Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Реферат:

На тему: Измерение вязкости при помощи вискозиметров

Выполнил: ст. гр. ГПМ-08-1

Густыр А.Н.

Поверил: Давыдкова Н.С.

Алчевск 2011

Содержание:

1.Введение 3

2.Краткая история вискозиметрии 3

3.Основные методы вискозиметрии 4

2.1 Вибрационный метод вискозиметрии

2.2 Метод падающего шарика вискозиметрии

2.3 Ротационный метод вискозиметрии

2.4 Ультразвуковой метод вискозиметрии

4. Классификация вискозиметров 12

5. Применение вискозиметров 18

1.Введение:

Вязкость - свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одного слоя относительно другого. Количественно вязкость характеризуется значением динамической вязкости или коэффициентом внутреннего трения. Характерной особенностью этого вида трения является то, что оно наблюдается не на границе твердого тела и жидкости, а во всем объеме жидкости.

Кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости среды к ее плотности при той же температуре.

При измерениях часто пользуются также величиной относительной (условной) вязкости, характеризующейся отношением вязкости данной жидкости к вязкости воды при той же температуре.

Вискозиметр – прибор для измерения вязкости

2.Краткая история вискозиметрии

В 1929 году профессор Юджин Бингам – физикохимик, работающий в колледже Лафайета в Пенсильвании, решил, что исследования деформации и потока вещества достаточно важны, чтобы иметь свое собственное название. По совету профессора античной литературы, он составил слово «реология» на основе греческого ρεω (рео), означающего поток. Однако дисциплина реология намного старше, чем слово. Первое формальное научное описание феномена реологии встречается в работе Исаака Ньютона «Начала математики» (Principia Mathematica), опубликованной в 1687 году, где он высказал мнение, что «сопротивление, возникающее от недостатка скользкости частиц [какой-либо] жидкости, при прочих равных условиях, пропорционально скорости, с которой частицы жидкости отделяются одна от другой». Сегодня мы могли бы сказать, что напряжение сдвига пропорционально скорости сдвига, и мы могли бы назвать коэффициент пропорциональности - вязкость жидкости. Как мы теперь знаем, постулат Ньютона применим только к ограниченному классу жидкостей с низким молекулярным весом, в ограниченных диапазонах скорости сдвига или напряжения. Реология обычно больше относится к материалам с неньютоновским поведением, при котором их вязкость является функцией скорости или напряжения сдвига. Такие материалы включают полимеры, краски, чернила, кремы, гели, шампуни, буровые растворы, адгезивы и многие продукты питания.

Похоже, Ньютон не проводил экспериментов по вязкости жидкостей, и лишь в середине девятнадцатого века работы в этой области провел Пуазейль. Принцип действия большинства ранних вискозиметров, включая прибор Пуазейля, заключался в том, что жидкость приводилась в движение через капилляр или другую конструкцию давлением или гравитацией, при этом производилось измерение скорости потока. Устройства с таким принципом действия до сих пор используются и сегодня, но, несмотря на то, что они отличаются простотой конструкции и работы, им свойственен недостаток, заключающийся в том, что образец может подвергаться только ограниченной деформации.

3.Основные методы вискозиметрии

Капиллярный метод вискозиметрии

Метод капиллярной вискозиметрии опирается на закон Пуазейля о вязкой жидкости, описывающий закономерности движения жидкости в капилляре.

Приведем уравнение гидродинамики для стационарного течения жидкости, с вязкостью η через капилляр вискозиметра:

Q – количество жидкости, протекающей через капилляр капиллярного вискозиметра в единицу времени, м3/с,

R – радиус капилляра вискозиметра, м

L – длина капилляра капиллярного вискозиметра, м

η – вязкость жидкости, Па·с,

р - разность давлений на концах капилляра вискозиметра, Па.

Отметим, что формула Пуазейля справедлива только для ламинарного потока жидкости, то есть при отсутствии скольжения на границе жидкость – стенка капилляра вискозиметра. Приведенное уравнение используют для определения динамической вязкости. Ниже размещено схематическое изображение капиллярного вискозиметра.

В капиллярном вискозиметре жидкость из одного сосуда под влиянием разности давлений р истекает через капилляр сечения 2R и длины L в другой сосуд. Из рисунка видно, что сосуды имеют во много раз большее поперечное сечение, чем капилляр вискозиметра, и соответственно этому скорость движения жидкости в обоих сосудах в N раз меньше, чем в капилляре вискозиметра. Таким образом не все давление пойдет на преодоление вязкого сопротивления жидкости, очевидно, что часть его будет расходоваться на сообщение жидкости нопределённой кинетической энергии. Следовательно, в уравнение Пуазейля необходимо ввести некоторую поправку на кинетическую энергию, называемую поправкой Хагенбаха:

где h – коэффициент, стремящийся к единице, d –плотность иссдледуемой жидкости.

Вторую поправку условно назовём поправкой влияния начального участка капилляра вискозиметра на характер движения исследуемой жидкости. Она будет характеризовать возможное возникновение винтового движения и завихрения в месте сопряжения капилляра с резервуаром капиллярного вискозиметра (откуда вытекает жидкость). Суть поправки состоит в том, что вместо истинной длины капилляра вискозиметра L мы вводим кажущуюся длину L':

n – определяется экспериментально на основе изменений при разных значениях L и примерно равен единице.

Следует учитывать, что при измерении вязкости органических жидкостей с большой кинематической вязкостью поправка Хагенбаха незначительна и составляет доли процента. Если же говорить о высокотемпературных вискозиметрах, то вследствие малой кинематической вязкости жидких металлов поправка может достигать 15%.

Метод капиллярной вискозиметрии вполне можно отнести к высокоточному методу вискозиметрии в силу того, что относительная погрешность измерений составляет доли процента, в зависимости от подбора материалов вискозиметра и точности отсчёта времени, а также иных параметров, участвующих в методе капиллярного истечения.