Чем меньше плотность тем меньше вязкость
Вязкость жидкости
Вязкость жидкости – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление касательным усилиям (внутреннему трению) в потоке. Вязкость жидкости не может быть обнаружена при покое жидкости, так как она проявляется только при её движении. Для правильной оценки таких гидравлических сопротивлений, возникающих при движении жидкости, необходимо прежде всего установить законы внутреннего трения жидкости и составить ясное представление о механизме самого движения.
Содержание статьи
Физический смысл вязкости
Для понятия физической сущности такого понятия как вязкость жидкости рассмотрим пример. Пусть есть две параллельные пластинки А и В. В пространство между ними заключена жидкость: нижняя пластинка неподвижна, а верхняя пластинка движется с некоторой постоянной скоростью υ1
Как при этом показывает опыт, слои жидкости, непосредственно прилегающие к пластинкам (так называемые прилипшие слои), будут иметь одинаковые с ним скорости, т.е. слой, прилегающий к нижней пластинке А, будет находиться в покое, а слой, примыкающий к верхней пластинке В, будет двигаться со скоростью υ1.
Промежуточные слои жидкости будут скользить друг по другу, причем их скорости будут пропорциональны расстояниям от нижней пластинки.
Ещё Ньютоном было высказано предположение, которое вскоре подтвердилось опытом, что силы сопротивления, возникающие при таком скольжении слоев, пропорциональны площади соприкосновения слоев и скорости скольжения. Если взять площадь соприкосновения равной единице, это положение можно записать в виде
где τ – сила сопротивления, отнесенная к единице площади, или напряжение трения
μ – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода жидкости и называемый коэффициентом абсолютной вязкости или просто абсолютной вязкостью жидкости.
Величину dυ/dy – изменение скорости в направлении, нормальном к направлению самой скорости, называют скоростью скольжения.
Таким образом вязкость жидкости – это физическое свойство жидкости, характеризующее их сопротивление скольжению или сдвигу
Вязкость кинематическая, динамическая и абсолютная
Теперь определимся с различными понятиям вязкости:
Динамическая вязкость. Единицей измерения этой вязкости является паскаль в секунду (Па*с). Физический смысл состоит в снижении давления в единицу времени. Динамическая вязкость характеризует сопротивление жидкости (или газа) смещению одного слоя относительно другого.
Динамическая вязкость зависит от температуры. Она уменьшается при повышении температуры и увеличивается при повышении давления.
Кинематическая вязкость. Единицей измерения является Стокс. Кинематическая вязкость получается как отношение динамической вязкости к плотности конкретного вещества.
Определение кинематической вязкости производится в классическом случае измерением времени вытекания определенного объема жидкости через калиброванное отверстие при воздействии силы тяжести
Абсолютная вязкость получается при умножении кинематической вязкости на плотность. В международной системе единиц абсолютная вязкость измеряется в Н*с/м2 – эту единицу называют Пуазейлем.
Коэффициент вязкости жидкости
В гидравлике часто используют величину, получаемую в результате деления абсолютной вязкости на плотность. Эту величину называют коэффициентом кинематической вязкости жидкости или просто кинематической вязкостью и обозначают буквой ν. Таким образом кинематическая вязкость жидкости
где ρ – плотность жидкости.
Единицей измерения кинематической вязкости жидкости в международной и технической системах единиц служит величина м2/с.
В физической системе единиц кинематическая вязкость имеет единицу измерения см 2 /с и называется Стоксом(Ст).
Вязкость некоторых жидкостей
| Жидкость | t, °С | ν, Ст |
| Вода | 0 | 0,0178 |
| Вода | 20 | 0,0101 |
| Вода | 100 | 0,0028 |
| Бензин | 18 | 0,0065 |
| Спирт винный | 18 | 0,0133 |
| Керосин | 18 | 0,0250 |
| Глицерин | 20 | 8,7 |
| Ртуть | 0 | 0,00125 |
Величину, обратную коэффициенту абсолютной вязкости жидкости, называют текучестью
Как показывают многочисленные эксперименты и наблюдения, вязкость жидкости уменьшается с увеличением температуры. Для различных жидкостей зависимость вязкости от температуры получается различной.
Поэтому, при практических расчетах к выбору значения коэффициента вязкости следует подходить очень осторожно. В каждом отдельном случае целесообразно брать за основу специальные лабораторные исследования.
