㈠ 化工原理實驗中哪些用到了風機工作
化工原理實驗中哪些用到了風機工作:
化工原理實驗裝置系列一、雷諾實驗裝置 JGKY-LN實驗目的:1、觀察流體在管內流動的兩種不同型態。2、觀察滯流狀態下管路中流體速度分布狀態。3、測定流動形態與雷諾數Re之間的關系及臨界雷諾數值。主要配置:有機玻璃水槽、示蹤劑盒、示蹤劑流出管、細孔噴嘴、玻璃觀察管、計量水箱、不銹鋼框架。技術參數:1、有機玻璃水槽:大於30L。2、玻璃觀察管:Φ20mm。3、計量水箱:容積大於8L。4、指示液為紅墨水或其它顏色鮮艷的液體。5、框架為不銹鋼,結構緊湊,外形美觀,流程簡單,操作方便。6、外形尺寸:1200×450×1300mm。二、柏努利實驗裝置 JGKY-BNL實驗目的:1、熟悉流體流動中各種能量和壓頭的概念及相互轉化關系,加深對柏努利方程式的理解。2、觀察各項能量(或壓頭)隨流速的變化規律。主要配置:蓄水箱、水泵、有機玻璃實驗水箱、有機玻璃計量水箱、測壓管、閥門、不銹鋼框架。技術參數:1、水泵為微型增壓泵,功率:90W。2、計量水箱:容積大於8L。3、實驗管道:Φ20與Φ40mm。4、測壓管 Φ8有機玻璃管 指示液為水,無毒、使操作更為安全。5、實驗水箱: 400×250×450 mm(透明有機玻璃水箱)。蓄水箱: 600×400×400 mm(PVC或不銹鋼水箱)。6、實驗所用的流體--水為全循環設計。7、框架為不銹鋼,結構緊湊,外形美觀,流程簡單,操作方便。8、外形尺寸:1800×500×1500mm。三、離心泵特性曲線測定實驗裝置 JGKY-LXB實驗目的:1、了解離心泵的結構和特性,熟悉離心泵的操作。2、測量一定轉速下的離心泵特性曲線。3、了解並熟悉離心泵的工作原理。主要配置:蓄水箱、離心泵、壓力表、真空表、功率表、渦輪流量計、實驗管路、不銹鋼框架、控制屏。技術參數:1、卧式離心泵流量6
m^{3}
m
3
/h,揚程15m,功率370W。
2、流量測量採用渦輪流量計,流量約0.5~8 m3/h。3、壓力表:Y-100型,0~0.6Mpa,真空表-0.1~0Mpa。4、功率測量:數字型功率表,精度1.0級。5、蓄水箱由PVC或不銹製成,容積約80L。6、實驗所用的流體--水為全循環設計。7、控制屏面板及框架為不銹鋼,結構緊湊,外形美觀,流程簡單,操作方便。8、外形尺寸:1600×500×1500mm。數據採集型(JGKY-LXB/Ⅱ):配計算機、微機介面和數據處理軟體、渦輪流量計及流量積算儀、變頻器、壓力感測器。能在線監測流量、壓力等實驗數據。四、恆壓過濾實驗裝置 JGKY-GL/HY實驗目的:1、掌握過濾的基本方法。2、掌握在恆壓下過濾常數K、當量濾液體積qe的求取。3、觀察過濾終了速率與洗滌速率的關系。主要配置:板框過濾機、空壓機、壓力容器、計量槽、盛渣槽、攪拌電機、控制閥、不銹鋼框架。技術參數:1、板框過濾機的過濾面積:0.084m2,過濾介質:帆布。2、空壓機排氣量:0.036m3/h,壓力:0.7MPa,功率:750KW。3、壓力容器:容積約35L,上裝壓力表(0-0.6Mpa)、空壓 機入口給混合液加壓、視鏡可方便觀察容器內的液位。4、盛渣槽:過濾時會有一定泄漏現象,為保證實驗室的衛生用來盛泄漏的混合液。5、計量槽由有機玻璃製成,容積:約14L。6、攪拌器轉速:0-200轉/min。7、框架為不銹鋼,結構緊湊,外形美觀,流程簡單,操作方便。8、外形尺寸:1700×600×1600mm。數據採集型(JGKY-HY GL/Ⅱ):配計算機、微機介面和數據處理軟體、重量感測器、壓力感測器。能在線監測慮液量、壓力等實驗數據。五、流量計校核實驗裝置 JGKY-LX實驗目的:1、熟悉節流式流量計的構造及應用。2、掌握流量計的流量校正方法。3、通過對流量計量系數的測定,了解流量系數的變化規律。
主要配置:水泵、孔板流量計、文丘里流量計、計量水槽、秒錶、U型壓差計、蓄水箱、不銹鋼框架及管路、控制屏。技術參數:1、水泵:最大流量30L/min、最高揚程16m、功率370W、工作電壓220V、轉速2850r/min2、孔板孔口徑:dO=8mm,不銹鋼材質。3、文丘里管喉徑:dV=8mm,不銹鋼材質。4、計量槽容積:15L,蓄水箱容積:20L。5、實驗所用的流體--水為全循環設計。7、框架為不銹鋼,結構緊湊,外形美觀,操作方便。8、外形尺寸:1500×500×1500mm。數據採集型(JGKY-LX /Ⅱ):配計算機、微機介面和數據處理軟體、壓差感測器、渦輪流量計及流量積算儀。能在線監測壓差、流量等實驗數據。六、流體流動阻力實驗裝置 JGKY-ZL實驗目的:1、掌握流體流經直管和閥門時的阻力損失和測定方法,通過實驗了解流體流動中能量損失的變化規律。2、測定流體流經閥門時的局部阻力系數ζ。3、測定直管摩擦系數λ與雷諾數Re之間的關系。主要配置:水泵、蓄水箱、沿程阻力光滑管、沿程阻力粗糙管、局部阻力管、壓差計、流量計、閥門、實驗台架及電控箱。技術參數:1、粗糙管段:不銹鋼管,管徑25mm、管長1.6m,內裝不銹鋼螺旋絲或工業鍍鋅管。2、光滑管段:不銹鋼光滑管,管徑25mm、管長1.5m。3、局部阻力段:管徑25mm,測量閥門局部阻力。4、水泵:流量5m3/h、揚程20m、電機功率:550W。5、流量計:採用轉子流量計或渦輪流量計,(渦輪流量計:LWCY-15,0.6-6 m3/h,LED背光液晶顯示)。6、蓄水箱為不銹鋼材質,容積約40L。7、閥門及三通等管件均為304不銹鋼材質。8、操作台架及電控箱為不銹鋼材質,結構緊湊,外形美觀,流程簡單,操作方便。9、尺寸:2000×600×1800mm。數據採集型(JGKY-ZL/Ⅱ):配計算機、微機介面和數據處理軟體、壓差感測器、渦輪流量計及流量積算儀。能在線監測壓差、流量等實驗數據。
