2025年流體黏度測定實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告

液體黏度的測量黏滯性，亦稱“內(nèi)摩擦”,是指液體、氣體和等離子體內(nèi)部阻礙其相對(duì)流動(dòng)的一種特性。黏度反應(yīng)了流體黏滯性的大小。單位為帕*秒。液體的黏度在醫(yī)學(xué)、生產(chǎn)、生活實(shí)踐中均有非常重要的意義。本試驗(yàn)通過毛細(xì)管法和落球法測黏度的試驗(yàn)措施和有關(guān)的數(shù)據(jù)處理(包括不確定度估算),讓學(xué)生理解黏度的物理含義，能純熟使用幾種常用的長度測量工具，以及學(xué)會(huì)當(dāng)測量條件不是理想條件在流動(dòng)流體中平行于流動(dòng)方向?qū)⒘黧w提成流速不一樣的各層，則在任何相鄰兩層的接觸面上就有與面平行而與相對(duì)流動(dòng)方向相反的阻力或曳力存在。這種阻力或曳力稱為“黏滯力”或“內(nèi)摩擦力”。試驗(yàn)表明，對(duì)于某些流體，相鄰流層單位接觸面上的黏滯力t與速度梯度(即相鄰流層的速度差dv與流層間距dx之比dv/dx)成正比，即比例系數(shù)n稱為“動(dòng)力黏度”,簡稱“黏度”,或稱“黏滯系數(shù)”、“內(nèi)摩擦系數(shù)”。這一關(guān)系稱為“牛頓黏滯定律”。流體的黏度隨溫度而變，當(dāng)溫度升高時(shí)，液體的黏度減小，而氣體的則增用小球的浮力(V是小球體積，p是液體密度)和粘滯阻力F(其方向與小球運(yùn)動(dòng)方向相反)。假如液體無限深廣，在小球下落速度較小狀況下，有F=6πηrv上式稱為斯托克斯公式，其中r是小球的半徑；稱為液體的粘度，其單位是Pa·s。 4事事其中為小球材料的密度，為小球勻速下落的距離，t為小球下落距離所用的時(shí)間。管半徑為r,長度為L,細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差為△P,液體黏度為η,則細(xì)圓管的流量當(dāng)毛細(xì)管沿豎直位置放置時(shí)，應(yīng)考慮液體自身的重力作用。因此，式(6)可表達(dá)為：本試驗(yàn)所用的毛細(xì)管黏度計(jì)如圖1所示，它是一種U型玻璃管，A與B之間為一毛細(xì)管，左邊上部的管泡兩端各有一刻痕C和A,右邊為一粗玻璃管且也有一管泡。試驗(yàn)時(shí)將一定量的液體注入右管，用吸球?qū)⒁后w吸至左管。保持黏度計(jì)豎直，然后讓液體經(jīng)毛細(xì)管流回右管。設(shè)左管液面在C處時(shí)，右管中液面在D處，兩液面高度差為H,CA間高度差為h,BD間高度差為h?。由于液面在CA及BD兩部分中下降及上升的極其緩慢(管泡半徑遠(yuǎn)不小于毛細(xì)管半徑),液體內(nèi)摩檫損耗極小，故可近似作為理想液體，且流速近似為零。設(shè)毛細(xì)管內(nèi)液體的流速為v,由伯努利方程可知流圖1毛細(xì)管黏度計(jì)對(duì)于圖1中所示的C處和A處，若取hA=0,,則有其中C處流速vc≈0,Po為大氣壓強(qiáng)，PA為A處壓強(qiáng)。因此有同理，對(duì)B處與D處應(yīng)用伯努利方程可得B處壓強(qiáng)v為毛細(xì)管內(nèi)的流體流速。由此，毛細(xì)管兩端壓強(qiáng)差為：△P=PA-P=pg(h+h?)=pg(H-L)將式(8)代入式(7)得：液面高度差H又隨液體流動(dòng)時(shí)間而變化，并非固定值，因此，直接使用(9)式計(jì)算黏度η相稱困難。下面簡介比較測量法，雖然用同一支毛細(xì)管黏度計(jì)，測兩種不一樣液體流過毛細(xì)管的時(shí)間。測量假如對(duì)密度分別為p1和p2的兩種液體取相似的體積，則在測量開始和測量是相似的，分別測出兩種液體的液面從C降到A(體積為V)所需的時(shí)間t和t?,式(10)中別是體積為V的兩種液體流過毛細(xì)管的平均流量。(10)中的兩式相比可表1落球法試驗(yàn)裝置及其作用作用落球法黏度測鐵架臺(tái)1固定長試管、鉛垂線、鋼尺竺等1鉛垂線11150分格游標(biāo)卡尺1電子秒表1測量小球在油中下落時(shí)間1盛有蓖麻油的量筒(內(nèi)懸溫度計(jì)、密度計(jì)各1公用1套乙醚公用2瓶試驗(yàn)前熟悉秒表使用。然后選6~7個(gè)半徑相近的小球放在玻璃皿上，滴幾滴乙醚，洗滌小鋼球上目測重垂線與玻璃圓筒的左右邊緣分別重疊。投下第一顆球前后均記錄油溫。記錄第1顆小鋼珠通過分別測量5顆小鋼珠的直徑和勻速運(yùn)動(dòng)部分的下落時(shí)間。