Вязкость жидкостей, как установлено из опытов, зависит так же и от давления. Вязкость возрастает при увеличении давления. Исключение в этом случае является вода, для которой при температуре до 32 градусов Цельсия с увеличением давления вязкость уменьшается.
Что касается газов, то зависимость вязкости от давления, так же как и от температуры, очень существенна. С увеличением давления кинематическая вязкость газов уменьшается, а с увеличением температуры, наоборот, увеличивается.
Методы измерения вязкости. Метод Стокса.
Область, посвященная измерению вязкости жидкости, называется вискозиметрия, а прибор для измерения вязкости называется вискозиметр.
Современные вискозиметры изготавливаются из прочных материалов, а при их производстве используются самые современные технологии, для обеспечение работы с высокой температурой и давлением без вреда для оборудования.
Существует следующие методы определения вязкости жидкости.
Капиллярный метод.
Сущность этого метода заключается в использовании сообщающихся сосудов. Два сосуда соединяются стеклянной трубкой известного диаметра и длины. Жидкость помещается в стеклянный канал и за определенный промежуток времени перетекает из одного сосуда в другой. Далее зная давление в первом сосуде и воспользовавшись для расчетов формулой Пуазейля определяется коэффициент вязкости.
Метод по Гессе.
Этот метод несколько сложнее предыдущего. Для его выполнения необходимо иметь две идентичные капиллярные установки. В первую помещают среду с заранее известным значением внутреннего трения, а во вторую – исследуемую жидкость. Затем замеряют время по первому методу на каждой из установок и составляя пропорцию между опытами находят интересующую вязкость.
Ротационный метод.
Для выполнения этого метода необходимо иметь конструкцию из двух цилиндров, причем один из них должен быть расположен внутри другого. В промежуток между сосудами помещают исследуемую жидкость, а затем придают скорость внутреннему цилиндру.
Жидкость вращается вместе с цилиндром со своей угловой скоростью. Разница в силе момента цилиндра и жидкости позволяет определить вязкость последней.
Метод Стокса
Для выполнения этого опыта потребуется вискозиметр Гепплера, который представляет из себя цилиндр, заполненный жидкостью.
Вначале делаются две пометки по высоте цилиндра и замеряют расстояние между ними. Затем шарик определенного радиуса помещается в жидкость. Шарик начинает погружаться в жидкость и проходит расстояние от одной метки до другой. Это время фиксируется. Определив скорость движения шарика затем вычисляют вязкость жидкости.
Видео по теме вязкости
Определение вязкости играет большую роль в промышленности, поскольку определяет конструкцию оборудования для различных сред. Например, оборудование для добычи, переработки и транспортировки нефти.
Плотность жидкостей
Приведена таблица плотности жидкостей при различных температурах и атмосферном давлении для наиболее распространенных жидкостей. Значения плотности в таблице соответствует указанным температурам, допускается интерполяция данных.
Множество веществ способны находится в жидком состоянии. Жидкости – вещества различного происхождения и состава, которые обладают текучестью, — они способны изменять свою форму под действием некоторых сил. Плотность жидкости – это отношение массы жидкости к объёму, который она занимает.
Рассмотрим примеры плотности некоторых жидкостей. Первое вещество, которое приходит в голову при слове «жидкость» — это вода. И это вовсе не случайно, ведь вода является самой распространённой субстанцией на планете, и поэтому её можно принять за идеал.
Плотность воды равна 1000 кг/м 3 для дистиллированной и 1030 кг/м 3 для морской воды. Поскольку данная величина тесно взаимосвязана с температурой, стоит отметить, что данное «идеальное» значение получено при +3,7°С. Плотность кипящей воды будет несколько меньше – она равна 958,4 кг/м 3 при 100°С. При нагревании жидкостей их плотность, как правило, уменьшается.