七、流化床乾燥實驗裝置 JGKY-GZ/LHC實驗目的:1、了解流化床乾燥裝置的結構、流程及操作方法。2、學習測定物料在恆定乾燥條件下乾燥特性的實驗方法,研究乾燥條件對乾燥過程特性的影響。3、掌握根據實驗乾燥曲線求取乾燥速率曲線以及恆速階段乾燥速率、臨界含水量、平衡含水量的實驗分析方法。主要配置:空氣旋渦泵、電加熱箱、流化床體、集塵器、加料斗、旋風分離器、U型壓差計、孔板流量計(或畢託管流量計)、不銹鋼實驗台架及電控箱。技術參數:1、空氣旋渦泵:風量450 m3/h,風壓120mmH2O,效率66%,軸功率0.75KW。2、電加熱箱:功率2KW,不銹鋼材質。3、U型壓差計:測量流化床總塔壓差及進風流量。4、電控箱:在電控箱上裝有智能溫控儀表,測量乾燥室的進出口溫度;電源開關、風機開關,按下開關旋鈕對應的工作開始進行。5、實驗台架及控制屏均為不銹鋼材質,結構緊湊、外形美觀、流程簡單、操作方便。6、外形尺寸:1500×600×2000mm。數據採集型(JGKY-GZLHCⅡ):配計算機、微機介面和數據處理軟體、溫度感測器、壓差感測器、渦輪流量計及流量積算儀。能在線監測壓差、溫度、流量等實驗數據。八、傳熱實驗裝置 JGKY-CR實驗目的:1、熟悉傳熱實驗的實驗方案設計及流程設計。2、了解換熱器的基本構造與操作原理。3、掌握熱量衡算與傳熱系數K及對流傳熱膜系數α的測定方法。4、了解強化傳熱的途徑及影響傳熱系數的因素。主要配置:套管換熱器、蒸汽發生器、氣泵、熱電偶、數顯儀表、壓力表、熱球風速儀或轉子流量計、實驗管道、閥門、不銹鋼框架、控制屏。技術參數:1、套管換熱器:內管ф22X1.5mm,外管ф52X1.5mm,換熱段長度:1.0m。2、蒸汽發生器:不銹鋼製作,加熱功率:2KW,操作電壓220V。3、氣泵:離心式中壓吹風機,功率:250W,轉速:2800/min,風壓:1300Pa,風量:8m3/min。
4、壓力測量:測量范圍:0-2.5MPa,精度0.5級;溫度測量:測量范圍:-50 - 150℃,精度0.5級。5、熱球風速儀:測量風速:0.05-10m/s;轉子流量計:測量范圍:4-40 m3/h。6、實驗管道、閥門為不銹鋼和銅結構。7、框架為不銹鋼,結構緊湊,外形美觀,流程簡單,操作方便。8、外形尺寸:1500×550×1700mm。數據採集型(JGKY-CR/Ⅱ):配計算機、微機介面和數據處理軟體、溫度感測器、壓力感測器、渦輪流量計及流量積算儀。能在線監測壓力、溫度、流量等實驗數據。九、填料吸收實驗裝置 JGKY-XS/TL實驗目的:1、了解填料吸收塔的結構、流程及操作方法。2、觀察填料吸收塔的流體力學行為並測定在干、濕填料狀態下填料層壓降與空塔氣速的關系。3、測定總傳質系數Kya,並了解其影響因素。主要配置:吸收塔、風機、混合穩壓罐、流量計、U型壓差計、蓄水箱、水泵、壓力儀表、溫度儀表、不銹鋼框架、控制屏。技術參數:1、吸收塔採用填料塔,尺寸:φ100×800mm,塔體為透明有機玻璃,便於學生觀察相關實驗現象2、填料:φ10×10×1mm瓷拉西環,吸收介質:二氧化碳氣體,吸收劑:水。3、風機:風壓≥0.04Mpa,排氣量≥85 L/min。4、流量計流量:氣體轉子流量計兩個,大流量液體轉子流量計一個5、壓差計:U型壓差計,觀察上下塔壓降變化。6、壓力儀表:測量范圍0-2.5MPa,精度0.5級;溫度儀表:測量范圍-50 – 150℃,精度0.5級。7、混合穩壓罐:不銹鋼製作,對空氣和二氧化碳氣體充分混合、穩壓後輸出。8、框架為不銹鋼,結構緊湊,外形美觀,流程簡單,操作方便。9、外形尺寸:2000×600×1700mm。數據採集型(JGKY-XCTL/Ⅱ):配計算機、微機介面和數據處理軟體、溫度感測器、壓差感測器、渦輪流量計及流量積算儀。能在線監測壓差、溫度、流量等實驗數據。
十、精餾實驗裝置 JGKY-JL實驗目的:1、熟悉精餾單元操作過程的設備與流程。2、了解板式塔結構與流體力學性能。3、掌握精餾塔的操作方法與原理。4、學習精餾塔效率的測定方法。主要配置:精餾塔、冷凝器、再沸器、溫控系統、加料系統、迴流系統、產品貯槽、配料槽及測量儀表、不銹鋼框架、控制屏。技術參數:1、精餾塔體和塔板均採用不銹鋼製作,精餾塔容積:8L;塔徑:φ50mm,塔板數:13塊,板間距:100mm,孔徑:φ2mm,開孔率:6%。2、冷凝器換熱管管徑:φ12mm,壁厚:1mm,換熱面積:0.0568m2。3、再沸器採用不銹鋼製作,內置電加熱管加熱,總加熱功率為2000W,分兩組,各1000W。4、溫控系統採用自動無級控溫承擔精餾塔的溫度控制調節。5、加料系統:料液泵流量:0.4m3/hr,揚程:8m,功率:120W。6、塔頂餾出液的組成:90-95%,進料組成:15-35%。7、裝置產量:約4L/H。8、迴流系統:由兩支LZB-6的液體流量計控制迴流比。9、各項操作及溫度、壓力、流量的顯示、調節、控制全在控制屏板面進行。10、框架為不銹鋼,結構緊湊,外形美觀,流程簡單,操作方便操作方便,操作方便。
㈡ 精餾塔篩板的穩定系數為多少時不會發生液漏
一、篩板精餾實驗裝置篩板的流體力學驗算
1.氣體通過篩板壓強相當的液柱高度hp
(1)干板壓降相當的液柱高度,查干篩孔的流量系數圖得,C0=0.84
(2)氣體穿過板上液層壓降相當的液柱高度由充氣系數與關聯圖查得板上液層充氣系數﹦0.62
(3)克服液體表面張力壓降相當的液柱高度,故單板壓降
二、篩板精餾實驗裝置篩板的流體力學驗算
1、干板壓降相當的液柱高度,查干篩孔的流量系數圖得,C0=0.84
2、氣體穿過板上液層壓降相當的液柱高度,由充氣系數與關聯圖查得板上液層充氣系數﹦0.73
3、克服液體表面張力壓降相當的液柱高度,故單板壓降
二、霧沫夾帶量的驗算
1、篩板精餾實驗裝置霧沫夾帶量的驗算
故在設計負荷下不會發生過量霧沫夾帶。
2、篩板精餾實驗裝置霧沫夾帶量的驗算
故在設計負荷下不會發生過量霧沫夾帶。
三、篩板精餾實驗裝置漏液的驗算
1、篩板精餾實驗裝置漏液的驗算
篩板的穩定性系數 故在設計負荷下不會產生過量漏液。
2、篩板精餾實驗裝置漏液的驗算
篩板的穩定性系數 故在設計負荷下不會產生過量漏液。
四、液泛驗算
1、篩板精餾實驗裝置液泛驗算 為防止降液管液泛的發生,應使降液管中清液層高度,則故在設計負荷下不會發生液泛。
2、篩板精餾實驗裝置液泛驗算
為防止降液管液泛的發生,應使降液管中清液層高度,則故在設計負荷下不會發生液泛。根據以上塔板的各項液體力學驗算,可認為此精餾塔塔徑及各項工藝尺寸是適合的
㈢ 流體設備包含哪些
流體設備是什麼
是實驗室的水力學實驗中的一個用的設備,是吧?
