2025年流體黏度測定實驗研究報告

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)部阻礙其相對流動的一種特性。黏度反應了流體黏滯性的大小。單位為帕*秒。液體的黏度在醫(yī)學、生產(chǎn)、生活實踐中均有非常重要的意義。本試驗通過毛細管法和落球法測黏度的試驗措施和有關的數(shù)據(jù)處理(包括不確定度估算),讓學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，以及學會當測量條件不是理想條件在流動流體中平行于流動方向將流體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流動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”。試驗表明，對于某些流體，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“動力黏度”,簡稱“黏度”,或稱“黏滯系數(shù)”、“內(nèi)摩擦系數(shù)”。這一關系稱為“牛頓黏滯定律”。流體的黏度隨溫度而變，當溫度升高時，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(其方向與小球運動方向相反)。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間。管半徑為r,長度為L,細管兩端的壓強差為△P,液體黏度為η,則細圓管的流量當毛細管沿豎直位置放置時，應考慮液體自身的重力作用。因此，式(6)可表達為：本試驗所用的毛細管黏度計如圖1所示，它是一種U型玻璃管，A與B之間為一毛細管，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。試驗時將一定量的液體注入右管，用吸球將液體吸至左管。保持黏度計豎直，然后讓液體經(jīng)毛細管流回右管。設左管液面在C處時，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(管泡半徑遠不小于毛細管半徑),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。設毛細管內(nèi)液體的流速為v,由伯努利方程可知流圖1毛細管黏度計對于圖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，PA為A處壓強。因此有同理，對B處與D處應用伯努利方程可得B處壓強v為毛細管內(nèi)的流體流速。由此，毛細管兩端壓強差為：△P=PA-P=pg(h+h?)=pg(H-L)將式(8)代入式(7)得：液面高度差H又隨液體流動時間而變化，并非固定值，因此，直接使用(9)式計算黏度η相稱困難。下面簡介比較測量法，雖然用同一支毛細管黏度計，測兩種不一樣液體流過毛細管的時間。測量假如對密度分別為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)所需的時間t和t?,式(10)中別是體積為V的兩種液體流過毛細管的平均流量。(10)中的兩式相比可表1落球法試驗裝置及其作用作用落球法黏度測鐵架臺1固定長試管、鉛垂線、鋼尺竺等1鉛垂線11150分格游標卡尺1電子秒表1測量小球在油中下落時間1盛有蓖麻油的量筒(內(nèi)懸溫度計、密度計各1公用1套乙醚公用2瓶試驗前熟悉秒表使用。然后選6~7個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動部分的下落時間。此外試驗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毛細管法試驗裝置及其作用作用奧氏黏度計(本次用裝置D)111測量液面從C降A所用時間111首先用蒸餾水潤洗奧氏黏度計，將水弄干。然后移取6.00ml蒸餾水到奧氏黏度計中，用洗耳球將蒸餾水吸至左管且使液面高于C刻痕以上下液面自C降到A所用時間t1,并反復五次取t1的平均值。將水倒出并用酒精洗滌黏度計(尤其是毛細管部分),洗滌后的酒精倒入指定容器中，然后用移液管將6.00ml的酒精注入黏度計右管中，反復上述環(huán)節(jié)，測出酒精液面自C降到A所用的時間t2,反復測5次。試驗過程中要觀測溫度的變化和記錄溫度T。用密度計測量水的密度，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標志線123鋼球過標志線時刻t/s0由上述記錄，可知△ti=t?-t?=27.58s,△t?=t?-t2=27.68s.△t?≈△t2。可鑒定從標志線1到3因此，勻速運動區(qū)域選從標志線1到標志線3.油柱高H=54.48cmp=0.9615g/cm312345時間t/s 次數(shù)12345內(nèi)徑D/mmu(p)=u(p)=0.001/5g/cm3=0.00022.毛細管法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，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)計算得2.在落球法試驗中，試驗原理中公式(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現(xiàn)，因此只能使小球直徑相對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.落球法試驗中，無法將小球撈起，于是用5個直徑相近的小球來做反復試驗。則于是可不必再對n進行修正。給試驗帶來一定誤差，由公式(9)可知對應的n會偏小。7.毛細管法試驗中，若毛細管內(nèi)有氣泡，則由公式(9)可知，測得的黏度系數(shù)會偏大。8.試驗過程中溫度變化不明顯，測得的成果應當比較精確。9.毛細管法試驗中，奧式黏度計要保持豎直，否則由公式(9)可知黏度系數(shù)會偏小。10.注意事項a)測好1顆小鋼珠的直徑后，即可投入小鋼珠。注意投入時，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個讀數(shù)的差。測量時鋼尺的端邊(零點)緊貼鐵架臺的底面。c)記錄時間時，應記錄原始數(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)千分尺擰緊時應旋轉棘輪，而不是套筒；千分尺讀數(shù)時，注意與否超過1mm。(小鋼珠f)使用游標卡尺和千分尺前，要記錄它們的零讀數(shù)。a)試驗中吸取水和酒精的體積必須保持相似。b)在計時過程中，當液面下降至A處時，因管半徑變小而流速增大，應及時精確地撳下秒表。11.試驗的改善提議：a)本試驗時間比較充足，可再多測幾組數(shù)據(jù)。b)長試管上可事先標好某些標志線，這樣會比橡皮筋標志線更平直更精確。c)試驗可在封閉的室內(nèi)進行，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