| Жидкость | Температура, °С | Плотность жидкости, кг/м 3 |
|---|---|---|
| Анилин | 0…20…40…60…80…100…140…180 | 1037…1023…1007…990…972…952…914…878 |
| Антифриз 65 (ГОСТ 159-52) | -60…-40…0…20…40…80…120 | 1143…1129…1102…1089…1076…1048…1011 |
| Ацетон C3H6O | 0…20 | 813…791 |
| Белок куриного яйца | 20 | 1042 |
| Бензин | 20 | 680-800 |
| Бензол C6H6 | 7…20…40…60 | 910…879…858…836 |
| Бром | 20 | 3120 |
| Вода | 0…4…20…60…100…150…200…250…370 | 999,9…1000…998,2…983,2…958,4…917…863…799…450,5 |
| Вода морская | 20 | 1010-1050 |
| Вода тяжелая | 10…20…50…100…150…200…250 | 1106…1105…1096…1063…1017…957…881 |
| Водка | 0…20…40…60…80 | 949…935…920…903…888 |
| Вино крепленое | 20 | 1025 |
| Вино сухое | 20 | 993 |
| Газойль | 20…60…100…160…200…260…300 | 848…826…801…761…733…688…656 |
| Глицерин C3H5(OH)3 | 20…60…100…160…200…240 | 1260…1239…1207…1143…1090…1025 |
| ГТФ (теплоноситель) | 27…127…227…327 | 980…880…800…750 |
| Даутерм | 20…50…100…150…200 | 1060…1036…995…953…912 |
| Желток яйца куры | 20 | 1029 |
| Карборан | 27 | 1000 |
| Керосин | 20 | 802-840 |
| Кислота азотная HNO3 (100%-ная) | -10…0…10…20…30…40…50 | 1567…1549…1531…1513…1495…1477…1459 |
| Кислота пальмитиновая C16H32O2 (конц.) | 62 | 853 |
| Кислота серная H2SO4 (конц.) | 20 | 1830 |
| Кислота соляная HCl (20%-ная) | 20 | 1100 |
| Кислота уксусная CH3COOH (конц.) | 20 | 1049 |
| Коньяк | 20 | 952 |
| Креозот | 15 | 1040-1100 |
| Кровь человека | 37 | 1050-1062 |
| Ксилол C8H10 | 20 | 880 |
| Купорос медный (10%) | 20 | 1107 |
| Купорос медный (20%) | 20 | 1230 |
| Ликер вишневый | 20 | 1105 |
| Мазут | 20 | 890-990 |
| Масло арахисовое | 15 | 911-926 |
| Масло машинное | 20 | 890-920 |
| Масло моторное Т | 20 | 917 |
| Масло оливковое | 15 | 914-919 |
| Масло подсолнечное (рафинир.) | -20…20…60…100…150 | 947…926…898…871…836 |
| Мед (обезвоженный) | 20 | 1621 |
| Метилацетат CH3COOCH3 | 25 | 927 |
| Молоко | 20 | 1030 |
| Молоко сгущенное с сахаром | 20 | 1290-1310 |
| Нафталин | 230…250…270…300…320 | 865…850…835…812…794 |
| Нефть | 20 | 730-940 |
| Олифа | 20 | 930-950 |
| Паста томатная | 20 | 1110 |
| Патока вареная | 20 | 1460 |
| Патока крахмальная | 20 | 1433 |
| ПАБ | 20…80…120…200…260…340…400 | 990…961…939…883…837…769…710 |
| Пиво | 20 | 1008-1030 |
| ПМС-100 | 20…60…80…100…120…160…180…200 | 967…934…917…901…884…850…834…817 |
| ПЭС-5 | 20…60…80…100…120…160…180…200 | 998…971…957…943…929…902…888…874 |
| Пюре яблочное | 0 | 1056 |
| Раствор поваренной соли в воде (10%-ный) | 20 | 1071 |
| Раствор поваренной соли в воде (20%-ный) | 20 | 1148 |
| Раствор сахара в воде (насыщенный) | 0…20…40…60…80…100 | 1314…1333…1353…1378…1405…1436 |
| Ртуть | 0…20…100…200…300…400 | 13596…13546…13350…13310…12880…12700 |
| Сероуглерод | 0 | 1293 |
| Силикон (диэтилполисилоксан) | 0…20…60…100…160…200…260…300 | 971…956…928…900…856…825…779…744 |
| Сироп яблочный | 20 | 1613 |
| Скипидар | 20 | 870 |
| Сливки молочные (жирность 30-83%) | 20 | 939-1000 |
| Смола | 80 | 1200 |
| Смола каменноугольная | 20 | 1050-1250 |
| Сок апельсиновый | 15 | 1043 |
| Сок виноградный | 20 | 1056-1361 |
| Сок грейпфрутовый | 15 | 1062 |
| Сок томатный | 20 | 1030-1141 |
| Сок яблочный | 20 | 1030-1312 |
| Спирт амиловый | 20 | 814 |
| Спирт бутиловый | 20 | 810 |
| Спирт изобутиловый | 20 | 801 |
| Спирт изопропиловый | 20 | 785 |
| Спирт метиловый | 20 | 793 |
| Спирт пропиловый | 20 | 804 |
| Спирт этиловый C2H5OH | 0…20…40…80…100…150…200 | 806…789…772…735…716…649…557 |
| Сплав натрий-калий (25%Na) | 20…100…200…300…500…700 | 872…852…828…803…753…704 |