流體機械的主要參數有哪些
主要是看你的流體是在機械的什麼縫隙中流動。比如大孔變小孔液阻就會發生變化。平行板間的縫隙也會使液阻變化。不同的縫隙公式不一樣。跟你的液體粘度 間隙大小有關。
流體設備與自動化設備都屬於機械配件嗎
機械設備由零部件組成。你說的這些東西對機械設備來說都屬於外購的成品。但對專做上述產品的廠家來說。這些東西也是由具體的零部件組成。
測量流體相關設備包括哪些?
一、減壓閥
顧名思義,減壓閥是指當流體壓力通過時使得流體圧力減小的閥門。常適用於要求更小的流體壓力輸出或壓力穩定輸出的場合。然而輸入的流體壓力、流量常常是變動的,能夠抵禦這種變化,並達到要求的結果是評價減壓閥性能重要指標,各個廠家生產的減壓閥的差異正在這里。簡而言之,當流量一定時,輸出壓力的波動(由於輸入壓力的變化)輸出壓力波動越小越好,當輸入壓力一定時,輸出壓力的變化(由於流量的變化)。輸出壓力波動越小越好,一般輸出壓力越低,它隨流量變化的波動越小。
二、背壓做頃空閥
針對於減壓閥(為了獲取一定要求的流體輸出壓力)而言,背壓閥具有保證一定的流體輸入壓力的特性,當外部壓力大於背壓閥設定壓力時,通過背壓閥達到使壓力釋放的作用。可以這樣講,安全閥、背壓閥都是指當到達一定壓力時使壓力得到釋放的裝置,實際使用時,二者的名稱常常混合,不易區分。
三、壓力開關
壓力開關是指當感應到指定圧力時,能自動的流體相關設備的關鍵詞輸出信號的裝置。接受到信號的設備從而產生瞬間的停止、移動等動作。有時和壓力感測器用來混合使用,它們的區別在於,壓力開關是在某一特定的壓力時信號輸出,而壓力感測器是在某一特定壓力區域內信號輸出,常常使用在機械、電氣設備的運行控制中。
四、閘閥
閘閥就是使流體停止流動的閥門。從簡單斷通到流量調整有眾多的方式,一般多能夠一點點地調整流體的流量。針閥是指在發閥的前端附帶一個象針形的裝置,用來進行微量的流量調整。
五、針閥
針閥是流量調整閥的一類,其前端附帶一個象針形的裝置,用來進行微量的流量調整。
六、流量調整閥
流量調整閥也稱流量控制閥,原理同針閥一樣,通過閥體的流體流量受輸入流體壓力的變化影響越小反應了性能越好,並且具有能抑制反向流體的壓力的功能。和壓力調節閥(如減壓閥、背壓閥)等保證一定壓力的閥門不一樣,保證一定流量的閥門是流量調整閥,在流量、壓力都需保證的場合,兩者同時使用能達到要求的效果。流體調整的流量越是微量,製作也就越復雜,能生產出穩定、優質產品的廠家是有限的。
●逆止閥
逆止閥也稱止回閥、抑製法或單向閥。
流體在流向上只能單向流動。遇到反向的流體閥門自動關閉。是防止逆流的閥門,然而,能過做到保持什麼程度的逆止性和流向上的光滑性。各個廠家產品有所差異。常用啟動壓力來表現流向的特性。逆止性通常是根據材料來判斷的。
●安全閥
安全閥是指在達到某一設定的壓力時自動開啟的閥門,也是逆止閥的一種(業內也有把逆止閥歸為安全閥),根據用途叫法不同而已。對於設定的壓力准確的啟動是評價產品的關鍵。不會滲漏當然也是重要的指標。
●氣缸
氣缸是指用一個柱狀活塞的軸將水或油等流體不斷的吸入、抽出的裝置。
●流量計
流量計的作用是測定流體的流量。按原純瞎理區分有熱導型、渦流型和浮閥型,按不同的使用環境和流體選擇不同的類型。
●質量流量計
質量流量計是熱導型流量計乎磨,是通過測定流體的熱量移動來測量流量,也稱質量測定式流量計,常用於要求精度較高微量的場合。
●氣體分析儀
氣體分析儀是指測量氣體濃度、氣體組成成份的裝置,濃度范圍可以從%到ppm、ppb。
測定後的目的,是根據測定的值來進行系統控制。
根據測定方式的不同,對相同氣體成份的測定結果會產生。
●氣體混合計
氣體混合計是指將2種以上的氣體均勻的混合的裝置。
在食品、半導體界有著廣泛的應用。
●荷重計
荷重計大......
