落球法测定变温液体粘滞系数(精)教学内容.ppt

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1、落球法测定变温液体粘滞系数(精)实验目的1.用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度2.了解PID温控试验仪的原理和使用3.练习用秒表记时，用螺旋测微器测直径实验仪器变温粘度测量仪ZKY-PID温控实验仪秒表螺旋测微器钢球若干实验原理1.落球法测定液体的粘度在静止液体中下落的小球受到重力、浮力和粘滞阻力3个力的作用，如果小球的速度v很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的，则从流体力学的基本方程可以导出表示粘滞阻力的斯托克斯公式：(1)（1）式中d为小球直径。由于粘滞阻力与小球速度v成正比，小球在下落很短

2、一段距离后（参见附录的推导），所受3力达到平衡，小球将以v0匀速下落，此时有：(2)（2）式中ρ为小球密度，ρ0为液体密度。由（2）式可解出粘度η的表达式：(3)本实验中，小球在直径为D的玻璃管中下落，液体在各方向无限广阔的条件不满足，此时粘滞阻力的表达式可加修正系数(1+2.4d/D)，而（3）式可修正为：（4）当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的粘度值又较小时，小球在液体中的平衡速度v0会达到较大的值，奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响：（5）其中，Re称为雷诺数，是表征

3、液体运动状态的无量纲参数。（6）当Re小于0.1时，可认为（1）、（4）式成立。当0.1

4、1。仪器介绍1.落球法变温粘度测量仪变温粘度仪的外型如图3所示。待测液体装在细长的样品管中，能使液体温度较快的与加热水温达到平衡，样品管壁上有刻度线，便于测量小球下落的距离。样品管外的加热水套连接到温控仪，通过热循环水加热样品。底座下有调节螺钉，用于调节样品管的铅直。点击演示温控试验仪2.开放式PID温控实验仪温控实验仪包含水箱，水泵，加热器，控制及显示电路等部分。本温控试验仪内置微处理器，带有液晶显示屏，具有操作菜单化，能根据实验对象选择PID参数以达到最佳控制，能显示温控过程的温度变化曲线和功率变化

5、曲线及温度和功率的实时值，能存储温度及功率变化曲线，控制精度高等特点，仪器面板如图所示。开机后，水泵开始运转，显示屏显示操作菜单，进入测量界面后，屏幕上方的数据栏从左至右依次显示序号，设定温度，初始温度，当前温度，当前功率，调节时间等参数。图形区以横坐标代表时间，纵坐标代表温度（以及功率）。仪器每隔15秒采集1次温度及加热功率值，并将采得的数据标示在图上。温度达到设定值并保持两分钟温度波动小于0.1度，仪器自动判定达到平衡，并在图形区右边显示过渡时间ts，动态偏差σ，静态偏差e。一次实验完成退出时，仪器

6、自动将屏幕按设定的序号存储（共可存储10幅），以供必要时查看，分析，比较。实验内容1．检查仪器后面的水位管，将水箱水加到适当值平常加水从仪器顶部的注水孔注入。若水箱排空后第1次加水，应该用软管从出水孔将水经水泵加入水箱，以便排出水泵内的空气，避免水泵空转（无循环水流出）或发出嗡鸣声。2．设定PID参数，分别设定温度为20、25、30等每隔5度依次测量.时进行测量。保持仪器设定的初始值。3．测定小球直径由（6）式及（4）式可见，当液体粘度及小球密度一定时，雷诺数Red3。在测量蓖麻油的粘度时建议采用直径

7、1~2mm的小球，这样可不考虑雷诺修正或只考虑1级雷诺修正。用螺旋测微器测定小球的直径d，将数据记入表1中。表1小球的直径4．测定小球在液体中下落速度并计算粘度温控仪温度达到设定值后再等约10分钟，使样品管中的待测液体温度与加热水温完全一致，才能测液体粘度。用镊子夹住小球沿样品管中心轻轻放入液体，观察小球是否一直沿中心下落，若样品管倾斜，应调节其铅直。测量过程中，尽量避免对液体的扰动。用秒表测量小球落经一段距离的时间t，并计算小球速度v0，用（4）或（8）式计算粘度η，记入表2中。表2中，列出了部分温度

8、下粘度的标准值，可将这些温度下粘度的测量值与标准值比较，并计算相对误差。实验全部完成后，用磁铁将小球吸引至样品管口，用镊子夹入蓖麻油中保存，以备下次实验使用。表2粘度的测定ρ=kg/m3ρ0=kg/m3D=m附：小球在达到平衡速度之前所经路程L的推导由牛顿运动定律及粘滞阻力的表达式，可列出小球在达到平衡速度之前的运动方程：（1）经整理后得:（2）这是1个一阶线性微分方程，其通解为：（3）设小球以零初速放入液体中，代入初始条件（t=0,v=0