| Сплав свинец-висмут (45%Pb) | 130…200…300…400…500..600…700 | 10570…10490…10360…10240…10120..10000…9880 |
| Стекло жидкое | 20 | 1350-1530 |
| Сыворотка молочная | 20 | 1027 |
| Тетракрезилоксисилан (CH3C6H4O)4Si | 10…20…60…100…160…200…260…300…350 | 1135…1128…1097…1064…1019…987…936…902…858 |
| Тетрахлордифенил C12H6Cl4 (арохлор) | 30…60…150…250…300 | 1440…1410…1320…1220…1170 |
| Толуол | 0…20…50…80…100…140 | 886…867…839…810…790…744 |
| Топливо дизельное | 20…40…60…80…100 | 879…865…852…838…825 |
| Топливо карбюраторное | 20 | 768 |
| Топливо моторное | 20 | 911 |
| Топливо РТ | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 836…821…792…778…764…749…720…692…677…648 |
| Топливо Т-1 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 867…853…824…819…808…795…766…736…720…685 |
| Топливо Т-2 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 824…810…781…766…752…745…709…680…665…637 |
| Топливо Т-6 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 898…883…855…841…827…813…784…756…742…713 |
| Топливо Т-8 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 847…833…804…789…775…761…732…703…689…660 |
| Топливо ТС-1 | -60…-40…0…20…40…60…100…140…160…200 | 837…823…794…780…765…751…722…693…879…650 |
| Углерод четыреххлористый (ЧХУ) | 20 | 1595 |
| Уроторопин C6H12N2 | 27 | 1330 |
| Фторбензол | 20 | 1024 |
| Хлорбензол | 20 | 1066 |
| Этилацетат | 20 | 901 |
| Этилбромид | 20 | 1430 |
| Этилиодид | 20 | 1933 |
| Этилхлорид | 0 | 921 |
| Эфир | 0…20 | 736…720 |
| Эфир Гарпиуса | 27 | 1100 |
Измерение плотности и вязкости веществ
Виды и единицы измерения плотности. Разновидности плотности для сыпучих и пористых тел. Основные достоинства пикнометрического метода определения плотности. Области использования бура Качинского. Виды вязкости и приборы, используемые для ее определения.
Министерство образования и науки Российской Федерации
«Измерение плотности и вязкости веществ»
1. Понятие плотности вещества
2. Измерение плотности вещества
3. Понятие вязкости вещества
4. Измерение вязкости вещества
5. Условия измерений
плотность вязкость вещество
В химической промышленности, где многие продукты или исходные вещества представляют собой жидкости, необходимо точно знать их химические и физические свойства, к числу которых относятся плотность и вязкость.
Без установления точного значения этих параметров невозможно спроектировать реакторы, подходящие для того или иного технологического процесса, трубопроводы или теплообменники, от них зависят как габариты, так и конструкция аппаратов.
К примеру, плотность и вязкость оказывают большое влияние на скорость истечения жидкости, что необходимо учитывать при проектировании технологического процесса. В настоящее время процедуру измерения этих параметров можно автоматизировать, что значительно повышает точность и эффективность контроля над процессом.
1. Понятие плотности
Данное определение относится к, так называемой, поверхностной плотности, но существуют и другие виды плотности.
Виды плотности и единицы измерения
Плотность измеряется в в системе СИ и в в системе СГС.
При таком предельном переходе необходимо помнить, что на атомарном уровне любое тело неоднородно, поэтому необходимо остановиться на объёме, соответствующем используемой физической модели.
Для сыпучих и пористых тел существуют следующие разновидности плотности:
1. Истинная плотность, определяемая без учёта пустот;
2. Кажущаяся плотность, рассчитываемая как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму.
В зависимости от температуры значения одного и того же вещества могут значительно отличаться друг от друга.