流體機械 是干什麼的
以氣體或液體為工作介質來轉換能量的機械。流體機械通常包括水輪機、汽輪機、燃氣輪機、膨脹機、風力機、泵、通風機、壓縮機、液力耦合器、液力變矩器、氣動工具、氣動馬達和液壓馬達等。
水輪機、汽輪機、燃氣輪機、膨脹機和風力機是原動的流體機械,把流體的能量轉換為機械能。泵、通風機和壓縮機是從動的流體機械,把動力機的機械能傳遞給流體,提高流體壓力並抽吸或壓送流體。液力耦合器和液力變矩器是把輸入轉軸的機械能通過流體傳遞給輸出軸,是傳遞動力的器件。風動工具是以壓縮空氣為動力的一種工具。氣動馬達和液壓馬達分別是氣壓傳動和液壓傳動中的執行元件。
不論是原動的流體機械還是從動的流體機械,它們都利用或消耗能量。流體機械所用的能源,最多的是燃料(煤、石油和天然氣等)的化學能,它們以熱能的形式釋放出來,然後再轉化成機械能或電能。把熱能轉換為機械能的機械稱為熱力發動機,如燃氣輪機和汽輪機。內燃機也是一種熱力發動機,但習慣上不稱為流體機械。此外,風力機、水輪機和膨脹機可以直接或將能量轉換為電能後帶動從動機。
泵、通風機和壓縮機是應用廣泛、消耗能量多的從動流體機械,而從動的流體機械往往又是以原動的流體機械作為動力的。
水輪機、汽輪機和燃氣輪機的工質分別為水、蒸汽和燃氣。泵輸送的是水、油或其他液體。通風機和壓縮機輸送各種氣體。風力機和膨脹機的工質分別為空氣和其他氣體。風動工具和氣動馬達的工質為壓縮空氣或其他壓縮氣體。液壓馬達的工質為液壓油。各種流體機械由於作用原理、結構形式和用途不同,所用工質的溫度、流量和壓力的差別也很大。
流體機械按工作原理主要分為容積式和動力式兩類。容積式流體機械依靠運動元件改變工作容積來實現能量轉化。動力式流體機械依靠高速旋轉葉片與流體之間力的相互作用來轉換能量,又稱透平機械。還有一種噴射器也屬於動力式。它的工作原理是高速噴射的流體與被抽吸流體相混合,進行動量交換,並以此傳遞能量。
流體機械按結構分為旋轉式和往復式兩類。動力式流體機械通常是旋轉式,容積式流體機械有旋轉式和往復式兩類。例如,回轉壓縮機和回轉泵雖然也是旋轉式、設有往復運動機構,但它們的工作原理與透平壓縮機和動力式泵不同,分別屬容積式壓縮機和容積泵。
多相流體機械都有哪些
主要是看你的流體是在機械的什麼縫隙中流動。比如大孔變小孔液阻就會發生變化。平行板間的縫隙也會使液阻變化。不同的縫隙公式不一樣。跟你的液體粘度 間隙大小有關。
流體機械及工程的介紹
流體機械與工程學科(專業)研究各種以流體作為工質和能量載體的機械設備的流體動力學原理與設計,以及與的實驗與數值。
流體機械重要參數是哪幾個!
主要是看你的流體是在機械的什麼縫隙中流動。比如大孔變小孔液阻就會發生變化。平行板間的縫隙也會使液阻變化。不同的縫隙公式不一樣。跟你的液體粘度 間隙大小有關。
銷售流體設備需要學習什麼東西,需要做些什麼?
流體設備是不是指泵?流體本身分液體、氣體等,液體又分油、水、等。具體要細分了才好回答!水和油、氣又分泵、閥、鎖、管道等具體的零部件。泵又分柱塞泵、葉片泵、齒輪泵等。閥鎖的種類就更多了!!!具體點好回答呀!不知你到底是哪個行業的!涉及的范圍我們不清楚也不好再講了!超出我們行業的問題我們也不好回答的!
㈣ 氣體流量計類型分為哪些
流量計英文名稱是flowmeter,全國科學技術名詞審定委員會把它定義為:指示被測流量和(或)在選定的時間間隔內流體總量的儀表。簡單來說就是用於測量管道或明渠中流體流量的一種儀表,工程上常用單位m3/h。
它可分為瞬時流量(FlowRate)和累計流量(TotalFlow),瞬時流量即單位時間內過封閉管道或明渠有效截面的量,流過的物質可以是氣體、液體、固體;累計流量即為在某一段時間間隔內流體流過封閉管道或明渠有效截面的累計量。通過瞬時流量對時間積分亦可求得累計流量,所以瞬時流量計和累計流量計之間也是可以相互轉化的。
自祐自動化儀表系列流量計又分為有差壓式流量計、轉子流量計、節流式流量計、細縫流量計、容積流量計、電磁流量計、超聲波流量計和堰等。按介質分類:液體流量計和氣體流量計。
㈤ 氣體粘度怎麼測
當液體內各部分之間有相對運動時,接觸面之間存在內摩擦力,阻礙液體的相對運動,這種性質稱為液體的粘滯性,液體的內摩擦力稱為粘滯力。粘滯力的大小與接觸面面積以及接觸面處的速度梯度成正比,比例系數η稱為粘度(或粘滯系數)。
對液體粘滯性的研究在流體力學,化學化工,醫療,水利等領域都有廣泛的應用,例如在用管道輸送液體時要根據輸送液體的流量,壓力差,輸送距離及液體粘度,設計輸送管道的口徑。
測量液體粘度可用落球法,毛細管法,轉筒法等方法,其中落球法適用於測量粘度較高的液體。
粘度的大小取決於液體的性質與溫度,溫度升高,粘度將迅速減小。例如對於蓖麻油,在室溫附近溫度改變1˚C,粘度值改變約10%。因此,測定液體在不同溫度的粘度有很大的實際意義,欲准確測量液體的粘度,必須精確控制液體溫度。
實驗目的:
1. 用落球法測量不同溫度下蓖麻油的粘度
2. 了解PID溫度控制的原理
3. 練慣用停表記時,用螺旋測微器測直徑
實驗儀器:
變溫粘度測量儀,ZKY-PID溫控實驗儀,停表,螺旋測微器,鋼球若干
實驗原理:
1. 落球法測定液體的粘度
1個在靜止液體中下落的小球受到重力、浮力和粘滯阻力3個力的作用,如果小球的速度v很小,且液體可以看成在各方向上都是無限廣闊的,則從流體力學的基本方程可以導出表示粘滯阻力的斯托克斯公式:
(1)
(1)式中d為小球直徑。由於粘滯阻力與小球速度v成正比,小球在下落很短一段距離後(參見附錄的推導),所受3力達到平衡,小球將以v0勻速下落,此時有:
(2)
(2)式中ρ為小球密度,ρ0為液體密度。由(2)式可解出粘度η的表達式:
(3)
本實驗中,小球在直徑為D的玻璃管中下落,液體在各方向無限廣闊的條件不滿足,此時粘滯阻力的表達式可加修正系數(1+2.4d/D),而(3)式可修正為:
(4)
當小球的密度較大,直徑不是太小,而液體的粘度值又較小時,小球在液體中的平衡速度v0會達到較大的值,奧西思-果爾斯公式反映出了液體運動狀態對斯托克斯公式的影響:
(5)
其中 ,Re稱為雷諾數,是表徵液體運動狀態的無量綱參數。
(6)
當Re小於0.1時,可認為(1)、(4)式成立。當0.1<Re<1時,應考慮(5)式中1級修正項的影響,當Re大於1時,還須考慮高次修正項。
考慮(5)式中1級修正項的影響及玻璃管的影響後,粘度η1可表示為:
(7)
由於3Re/16是遠小於1的數,將1/(1+3Re/16)按冪級數展開後近似為1-3Re/16,(7)式又可表示為:
(8)
已知或測量得到ρ、ρ0、D、d、v等參數後,由(4)式計算粘度η,再由(6)式計算Re,若需計算Re的1級修正,則由(8)式計算經修正的粘度η1。
在國際單位制中,η的單位是Pa·s(帕斯卡•秒),在厘米,克,秒制中,η的單位是P(泊)或cP(厘泊),它們之間的換算關系是:
1Pa·s = 10P = 1000cP (9)
2.PID調節原理
PID調節是自動控制系統中應用最為廣泛的一種調節規律,自動控制系統的原理可用圖1說明。
e(t) u(t) 操作量
被控量 擾動
圖1 自動控制系統框圖
假如被控量與設定值之間有偏差e(t)=設定值-被控量,調節器依據e(t)及一定的調節規律輸出調節信號u(t),執行單元按u(t)輸出操作量至被控對象,使被控量逼近直至最後等於設定值。調節器是自動控制系統的指揮機構。
在我們的溫控系統中,調節器採用PID調節,執行單元是由可控硅控制加熱電流的加熱器,操作量是加熱功率,被控對象是水箱中的水,被控量是水的溫度。
PID調節器是按偏差的比例(proportional),積分(integral),微分(differential),進行調節,其調節規律可表示為:
(10)
式中第一項為比例調節,KP為比例系數。第二項為積分調節,TI為積分時間常數。第三項為微分調節,TD為微分時間常數。
PID溫度控制系統在調節過程中溫度隨時間的一般變化關系可用圖2表示,控制效果可用穩定性,准確性和快速性評價。
系統重新設定(或受到擾動)後經過一定的過渡過程能夠達到新的平衡狀態,則為穩定的調節過程;若被控量反復振盪,甚至振幅越來越大,則為不穩定調節過程,不穩定調節過程是有害而不能採用的。准確性可用被調量的動態偏差和靜態偏差來衡量,二者越小,准確性越高。快速性可用過渡時間表示,過渡時間越短越好。實際控制系統中,上述三方面指標常常是互相制約,互相矛盾的,應結合具體要求綜合考慮。
由圖2可見,系統在達到設定值後一般並不能立即穩定在設定值,而是超過設定值後經一定的過渡過程才重新穩定,產生超調的原因可從系統慣性,感測器滯後和調節器特性等方面予以說明。系統在升溫過程中,加熱器溫度總是高於被控對象溫度,在達到設定值後,即使減小或切斷加熱功率,加熱器存儲的熱量在一定時間內仍然會使系統升溫,降溫有類似的反向過程,這稱之為系統的熱慣性。感測器滯後是指由於感測器本身熱傳導特性或是由於感測器安裝位置的原因,使感測器測量到的溫度比系統實際的溫度在時間上滯後,系統達到設定值後調節器無法立即作出反應,產生超調。對於實際的控制系統,必須依據系統特性合理整定PID參數,才能取得好的控制效果。
由(10)式可見,比例調節項輸出與偏差成正比,它能迅速對偏差作出反應,並減小偏差,但它不能消除靜態偏差。這是因為任何高於室溫的穩態都需要一定的輸入功率維持,而比例調節項只有偏差存在時才輸出調節量。增加比例調節系數KP可減小靜態偏差,但在系統有熱慣性和感測器滯後時,會使超調加大。
積分調節項輸出與偏差對時間的積分成正比,只要系統存在偏差,積分調節作用就不斷積累,輸出調節量以消除偏差。積分調節作用緩慢,在時間上總是滯後於偏差信號的變化。增加積分作用(減小TI)可加快消除靜態偏差,但會使系統超調加大,增加動態偏差,積分作用太強甚至會使系統出現不穩定狀態。
微分調節項輸出與偏差對時間的變化率成正比,它阻礙溫度的變化,能減小超調量,克服振盪。在系統受到擾動時,它能迅速作出反應,減小調整時間,提高系統的穩定性。
PID調節器的應用已有一百多年的歷史,理論分析和實踐都表明,應用這種調節規律對許多具體過程進行控制時,都能取得滿意的結果。
儀器介紹
1. 落球法變溫粘度測量儀
變溫粘度儀的外型如圖3所示。待測液體裝在細長的樣品管中,能使液體溫度較快的與加熱水溫達到平衡,樣品管壁上有刻度線,便於測量小球下落的距離。樣品管外的加熱水套連接到溫控儀,通過熱循環水加熱樣品。底座下有調節螺釘,用於調節樣品管的鉛直。
2.開放式PID溫控實驗儀
溫控實驗儀包含水箱,水泵,加熱器,控制及顯示電路等部分。
本溫控試驗儀內置微處理器,帶有液晶顯示屏,具有操作菜單化,能根據實驗對象選擇PID參數以達到最佳控制,能顯示溫控過程的溫度變化曲線和功率變化曲線及溫度和功率的實時值,能存儲溫度及功率變化曲線,控制精度高等特點,儀器面板如圖4所示。
開機後,水泵開始運轉,顯示屏顯示操作菜單,可選擇工作方式,輸入序號及室溫,設定溫度及PID參數。使用 鍵選擇項目, 鍵設置參數,按確認鍵進入下一屏,按返回鍵返回上一屏。
