отображающую рисование дворников автомобиля. Предусмотрение возможности задания скорости исполнения и приостановки/возобновления выполнения по нажатию клавиши на клавиатуре или мыши (для версии под Windows).
405. Создание программы с цветным движущимся изображением 79 KB
  По заданию требуется разработать программу, реализующую цветное движение: вращение многоугольника (количество углов от 3 до 5 задается пользователем). Алгоритмы работы программ различные, что обусловлено высоким уровнем библиотеки OpenGL и относительно низким уровнем средств DirectX.
406. Разработка электронного устройства на примере RC-генератора 1.72 MB
  Назначение и виды генераторов. Схема трёхзвенной RC-цепи. Генераторы синусоидальных колебаний. Режимы самовозбуждения. Автоматическое смещение с помощью базового делителя. Мощные усилительные каскады. Выбор электрической схемы электронного устройства и её описание.
407. Разработка сети кампуса с выходом во внешнюю среду 955 KB
  Список оборудования и линий связи. Сети кампуса объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах одного здания или в пределах одной территории. Сеть разрабатывалась на основе структурированной кабельной системы.
408. Схема модификации резонаторного фильтра для использования в полосовых структурно-перекрытых реализациях фильтров 178.5 KB
  Коэффициенты передачи в выходные узлы можно вычислить методом графов, так как данная схема довольно проста. Формула Мейсона представляет собой отношение произведения коэффициентов передачи ветвей. Для вычисления γ12 выделим в отдельную схему элементы и связи между ними.
409. Анализ и прогнозирование деятельности предприятия ремонтная организация 413 KB
  Возможности организации (резюме). Правовое обеспечение деятельности организации. Стратегия финансирования. Организационный план, конкуренция и рынок сбыта. Оценка рисков и страхования.