При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Правда, вода является исключением из этого правила, её плотность при затвердевании уменьшается.
Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне. Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (с
10?33 кг/мі). Плотность межзвёздной среды порядка 10?21 кг/мі. Средняя плотность Солнца примерно в 1,5 раза выше плотности воды, равной 1000 кг/мі, а средняя плотность Земли равна 5520 кг/мі.
Плотность газов и паров (0° С, 101325 Па), кг/мі
Наибольшую плотность среди металлов имеет осмий (22 500 кг/мі), а плотность нейтронных звёзд имеет порядок 1017ч1018 кг/мі.
Плотность жидкостей, г/смі
Жидкий водород (?253°C)
Плотность однородного тела или вещества можно найти по формуле:
При вычислении плотности газов эту формулу можно записать так:
2. Измерение плотности вещества
Для измерения плотности можно использовать следующие приборы:
Измерение плотности пикнометром основано на взвешивании находящегося в нём вещества (обычно в жидком состоянии), заполняющего пикнометр до метки на горловине или до верхнего края капилляра, что соответствует номинальной вместимости пикнометра. Измерения объёма значительно упрощаются, если вместо одной метки у пикнометра имеется шкала. Очень удобен в работе пикнометр с боковой капиллярной трубкой, у которой пробкой служит тело термометра. Плотность твёрдых тел определяют, погружая их в пикнометр с жидкостью. Для измерения плотности газов применяют пикнометр специальной формы (шаровидные и др.).
Основными достоинствами пикнометрического метода определения плотности являются высокая точность измерений; возможность использования малых количеств вещества; малая площадь свободной поверхности жидкости в пикнометре, что практически исключает испарение жидкости и поглощение влаги из воздуха; раздельное проведение операций термостатирования и последующего взвешивания.
Обычно представляет собой стеклянную трубку, нижняя часть которой при калибровке заполняется дробью или ртутью для достижения необходимой массы. В верхней, узкой части находится шкала, которая проградуирована в значениях плотности раствора или концентрации растворенного вещества. Плотность раствора равняется отношению массы ареометра к объему, на который он погружается в жидкость. Соответственно, различают ареометры постоянного объёма и ареометры постоянной массы.
Для измерения плотности жидкости ареометром постоянной массы сухой и чистый ареометр помещают в сосуд с этой жидкостью так, чтобы он свободно плавал в нем. Значения плотности считывают по шкале ареометра, по нижнему краю мениска.
Для измерения ареометром постоянного объёма изменяют его массу, достигая его погружения до определённой метки. Плотность определяется по массе груза (например, гирек) и объёму вытесненной жидкости.
Для измерения плотности почвы используют Бур Качинского.
Набор Качинского состоит из киянки, болванки особой формы (Предназначена для правки бюксов), оправки для забивания бурика, мастерка и ножа для вырезания образца и специальных бюксов.
Бюксы специально разработаны таким образом, чтобы в них с минимальным зазором входил Бурик Качинского. При отборе образцов песчаных и других рыхлосвязанных почв бурик Качинского закрывается крышкой от бюкса Качинского, таким образом, исключается высыпание почвы.
Бурик забивается в почву при помощи киянки через специальную оправку. Оправка устроена так, чтобы не допустить уплотнения почвы внутри бурика. При забивании бурика глубже нормы оправка упирается в почву вокруг бурика. Затем бурик вместе с почвенным образцом вырезается из почвы и обрезается, будучи накрыт крышкой от бюкса Качинского. После этого содержимое бурика переносится в бюкс Качинского.
Объём образца чётко задан конструкцией бурика и методикой, масса рассчитывается по разнице веса. Таким образом можно рассчитать плотность (объёмный вес) почвы
Вибрационный плотномер содержит колебательную систему, обычно в виде камертона, возбуждаемую на резонансной частоте с помощью пьезоэлектрических преобразователей. Резонансная частота колебательной системы зависит от плотности окружающей камертон среды. Используются для измерения плотности жидкости и газов под давлением.
Известны вибрационные плотномеры проточные, предназначенные для контроля плотности движущейся в трубопроводе среды, и погружные, для контроля плотности среды в резервуарах.