進入測量界面後,屏幕上方的數據欄從左至右依次顯示序號,設定溫度,初始溫度,當前溫度,當前功率,調節時間等參數。圖形區以橫坐標代表時間,縱坐標代表溫度(以及功率),並可用 鍵改變溫度坐標值。儀器每隔15秒採集1次溫度及加熱功率值,並將採得的數據標示在圖上。溫度達到設定值並保持兩分鍾溫度波動小於0.1度,儀器自動判定達到平衡,並在圖形區右邊顯示過渡時間ts,動態偏差σ,靜態偏差e。一次實驗完成退出時,儀器自動將屏幕按設定的序號存儲(共可存儲10幅),以供必要時查看,分析,比較。
3.停表
PC396電子停表具有多種功能。按功能轉換鍵,待顯示屏上方出現符號 且第1和第6、7短橫線閃爍時,即進入停表功能。此時按開始/停止鍵可開始或停止記時,多次按開始/停止鍵可以累計記時。一次測量完成後,按暫停/回零鍵使數字回零,准備進行下一次測量。
實驗內容與步驟
1.檢查儀器後面的水位管,將水箱水加到適當值
平常加水從儀器頂部的注水孔注入。若水箱排空後第1次加水,應該用軟管從出水孔將水經水泵加入水箱,以便排出水泵內的空氣,避免水泵空轉(無循環水流出)或發出嗡鳴聲。
2.設定PID參數
若對PID調節原理及方法感興趣,可在不同的升溫區段有意改變PID參數組合,觀察參數改變對調節過程的影響,探索最佳控制參數。
若只是把溫控儀作為實驗工具使用,則保持儀器設定的初始值,也能達到較好的控制效果。
3.測定小球直徑
由(6)式及(4)式可見,當液體粘度及小球密度一定時,雷諾數Re d3。在測量蓖麻油的粘度時建議採用直徑1~2mm的小球,這樣可不考慮雷諾修正或只考慮1級雷諾修正。
用螺旋測微器測定小球的直徑d,將數據記入表1中。
表1 小球的直徑
次數 1 2 3 4 5 6 7 8 平均值
d (10-3m)
4.測定小球在液體中下落速度並計算粘度
溫控儀溫度達到設定值後再等約10分鍾,使樣品管中的待測液體溫度與加熱水溫完全一致,才能測液體粘度。
用鑷子夾住小球沿樣品管中心輕輕放入液體,觀察小球是否一直沿中心下落,若樣品管傾斜,應調節其鉛直。測量過程中,盡量避免對液體的擾動。
用停表測量小球落經一段距離的時間t,並計算小球速度v0,用(4)或(8)式計算粘度η,記入表2中。
表2中,列出了部分溫度下粘度的標准值,可將這些溫度下粘度的測量值與標准值比較,並計算相對誤差。
將表2 中η的測量值在坐標紙上作圖,表明粘度隨溫度的變化關系。
實驗全部完成後,用磁鐵將小球吸引至樣品管口,用鑷子夾入蓖麻油中保存,以備下次實驗使用。
表2 粘度的測定 ρ = 7.8×103kg/m3 ρ0 = 0.95×103kg/m3 D = 2.0×10-2m
溫度
(˚C) 時間(s) 速度
(m/s) η (Pa·s)
測量值 *η(Pa·s)
標准值
1 2 3 4 5 平均
10 2.420
15
20 0.986
25
30 0.451
35
40 0.231
45
50
55
* 摘自 CRC Handbook of Chemistry and Physics
附錄 小球在達到平衡速度之前所經路程L的推導
由牛頓運動定律及粘滯阻力的表達式,可列出小球在達到平衡速度之前的運動方程:
(1)
經整理後得:
(2)
這是1個一階線性微分方程,其通解為:
(3)
設小球以零初速放入液體中,代入初始條件(t=0, v=0),定出常數C並整理後得:
(4)
隨著時間增大,(4)式中的負指數項迅速趨近於0,由此得平衡速度:
(5)
(5)式與正文中的(3)式是等價的,平衡速度與粘度成反比。設從速度為0到速度達到平衡速度的99.9%這段時間為平衡時間t0,即令:
(6)
由(6)式可計算平衡時間。
若鋼球直徑為10-3m,代入鋼球的密度ρ,蓖麻油的密度ρ0及40 ºC時蓖麻油的粘度η = 0.231 Pa·s,可得此時的平衡速度約為v0 = 0.016 m/s,平衡時間約為t0 = 0.013 s。
平衡距離L小於平衡速度與平衡時間的乘積,在我們的實驗條件下,小於1mm,基本可認為小球進入液體後就達到了平衡速度。
飛機在空中飛行,樹在微風中搖曳;一切與空氣發生相對運動的物體都會受到與之接觸的空氣層的摩擦力,在摩擦過程中,這一氣層會隨著運動物體一起作適當運動;而與這一氣層接觸的下一氣層,由於分子力的作用,對上一氣層產生的粘滯力,會往相反方向阻礙這種運動;一層一層的影響下去便形成流體中的層流。有時樹欲靜而風不止,有時狂風大作力拔大樹,空氣的粘滯力也是時大時小;太空梭著陸進入大氣層時,空氣的摩擦粘滯阻力可以產生千多度的高溫,可見其作功的威力。表徵流體粘滯力這些特徵的系數叫粘滯系數。在一些力學實驗中,由於空氣粘滯力的影響會帶來一些誤差,所以研究空氣粘滯系數的測定具有一定的實際意義。
本課題要研究空氣粘滯系數及其測定方法,通過研究還要涉及到功能原理的應用,要求利用氣墊導軌來設計幾種方法完成測量,並進行誤差的分析提出自己的見解。
提供儀器及材料
儀器:氣墊導軌;光電計時器;滑塊;物理天平;讀數顯微鏡
材料:米尺、卡尺、量角器
1、什麼叫粘滯系數?液體的粘滯系數測定方法有哪幾種,能否適合空氣粘滯系數的測定?
2、怎樣定性的研究氣軌導軌上滑塊受到空氣粘滯力的作用?
3、從功能原理上分析,氣墊導軌上滑塊的運動速度衰減滿足什麼關系?
4、利用水平導軌來研究空氣粘滯力可以根據什麼原理式,這種方法有什麼局限性?
5、利用傾斜導軌來研究空氣粘滯系數可得什麼實驗原理式,這種方法有什麼困難?
6、有無更好的方法測空氣的粘滯系數,其實驗原理怎麼表達?
7、滑塊與導軌之間的空氣層厚度可以怎麼測?