此外試驗(yàn)還需將玻璃圓筒的內(nèi)徑選擇不一樣的角度測5次，以及測一次油柱高。表2毛細(xì)管法試驗(yàn)裝置及其作用作用奧氏黏度計(jì)(本次用裝置D)111測量液面從C降A(chǔ)所用時(shí)間111首先用蒸餾水潤洗奧氏黏度計(jì)，將水弄干。然后移取6.00ml蒸餾水到奧氏黏度計(jì)中，用洗耳球?qū)⒄麴s水吸至左管且使液面高于C刻痕以上下液面自C降到A所用時(shí)間t1,并反復(fù)五次取t1的平均值。將水倒出并用酒精洗滌黏度計(jì)(尤其是毛細(xì)管部分),洗滌后的酒精倒入指定容器中，然后用移液管將6.00ml的酒精注入黏度計(jì)右管中，反復(fù)上述環(huán)節(jié)，測出酒精液面自C降到A所用的時(shí)間t2,反復(fù)測5次。試驗(yàn)過程中要觀測溫度的變化和記錄溫度T。用密度計(jì)測量水的密度，并分別從附表中查得酒精的密度和水的黏度。計(jì)算酒精的測量前油溫T?=19.6℃測量后油溫T?=19.8℃T=(T?+T?)/2=19.7℃鋼球直徑d=1.404mm千分尺零刻度讀數(shù)0標(biāo)志線123鋼球過標(biāo)志線時(shí)刻t/s0由上述記錄，可知△ti=t?-t?=27.58s,△t?=t?-t2=27.68s.△t?≈△t2。可鑒定從標(biāo)志線1到3因此，勻速運(yùn)動(dòng)區(qū)域選從標(biāo)志線1到標(biāo)志線3.油柱高H=54.48cmp=0.9615g/cm312345時(shí)間t/s 次數(shù)12345內(nèi)徑D/mmu(p)=u(p)=0.001/5g/cm3=0.00022.毛細(xì)管法p?=0.9980g/cm3V=6.00mL溫度T=19.8℃12345p?=0.789~0.791g/cm3V=6.00mL溫度T=19.8℃12345從附表1可查得，在溫度T=19.8℃時(shí)，水的黏度從附表2可查得，此溫度下酒精的密度約為p2=0.78945g/cm3。將以上數(shù)據(jù)代入公式(11)計(jì)算得2.在落球法試驗(yàn)中，試驗(yàn)原理中公式(3)合用于液體無限深廣，在小球下落速度較小狀況下，不過這種條件無法實(shí)現(xiàn)，因此只能使小球直徑相對(duì)于長試管的直徑和油柱高很小。用公式(3)算得n=1.036Pa·s,與用公式算得的數(shù)據(jù)相差比較大，因此公式(4)的修正是很有必要的。4.落球法試驗(yàn)中，無法將小球撈起，于是用5個(gè)直徑相近的小球來做反復(fù)試驗(yàn)。則于是可不必再對(duì)n進(jìn)行修正。給試驗(yàn)帶來一定誤差，由公式(9)可知對(duì)應(yīng)的n會(huì)偏小。7.毛細(xì)管法試驗(yàn)中，若毛細(xì)管內(nèi)有氣泡，則由公式(9)可知，測得的黏度系數(shù)會(huì)偏大。8.試驗(yàn)過程中溫度變化不明顯，測得的成果應(yīng)當(dāng)比較精確。9.毛細(xì)管法試驗(yàn)中，奧式黏度計(jì)要保持豎直，否則由公式(9)可知黏度系數(shù)會(huì)偏小。10.注意事項(xiàng)a)測好1顆小鋼珠的直徑后，即可投入小鋼珠。注意投入時(shí)，將小鋼珠浸入油面下再往上提b)鋼尺讀取的是位置，長度為初、末2個(gè)讀數(shù)的差。測量時(shí)鋼尺的端邊(零點(diǎn))緊貼鐵架臺(tái)的底面。c)記錄時(shí)間時(shí)，應(yīng)記錄原始數(shù)據(jù)，即要記錄幾分幾秒幾，再換算到秒。(秒后的數(shù)據(jù)代表百分之幾秒)d)游標(biāo)卡尺的精度為0.02mm,不作估讀，讀數(shù)末尾為偶數(shù)。e)千分尺擰緊時(shí)應(yīng)旋轉(zhuǎn)棘輪，而不是套筒；千分尺讀數(shù)時(shí)，注意與否超過1mm。(小鋼珠f)使用游標(biāo)卡尺和千分尺前，要記錄它們的零讀數(shù)。a)試驗(yàn)中吸取水和酒精的體積必須保持相似。b)在計(jì)時(shí)過程中，當(dāng)液面下降至A處時(shí)，因管半徑變小而流速增大，應(yīng)及時(shí)精確地?fù)逑旅氡怼?1.試驗(yàn)的改善提議：a)本試驗(yàn)時(shí)間比較充足，可再多測幾組數(shù)據(jù)。b)長試管上可事先標(biāo)好某些標(biāo)志線，這樣會(huì)比橡皮筋標(biāo)志線更平直更精確。c)試驗(yàn)可在封閉的室內(nèi)進(jìn)行，有助于保持恒溫。式(9)可知黏度與速度成反比，因此規(guī)定黏