Проточные вибрационные плотномеры используют для измерений на потоке нефти в промысловых условиях. Датчик такого плотномера представляет собой тонкостенный цилинр, внутри которого расположена электронная автоколебательная система, сообщающая цилиндру незатухающие колебания. Колебания цилиндра передаются окружающей жидкости, причем частота колебаний тем меньше, чем больше плотность среды. Зависимость плотности от частоты колебаний цилиндра в жидкости имеет то же математическое выражение, что и для газа
Преимущества вибрационных плотномеров: отсутствие движущихся частей, нейтральность к электрическим свойствам среды, высокая точность и стабильность измерений (+0,3-1,0 кг/м3), работоспособность при высоких и низких температурах (от минус 70 до 200 °C), больших статических давлениях (до 20 МПа), малые масса и габариты, компактность (диаметр 25 мм), низкое энергопотребление (0,5-2,5 Вт).
3. Понятие вязкости вещества
Коэффициент вязкости (коэффициент динамической вязкости, динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул.
Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.
В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной:
Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт).
Ньютоновские и неньютоновские жидкости
Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации.
Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.
С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы
В технических науках часто пользуются понятием относительной вязкости, под которой понимают отношение коэффициента динамической вязкости раствора к коэффициенту динамической вязкости чистого растворителя:
4. Измерение вязкости вещества.
Приборы для измерения вязкости называются вискозиметрами. В вискозиметрах используются два разных принципа:
* скорость вытекания жидкости из малого отверстия или из капилляра;
* скорость падения шарика в вязкой жидкости.
Первый принцип основан на формуле Пуазейля, дающей зависимость между объемом жидкости, вытекающей из трубки радиусом R и длиной I:
Второй принцип измерения вязкости основан на измерении скорости падения шара в вязкой среде (формула Стокса):
Одним из широко используемых приборов для измерения вязкости является вискозиметр Энглера, в котором измеряется время вытекания 200 г. жидкости по сравнению со временем вытекания 200 г воды через то же отверстие. Вязкость измеряют в градусах Энглера, что соответствует отношению времени вытекания жидкости ко времени вытекания воды при тех же условиях. Соотношение между Пуазами и градусами Энглера дается формулой:
Ударная вязкость, определяемая, как работа для излома твердого тела, отнесенная к единице поперечного сечения излома, рассчитывается по формуле:
Обратная вязкости величина называется текучестью:
Вискозиметры бывают: капиллярными, ротационными, с падающим шариком и других типов.Капиллярные вискозиметры. Принцип действия основан на подсчёте времени протекания заданного объёма жидкости через узкое отверстие или трубку, при заданной разнице давлений. Чаще всего жидкость из резервуара вытекает под действием собственного веса, в таком случае вязкость пропорциональна разнице давлений между жидкостью, вытекающей из капилляра и жидкостью на том же уровне, вытекающей из очень толстой трубки. Если течение жидкости в приборе осуществляется только под действием тяжести (например, в вискозиметре Уббелоде), то при работе капиллярного вискозиметра определяется кинематическая (не динамическая) вязкость. С помощью капиллярного вискозиметра измеряются вязкости от 10 мкПа•с(газы) до 10 кПа•с. Используют вискозиметры по ASTM D 445(ГОСТ 33).
Два тела вращения, одинаковых или разных, совмещаются по осям так, что одно из них прикасается изнутри к другому (примером может послужить сфера, вписанная в конус). Пространство между телами заполняют исследуемым веществом, и к одному из тел подаётся крутящий момент, тело начинает вращаться с угловой скоростью, зависящей от вязкости вещества (у вискозиметров, как правило, стабилизируется скорость вращения и измеряется крутящий момент). Диапазон работы стандартных вискозиметров простирается от 1 мПа·с до сотен тысяч Па·с. Такой широкий диапазон измерений достижим за счёт изменения скорости вращения шпинделя от 0,01 оборота в минуту до 100, а также за счёт использования шпинделей разных размеров при разных диапазонах вязкости.
Вискозиметр с движущимся шариком
Вискозиметр основан на законе Стокса. Вязкость определяется по времени прохождения шариком некоего расстояния, чаще всего под воздействием его собственного веса. Наиболее известен вискозиметр Гепплера.
Вискозиметр с вибрирующим зондом
Основан на изменении резонансной частоты колебаний в жидкости различной вязкости. Так как частота будет зависеть и от плотности измеряемой жидкости, некоторые модели позволяют определять эту плотность независимо от вязкости, тогда как другие используют заданное известное значение плотности.
Вискозиметр пузырькового типа
Основан на определении параметров движения пузырька газа, свободно всплывающего в вязкой среде.