五、課題內容及指標
1、將氣軌調平,設計實驗方法定性的研究空氣阻尼情況,並測出若干組數據分析能量的損耗。
2、從動能損耗的角度,設計實驗裝置研究氣墊導軌上空氣粘滯系數的測量方法,並測出數據。
3、從勢能耗損的角度,利用氣墊導軌,設計實驗裝置,研究空氣粘滯系數的測量方法,並測出數據。
4、以傾斜導軌上滑塊勢能與動能之差等於空氣粘滯力作功的原理,設計實驗裝置測量空氣粘滯系數,並進行分析。
5、改進裝置,克服以上存在的問題,再設計一種較好的方法,測出空氣的粘滯系數,並計算結果。
6、對以上各測量方法進行比對,分析其實驗結果。
六、結題報告及論文
1、報告課題意義及研究目的
2、介紹基本研究方案及原理,研究滑塊在導軌上的運動情況
3、介紹所設計的儀器裝置及其操作步驟
4、對滑塊在氣軌上的運動,利用功能原理進行分析討論
5、介紹所用的各種測量新方法,分析比較給出研究的正確結論。
6、報告通過本研究所得收獲並提出自己的意見。當液體內各部分之間有相對運動時,接觸面之間存在內摩擦力,阻礙液體的相對運動,這種性質稱為液體的粘滯性,液體的內摩擦力稱為粘滯力。粘滯力的大小與接觸面面積以及接觸面處的速度梯度成正比,比例系數η稱為粘度(或粘滯系數)。
對液體粘滯性的研究在流體力學,化學化工,醫療,水利等領域都有廣泛的應用,例如在用管道輸送液體時要根據輸送液體的流量,壓力差,輸送距離及液體粘度,設計輸送管道的口徑。
測量液體粘度可用落球法,毛細管法,轉筒法等方法,其中落球法適用於測量粘度較高的液體。
粘度的大小取決於液體的性質與溫度,溫度升高,粘度將迅速減小。例如對於蓖麻油,在室溫附近溫度改變1˚C,粘度值改變約10%。因此,測定液體在不同溫度的粘度有很大的實際意義,欲准確測量液體的粘度,必須精確控制液體溫度。
實驗目的:
1. 用落球法測量不同溫度下蓖麻油的粘度
2. 了解PID溫度控制的原理
3. 練慣用停表記時,用螺旋測微器測直徑
實驗儀器:
變溫粘度測量儀,ZKY-PID溫控實驗儀,停表,螺旋測微器,鋼球若干
實驗原理:
1. 落球法測定液體的粘度
1個在靜止液體中下落的小球受到重力、浮力和粘滯阻力3個力的作用,如果小球的速度v很小,且液體可以看成在各方向上都是無限廣闊的,則從流體力學的基本方程可以導出表示粘滯阻力的斯托克斯公式:
(1)
(1)式中d為小球直徑。由於粘滯阻力與小球速度v成正比,小球在下落很短一段距離後(參見附錄的推導),所受3力達到平衡,小球將以v0勻速下落,此時有:
(2)
(2)式中ρ為小球密度,ρ0為液體密度。由(2)式可解出粘度η的表達式:
(3)
本實驗中,小球在直徑為D的玻璃管中下落,液體在各方向無限廣闊的條件不滿足,此時粘滯阻力的表達式可加修正系數(1+2.4d/D),而(3)式可修正為:
(4)
當小球的密度較大,直徑不是太小,而液體的粘度值又較小時,小球在液體中的平衡速度v0會達到較大的值,奧西思-果爾斯公式反映出了液體運動狀態對斯托克斯公式的影響:
(5)
其中 ,Re稱為雷諾數,是表徵液體運動狀態的無量綱參數。
(6)
當Re小於0.1時,可認為(1)、(4)式成立。當0.1<Re<1時,應考慮(5)式中1級修正項的影響,當Re大於1時,還須考慮高次修正項。
考慮(5)式中1級修正項的影響及玻璃管的影響後,粘度η1可表示為:
(7)
由於3Re/16是遠小於1的數,將1/(1+3Re/16)按冪級數展開後近似為1-3Re/16,(7)式又可表示為:
(8)
已知或測量得到ρ、ρ0、D、d、v等參數後,由(4)式計算粘度η,再由(6)式計算Re,若需計算Re的1級修正,則由(8)式計算經修正的粘度η1。
在國際單位制中,η的單位是Pa·s(帕斯卡•秒),在厘米,克,秒制中,η的單位是P(泊)或cP(厘泊),它們之間的換算關系是:
1Pa·s = 10P = 1000cP (9)
2.PID調節原理
PID調節是自動控制系統中應用最為廣泛的一種調節規律,自動控制系統的原理可用圖1說明。
e(t) u(t) 操作量
被控量 擾動
圖1 自動控制系統框圖
假如被控量與設定值之間有偏差e(t)=設定值-被控量,調節器依據e(t)及一定的調節規律輸出調節信號u(t),執行單元按u(t)輸出操作量至被控對象,使被控量逼近直至最後等於設定值。調節器是自動控制系統的指揮機構。
在我們的溫控系統中,調節器採用PID調節,執行單元是由可控硅控制加熱電流的加熱器,操作量是加熱功率,被控對象是水箱中的水,被控量是水的溫度。
PID調節器是按偏差的比例(proportional),積分(integral),微分(differential),進行調節,其調節規律可表示為:
(10)
式中第一項為比例調節,KP為比例系數。第二項為積分調節,TI為積分時間常數。第三項為微分調節,TD為微分時間常數。
PID溫度控制系統在調節過程中溫度隨時間的一般變化關系可用圖2表示,控制效果可用穩定性,准確性和快速性評價。
系統重新設定(或受到擾動)後經過一定的過渡過程能夠達到新的平衡狀態,則為穩定的調節過程;若被控量反復振盪,甚至振幅越來越大,則為不穩定調節過程,不穩定調節過程是有害而不能採用的。准確性可用被調量的動態偏差和靜態偏差來衡量,二者越小,准確性越高。快速性可用過渡時間表示,過渡時間越短越好。實際控制系統中,上述三方面指標常常是互相制約,互相矛盾的,應結合具體要求綜合考慮。
由圖2可見,系統在達到設定值後一般並不能立即穩定在設定值,而是超過設定值後經一定的過渡過程才重新穩定,產生超調的原因可從系統慣性,感測器滯後和調節器特性等方面予以說明。系統在升溫過程中,加熱器溫度總是高於被控對象溫度,在達到設定值後,即使減小或切斷加熱功率,加熱器存儲的熱量在一定時間內仍然會使系統升溫,降溫有類似的反向過程,這稱之為系統的熱慣性。感測器滯後是指由於感測器本身熱傳導特性或是由於感測器安裝位置的原因,使感測器測量到的溫度比系統實際的溫度在時間上滯後,系統達到設定值後調節器無法立即作出反應,產生超調。對於實際的控制系統,必須依據系統特性合理整定PID參數,才能取得好的控制效果。
