2.2. Определение вязкости жидкости с помощью ротационного вискозиметра.

Принцип действия прибора основан на измерении угловой скорос­ти вращения ротора в виде гладкостенного цилиндра в исследуемой жид­кости под действием постоянного крутящего момента.

Конструктивная схема прибора показана на рис.3.

Прибор содержит измерительный прозрачный цилиндрический со-

Рис.3.Схема ротационного вискозиметра

1 – груз; 2 – вставка; 3 – груз; 4 – блок; 5 – подшипник; 6 – крышка; 7 – гайка;

8 – верхняя ось; 9 – ротор; 10 – сосуд (корпус); 11 – подшипник; 12 – нижняя ось;

13 – сосуд; 14 – трубка.

суд (корпус) 10, заполняемый исследуемой жидкостью. Резиновой труб­кой 14 он соединяется с сосудом 13, в который эта жидкость заливается при заправке прибора. В сосуде 10 размещен цилиндрический ротор 9, оси вращения которого установлены в шарикоподшипниках 5 и 11. Верхний подшипник смонтирован в металлической крышке прибора 6, присоединяемой к измерительному сосуду с помощью накидной гайки 7. Верхняя ось 8 ротора снабжена шкивом. Нижняя ось ротора 12 запрессо­вана в пластмассовую нижнюю вставку 2, которая расположена на дне сосуда 10.

На крышке 6 смонтированы два блока 4. Через блоки и шкив пе­рекинута гибкая нить, на концах которой имеются грузы G₁ и G₂.

Оба сосуда - измерительный 10 и заправочный 13 - устанавливаются вер­тикально с помощью штативов.

Рис.4 . Схема сил и скоростей при вращении ротора

Схема сил и скоростей, возникающих при вращении ротора, показана на рис.4.

Здесь R - радиус статора; r - радиус ротора ; r₁ - радиус шкива,

Ввиду малости зазора между ротором и статором ( в данном приборе он равен 1 мм ) эпюру скоростей жидкости в этом зазоре при вращении ротора можно считать линейной.

Запишем формулу Ньютона:

Если принять V=ky ( линейный закон) , то dV=kdy , откуда .

Отсюда следует:

; ; .

Поэтому формула Ньютона для данного конкретного случая примет вид

(2)

Здесь V - окружная скорость ротора на радиусе r, у=R-r.

Так как силы натяжения нити G₁ и G₂ приложены в одну сторону, сколь­жением нити относительно шкива можно пренебречь. Крутящий момент, приводящий ротор во вращение, равен

М_кр= (G₁-G₂)r₁. (3)

Этот момент при установившемся режиме вращения (при постоянной угловой скорости) уравновешивается моментом силы трения ротора о жидкость М_тр :

М_тр=(G₁-G₂)r₁.

Обозначим

L - длина ротора ;

S - площадь боковой поверхности ротора;

T_ТР - сила трения ротора о жидкость;

n - количество полных оборотов , совершенных ротором за время опыта;

t - время вращения .

Из формулы (З) следует:

.

Окружная скорость ротора равняется:

(4)

Касательное напряжение  на границе ротора и жидкости равно:

(5)

Подставим V из формулы (4) и г из формулы (5) в формулу (2). Получим:

.

Отсюда

(6)

Здесь

.

В настоящем приборе

R = 17,75 мм = 0,01775 м ; r= 16,75 мм = 0,01675 м ;

L=128,5 мм = 0,1285м; r₁= 5,5 мм = 0,0055 м;

G₁-G₂ = 9,81^. 0,025H; А₁= 0,0566 Па .

Порядок проведения измерений следующий :

• тщательно промытый от остатков предыдущей жидкости и просушен­- ный прибор устанавливается на двух штативах вертикально;

• в сосуд 10 заливается исследуемая жидкость до уровня, при котором ротор полностью погружен в жидкость;

• грузы с нитью помещаются так, чтобы более тяжелый груз был в верх­ нем положении, а более легкий груз - в нижнем ;

• верхний груз освобождается, и система грузов приходит в движение, а ротор - во вращение;

-при пересечении вертикальной линией, нанесенной на ротор, контроль­ной риски на измерительном сосуде запускается секундомер :

- при совершении ротором десяти полных оборотов секундомер останав­- ливается.

Измерение проводится не менее пяти раз.

После этого рассчитываются:

а) среднее время совершения десяти оборотов:

где z - число опытов ;

б) по формуле (6) определяется коэффициент динамической вязкости исследуемой жидкости , Па^. с .

При этом в формулу подставляется п = 10 .

Образец таблицы - протокола измерений - такой же, как и ранее.

Литература

1.Большаков В.А., Попов В.Н. Гидравлика . -Киев:Вища школа, 1989. 2.Степанов Л.П.. Чесноков НА. Современное состояние техники измере­ния вязкости,-М.:Стандартгиз, 1959.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1 .Основные сведения из гидравлики3

2.Содержание лабораторной работы. 7

З. Определение вязкости жидкости с помощью

капиллярного вискозиметра .. 7

4.0пределение вязкости жидкости с помощью

ротационного вискозиметра9

Литература 14

Леонид Ефимович Шейнман

Лабораторные работы по технической гидромеханике.