Вискозиметры Брукфильда подразделяются на три основных типа: аналоговые (с круговой шкалой), цифровые и программируемые. Основное различие между ними заключается в способе отображения результатов. У аналоговых вискозиметров результат считывается по указателю на круговой шкале, а у цифровых выводится на двухстрочный жидкокристаллический дисплей. Кроме того, цифровые вискозиметры оборудованы аналоговым выходом 0-10 мВ, к которому можно подключить различные внешние устройства, такие как дисплей, контроллер или самописец.
Внутреннее устройство аналоговых и цифровых вискозиметров практически одинаково и также одинакова методика использования. Оба типа представлены одинаковым рядом моделей, могут работать с одинаковыми аксессуарами и в целом взаимозаменяемы (одинаковые модели).
Аналоговые вискозиметры самые дешевые. Они идеально подходят для применений, где надо быстро измерить вязкость, но нет необходимости в постоянной записи или в измерении реологических характеристик. Хотя вискозиметр может работать непрерывно, снимать показания можно только дискретно, когда указатель проходит под смотровым стеклом или когда указатель зафиксирован и вискозиметр остановлен.
Длительные измерения требуют постоянного внимания оператора, кроме того, быстро протекающие процессы легче зафиксировать при постоянном мониторинге. В таких ситуациях лучше использовать цифровые вискозиметры, которые непрерывно измеряют и показывают вязкость. Такие приборы можно оставить без наблюдения, а возможность настроить частоту записи показаний (модель DV-II+) позволяет зарегистрировать самые быстрые реологические процессы. Некоторые пользователи предпочитаю цифровые вискозиметры, поскольку с ними отпадает необходимость интерполяции данных, чего иногда невозможно избежать при работе с аналоговым оборудованием. Точность измерения для обоих типов одинакова.
Цифровые вискозиметры (за исключением модели DV-E) можно также использовать с геометрией конус/плита.
Стандартные модели вискозиметров имеют множество модификаций, например модели с промежуточным крутящим моментом пружины. Чтобы подобрать модель, оптимальную для Ваших задач, лучше всего получить консультацию у местного представителя Брукфильда.
Некоторые модели разработаны специально для специфических применений и не совместимы с традиционными вискозиметрами. Так модель KU-1 позволяет измерять вязкость в единицах Кребса и предназначена для лакокрасочной индустрии. Модель САР-1000 позволяет работать с очень высокими скоростями сдвига (10000, 12000 с-1) при исследовании смол, полимеров и красок.
Весьма существенным преимуществом реометра DV-III+ является возможность двусторонней связи с персональным компьютером. Это позволяет легко программировать и управлять сложными процедурами измерения. Также можно сохранять все результаты и, при необходимости, преобразовывать их в формат Excel или другого табличного процессора. Можно получить результаты в виде графиков, что особенно полезно при интерпретации кривой течения. Графики испытания разных образцов можно сравнивать, накладывая друг на друга.
Реометр R/S отличается от других моделей тем, что контролируемым параметром является не скорость вращения шпинделя, а напряжение сдвига. Среди других преимуществ этого подхода можно выделить широкий диапазон измеряемой вязкости, возможность измерения предела текучести и возможность работы с высоковязкими гелями. Как DV-III+, так и R/S позволяют получить детальную информацию о поведении материалов и могут работать независимо или под управлением персонального компьютера.
Реометр САР-2000 с системой конус/плита обеспечивает широкий диапазон скоростей сдвига. Он специально сконструирован для использования в тяжелых заводских условиях и может работать независимо или под управлением персонального компьютера.
Реометр PVS обеспечивает измерение под давлением и обычно используется для исследования буровых растворов и флюидов для разрыва пласта в нефтегазовой индустрии.
Относительно новый реометр YR-1 является недорогим решением для измерения предела текучести в целях контроля качества.
5. Условия измерений
1. нормальные условия измерений;
Условия измерения, характеризуемые совокупностью значений или областей значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие малости.
Нормальные условия измерений устанавливаются в нормативных документах на средства измерений конкретного типа или по их поверке (калибровке)
2. нормальное значение влияющей величины;
Значение влияющей величины, установленное в качестве номинального.
3. нормальная область значений влияющей величины;
Область значений влияющей величины, в пределах которой изменением результата измерений под ее воздействием можно пренебречь в соответствии с установленными нормами точности.