由(10)式可見,比例調節項輸出與偏差成正比,它能迅速對偏差作出反應,並減小偏差,但它不能消除靜態偏差。這是因為任何高於室溫的穩態都需要一定的輸入功率維持,而比例調節項只有偏差存在時才輸出調節量。增加比例調節系數KP可減小靜態偏差,但在系統有熱慣性和感測器滯後時,會使超調加大。
積分調節項輸出與偏差對時間的積分成正比,只要系統存在偏差,積分調節作用就不斷積累,輸出調節量以消除偏差。積分調節作用緩慢,在時間上總是滯後於偏差信號的變化。增加積分作用(減小TI)可加快消除靜態偏差,但會使系統超調加大,增加動態偏差,積分作用太強甚至會使系統出現不穩定狀態。
微分調節項輸出與偏差對時間的變化率成正比,它阻礙溫度的變化,能減小超調量,克服振盪。在系統受到擾動時,它能迅速作出反應,減小調整時間,提高系統的穩定性。
PID調節器的應用已有一百多年的歷史,理論分析和實踐都表明,應用這種調節規律對許多具體過程進行控制時,都能取得滿意的結果。
儀器介紹
1. 落球法變溫粘度測量儀
變溫粘度儀的外型如圖3所示。待測液體裝在細長的樣品管中,能使液體溫度較快的與加熱水溫達到平衡,樣品管壁上有刻度線,便於測量小球下落的距離。樣品管外的加熱水套連接到溫控儀,通過熱循環水加熱樣品。底座下有調節螺釘,用於調節樣品管的鉛直。
2.開放式PID溫控實驗儀
溫控實驗儀包含水箱,水泵,加熱器,控制及顯示電路等部分。
本溫控試驗儀內置微處理器,帶有液晶顯示屏,具有操作菜單化,能根據實驗對象選擇PID參數以達到最佳控制,能顯示溫控過程的溫度變化曲線和功率變化曲線及溫度和功率的實時值,能存儲溫度及功率變化曲線,控制精度高等特點,儀器面板如圖4所示。
開機後,水泵開始運轉,顯示屏顯示操作菜單,可選擇工作方式,輸入序號及室溫,設定溫度及PID參數。使用 鍵選擇項目, 鍵設置參數,按確認鍵進入下一屏,按返回鍵返回上一屏。
進入測量界面後,屏幕上方的數據欄從左至右依次顯示序號,設定溫度,初始溫度,當前溫度,當前功率,調節時間等參數。圖形區以橫坐標代表時間,縱坐標代表溫度(以及功率),並可用 鍵改變溫度坐標值。儀器每隔15秒採集1次溫度及加熱功率值,並將採得的數據標示在圖上。溫度達到設定值並保持兩分鍾溫度波動小於0.1度,儀器自動判定達到平衡,並在圖形區右邊顯示過渡時間ts,動態偏差σ,靜態偏差e。一次實驗完成退出時,儀器自動將屏幕按設定的序號存儲(共可存儲10幅),以供必要時查看,分析,比較。
3.停表
PC396電子停表具有多種功能。按功能轉換鍵,待顯示屏上方出現符號 且第1和第6、7短橫線閃爍時,即進入停表功能。此時按開始/停止鍵可開始或停止記時,多次按開始/停止鍵可以累計記時。一次測量完成後,按暫停/回零鍵使數字回零,准備進行下一次測量。
實驗內容與步驟
1.檢查儀器後面的水位管,將水箱水加到適當值
平常加水從儀器頂部的注水孔注入。若水箱排空後第1次加水,應該用軟管從出水孔將水經水泵加入水箱,以便排出水泵內的空氣,避免水泵空轉(無循環水流出)或發出嗡鳴聲。
2.設定PID參數
若對PID調節原理及方法感興趣,可在不同的升溫區段有意改變PID參數組合,觀察參數改變對調節過程的影響,探索最佳控制參數。
若只是把溫控儀作為實驗工具使用,則保持儀器設定的初始值,也能達到較好的控制效果。
3.測定小球直徑
由(6)式及(4)式可見,當液體粘度及小球密度一定時,雷諾數Re d3。在測量蓖麻油的粘度時建議採用直徑1~2mm的小球,這樣可不考慮雷諾修正或只考慮1級雷諾修正。
用螺旋測微器測定小球的直徑d,將數據記入表1中。
表1 小球的直徑
次數 1 2 3 4 5 6 7 8 平均值
d (10-3m)
4.測定小球在液體中下落速度並計算粘度
溫控儀溫度達到設定值後再等約10分鍾,使樣品管中的待測液體溫度與加熱水溫完全一致,才能測液體粘度。
用鑷子夾住小球沿樣品管中心輕輕放入液體,觀察小球是否一直沿中心下落,若樣品管傾斜,應調節其鉛直。測量過程中,盡量避免對液體的擾動。
用停表測量小球落經一段距離的時間t,並計算小球速度v0,用(4)或(8)式計算粘度η,記入表2中。
表2中,列出了部分溫度下粘度的標准值,可將這些溫度下粘度的測量值與標准值比較,並計算相對誤差。
將表2 中η的測量值在坐標紙上作圖,表明粘度隨溫度的變化關系。
實驗全部完成後,用磁鐵將小球吸引至樣品管口,用鑷子夾入蓖麻油中保存,以備下次實驗使用。
表2 粘度的測定 ρ = 7.8×103kg/m3 ρ0 = 0.95×103kg/m3 D = 2.0×10-2m
溫度
(˚C) 時間(s) 速度
(m/s) η (Pa·s)
測量值 *η(Pa·s)
標准值
1 2 3 4 5 平均
10 2.420
15
20 0.986
25
30 0.451
35
40 0.231
45
50
55
* 摘自 CRC Handbook of Chemistry and Physics
附錄 小球在達到平衡速度之前所經路程L的推導
由牛頓運動定律及粘滯阻力的表達式,可列出小球在達到平衡速度之前的運動方程:
(1)
經整理後得:
(2)
這是1個一階線性微分方程,其通解為:
(3)
設小球以零初速放入液體中,代入初始條件(t=0, v=0),定出常數C並整理後得:
(4)
隨著時間增大,(4)式中的負指數項迅速趨近於0,由此得平衡速度:
(5)
(5)式與正文中的(3)式是等價的,平衡速度與粘度成反比。設從速度為0到速度達到平衡速度的99.9%這段時間為平衡時間t0,即令:
(6)
由(6)式可計算平衡時間。
若鋼球直徑為10-3m,代入鋼球的密度ρ,蓖麻油的密度ρ0及40 ºC時蓖麻油的粘度η = 0.231 Pa·s,可得此時的平衡速度約為v0 = 0.016 m/s,平衡時間約為t0 = 0.013 s。
平衡距離L小於平衡速度與平衡時間的乘積,在我們的實驗條件下,小於1mm,基本可認為小球進入液體後就達到了平衡速度。
飛機在空中飛行,樹在微風中搖曳;一切與空氣發生相對運動的物體都會受到與之接觸的空氣層的摩擦