落球法測(cè)量液體的黏滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)名稱：落球法測(cè)量液體的黏滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定篦麻油的黏滯系數(shù)。實(shí)驗(yàn)器材:變溫黏度測(cè)量?jī)x，ZKY PID溫控實(shí)驗(yàn)儀，秒表，螺旋測(cè)微器，鋼球若干。（溫控試驗(yàn)儀）ffi 3-1-3 變溫岫度儀（圖一）其中是 液體的黏度，d是小球的直徑，v是小球在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于流體的（變溫粘度儀）實(shí)驗(yàn)原理：如圖1,質(zhì)量為m的金屬小球在黏滯液體中下落時(shí)，它會(huì)受到三個(gè)力，分別 是小球的重力G,小球受到的液體浮力F和黏滯阻力？。如果液體的黏滯性較大, 小球的質(zhì)量均勻、體積較小、表面光滑，小球在液體中下落時(shí)不產(chǎn)生漩渦，而起 下落速度較小，則小球所受到的黏滯阻力為? 二3 vd（斯托克斯公式）速度當(dāng)小球開始下落時(shí)，速度

2、較小，所受到的黏滯阻力也較小，這時(shí)小球的重力 大于浮力和黏滯阻力之和，小球做加速運(yùn)動(dòng)；隨著小球速度的增加，小球所受到 的黏滯阻力也隨著增加，當(dāng)小球的速度達(dá)到一定的數(shù)值 Vo (稱收尾速度)時(shí)，三 個(gè)力達(dá)到平衡，小球所受合力為零，小球開始勻速下落，此時(shí)G F + ?即mg0gV 3 v0d式中m> V分別表示小球的質(zhì)量和體積，0表示液體的密度。如用 表示小球的密度，則小球的體積V為V小球的質(zhì)量m為6d3m代入mg0gV 3 v0d并整理得0 gd218V0本實(shí)驗(yàn)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(shí)黏滯阻力的表達(dá)式可加修正系數(shù) 1+2.4d/D，而 Jgd

3、-可18v0修正為：(0)gd2d18v0(1 2.4)D當(dāng)小球的密度較大，直徑不是太小，而液體的黏度值又較小時(shí)，小球在液體中的 平衡速度v0會(huì)達(dá)到較大的值，奧西斯-果爾斯公式反映出了液體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)斯托 克斯公式的影響：3192?=3 v0d 1 - Re Re 161080其中Re稱為雷諾數(shù)，是表征液體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的無量綱參數(shù)Revod o當(dāng)Re小于時(shí)，可認(rèn)為？ =3 vd、-(立史一成立。當(dāng)0.1 Re 1時(shí)，應(yīng)18v0(1 2.4) D,319考慮？ =3 v0d 1 Re -Re2中1級(jí)修正項(xiàng)的影響，當(dāng)Re大于1時(shí), 161080還需考慮高級(jí)修正項(xiàng)。319考慮？ =3 v0d 1 Re -

4、Re2中1級(jí)修正項(xiàng)的影響及玻璃管的影 161080響后，黏度1可表小為：_° gd211 =18v0 1 2.4d / D 1 3Re/161 3Re/16由于3Re/16是遠(yuǎn)小于1的數(shù)，將1/ 1 3Re/16按幕級(jí)數(shù)展開后近似為1 3Re/16 ,又可表小為:1 3Re/16_0 gd21 ="Z"Z18vo 1 2.4d / D 1 3Re/161= v0d 016已知或測(cè)量得到0、D、d、v等參數(shù)后，由-(屈J計(jì)算黏度，再 18v0(1 2.4-d)由凡 .計(jì)算Re,若需計(jì)算Re的1次修正，則由尸知0d 0計(jì)算經(jīng)修正的黏度1實(shí)驗(yàn)步驟：1 .檢查儀器后面的水

5、位管，將水箱的水加到適當(dāng)值 出水孔將水經(jīng)水泵加入水箱，以便排出水泵內(nèi)的空氣，避免水泵空轉(zhuǎn)(無循環(huán)水 流出)或發(fā)出嗡鳴聲。平常加水從儀器頂部的注水孔注入如水箱排空后第1次加水，應(yīng)該用軟管從2 .設(shè)定PID參數(shù)若對(duì)PID調(diào)節(jié)原理及方法感興趣，可在不同的升溫區(qū)段有意改變 PID參數(shù)組合， 觀察參數(shù)改變對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響，探索最佳控制參數(shù)。若只是把溫控儀作為實(shí)驗(yàn)工具使用，則保持儀器設(shè)定的初始值，也能達(dá)到較好 的控制效果。3 .測(cè)定小球直徑vd() gd2由Re 空，及 (皿可見，當(dāng)液體黏度及小球密度一定時(shí)，雷諾數(shù)18v0Re 8 d3。在測(cè)量篦麻油的黏度時(shí)建議采用直徑 12mm勺小球，這樣可不考慮雷諾修

6、正或只考慮1級(jí)雷諾修正。用螺旋測(cè)微器測(cè)定小球的直徑d,將數(shù)據(jù)記錄入表中。4.測(cè)定小球在液體中下落速度并計(jì)算黏度溫控儀溫度達(dá)到設(shè)定值后再等約10min,使樣品管中的待測(cè)液體溫度與加熱水溫完全一致，才能測(cè)液體黏度。用銀子夾住小球沿樣品管中心輕輕放入液體，觀察小球是否一致沿中心下落，若樣品管傾斜，應(yīng)調(diào)節(jié)其鉛直。測(cè)量過程中，盡量避免與液體的擾動(dòng)。用秒表測(cè)量小球落經(jīng)一段距離的時(shí)間t ,并計(jì)算小球速度vo ,用/12c-(但1或1 vod 0計(jì)算黏度，記入表中。在表中，列出了部18vo(1 2.4d)16分溫度下黏度的標(biāo)準(zhǔn)值,可將這些溫度下黏度的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值比較，并計(jì)算相對(duì)誤差。將表中 的測(cè)量值在坐標(biāo)紙作圖，表明黏度隨溫度的變化關(guān)系。相對(duì)誤差:0.425-04510.451X100%=%0.225-0.2310.231>100%=%01020304050溫度/T實(shí)驗(yàn)全部完成后，用磁鐵將小球吸引至樣品管口，用銀子加入篦麻油中保存, 以備下次實(shí)驗(yàn)使用。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄：小鋼球的直徑次數(shù)12345678平均值d /10 3 m黏度的測(cè)定溫度/ C時(shí)間/s速 度/(m/s )Y(測(cè)量值)/()* Y(標(biāo)準(zhǔn)值)/()1234