4. рабочая область значений влияющей величины;
Область значений влияющей величины, в пределах которой нормируют дополнительную погрешность или изменение показаний средства измерений
5 рабочие условия измерений
Условия измерений, при которых значения влияющих величин находятся в пределах рабочих областей.
6 рабочее пространство
Часть пространства (окружающего средство измерений и объект измерений), в котором нормальная область значений влияющих величин находится в установленных пределах
7 предельные условия измерений;
Условия измерений, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые средство измерений может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик
Измерение физических параметров вещества, в том числе, вязкости и плотности, является важной задачей, которая будет постоянно стоять перед химиком-технологом. Необходимо не только подобрать подходящий инструмент и правильно им воспользоваться, но и верно определить диапазон измерений, а также, следить за тем, чтобы эти свойства не изменялись на самых сложных участках технологической схемы, либо автоматически регулировались.
4. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа 7-е издание, Дрофа, 2003 г.
5. Филатов Е.Ю., Ясинский Ф.Н. Математическое моделирование течений жидкостей и газов Учебное пособие.Ивановский государственный энергетический университет. Иваново, 2007.
6. Тарасов А.В., Степанова И.В. Определение плотности жидкостей. Методические указания к лабораторной работе. 2006 Петербургский государственный университет путей сообщения
Подобные документы
Определения плотности органических соединений методом прогнозирования плотности индивидуальных веществ. Фазовое состояние вещества и вычисление плотности насыщенной жидкости. Расчет давления насыщенного пара, вязкости и теплопроводности вещества.
курсовая работа [363,6 K], добавлен 21.02.2009
Понятие прогнозирования. Прогнозирование критического объема и ацентричного фактора, плотности газа, жидкости и плотности индивидуальных веществ с использованием коэффициента сжимаемости. А также плотности жидкости и пара с использованием уравнений.
реферат [88,5 K], добавлен 21.01.2009
Синтез стеклообразных полупроводников AsXS1-X и AsXSe1-X, его закономерности, этапы. Устройство для определения плотности расплавов халькогенидных стекол. Зависимость плотности стекол и расплавов системы AsXS1-X и AsXSе1-X от температуры и состава.
курсовая работа [794,8 K], добавлен 24.02.2012
Виды и состав лакокрасочных материалов. Классификация красок по назначению и составу. Особенности силикатных красок. Измерение толщины покрытия, плотности, вязкости краски ПФ-115. Измерение твёрдости покрытия. Анализ размера частиц и агломератов.
отчет по практике [810,4 K], добавлен 14.10.2012
Рассмотрение задач построения фазовой диаграммы системы «перхлорат лития-вода» и определения зависимости плотности и вязкости этой системы от концентраций компонентов. Практические навыки работы с жидкостным криостатом и капиллярным вискозиметром.
отчет по практике [322,4 K], добавлен 17.05.2016
Этапы изучения процессов горения и взрывов. Основные виды взрывов, их классификация по типу химических реакций и плотности вещества. Реакции разложения, окислительно-восстановительные, полимеризации, изомеризации и конденсации, смесей в основе взрывов.
реферат [99,8 K], добавлен 06.06.2011
Определение содержания непредельных углеводородов в дизельном топливе по йодному числу. Нахождение минеральных примесей, плотности и вязкости, коэффициента поверхностного натяжения нефтепродуктов. Использование методов Вестфаля-мора и Ребиндера-вейлера.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 27.11.2014
Определение плотности и динамического коэффициента вязкости для этилацетата. Расчет местных сопротивлений на участках трубопровода, линейной скорости потока жидкости, значений критерия Рейнольдса и коэффициентов трения для каждого из его участков.
контрольная работа [74,7 K], добавлен 19.03.2013
Преимущества и недостатки дизельного топлива. Влияние воспламеняемости, вязкости и плотности, фракционного состава, содержания серы и воды на работу дизеля. Сравнение биодизеля с дизтопливом по физико-химическим и эксплуатационным характеристикам.
реферат [29,7 K], добавлен 23.09.2013
Понятие плотности и насыщенности жидкости. Плотность жидкости при нормальной температуре кипения. Аддитивный метод Шредера, неаддитивный метод Тина и Каллуса, метод Ганна-Ямады и другие методы. Применение различных методов для вычисления плотности.
реферат [78,8 K], добавлен 21.01.2009