A viszkozitás a levegő
Szövetségi Oktatási Ügynökség
Állami oktatási felsőoktatási intézmény
Nyizsnyij Novgorod Állami Műszaki Egyetem
Oktatási Minisztérium és szakterületek
Lab FPT1-1. Meghatározása viszkozitási együtthatóval rendelkező levegő kapilláris módszert.
Ezek a következők voltak: V.P.Maslov, I.I.Rozhkov, O.D.Chestnova, R.V.Scherbakov.
Dana technika meghatározására viszkozitási együtthatóval rendelkező levegő kapilláris módszerrel a kísérleti elrendezés FPT1-1. Amikor leírására használják az írás laboratóriumi munka NSTU, MAI, MEPHI, SFTI et al. Egyetemek.
Fizikai alapjait transzport jelenségek.
közlekedés okozta jelenségek véletlenszerű mozgás a gázmolekulák, ami halad az egyik a másik pont a térben, amely elválaszthatatlan át lendület, energia és a tömeg. Az ilyen jelenségek a következők: a viszkozitás vagy a belső súrlódás (miatt átadása lendület), hővezető (miatt energiatranszfer) és a diffúziós (anyagtranszport anyag okozta).
transzport jelenségek fordulnak elő, amikor egyensúlytalanság a rendszer visszafordíthatatlan és törekszik, hogy a rendszer egyensúlya. Ezek miatt egyenlőtlen értékek - vagy a tárterületet. Így a súrlódás által okozott áramlási sebességkülönbség gáz rétegek, a hővezető - hőmérséklet-különbség a rétegek között, diffúziós - változó szemcsés anyag koncentrációját.
Heterogenitást a térben nagyságát értékek keresztül be lehet állítani a gradiens - a vektor jellemzi a változás ez az érték, míg a mozgó egységnyi hosszán, és irányítja a legtöbb gyors növekedés. Amikor a felvétel közlekedési egyenletet kell kiindulni, hogy a változás az ilyen nagyságrendű csak akkor következik be, valamint az egyik koordináta, mint például az x-tengelyen.
A belső súrlódás (viszkozitás). Ha az áramlási sebesség változik rétegről rétegre, majd, ábrán látható. 1, az interfész szomszédos rétegek között a belső súrlódási erő hat, amelynek nagysága határozza meg Newton tapasztalati képlete:
ahol - gázsebesség gradiens; S- felületi réteg területe, merőleges az x-tengely; η - viszkozitási együtthatót.
Mivel a súrlódási erő mentén irányul elválasztó felület a gáz réteg, az irányt a súrlódási erő és a sebesség gradienst mindig merőlegesek egymásra (ábra. 1). Ezért az (1) egyenlet határozza meg csak a nagyságát (modulus) egy súrlódási erő.
ésAz (1) egyenlet, hogy a viszkozitás számszerűen egyenlő a belső súrlódás ható erő egységnyi felületén érintkezik egyszeres réteg gázsebesség gradiens. Az SI egysége viszkozitás a kilogramm per méter - második (kg / m · s).
A transzport jelenségek meghatározó szerepet játszanak a folyamatban ütközés molekulák a kaotikus mozgás, amelynek során minden transzport jelenségek fordulnak elő árak jelentősen alacsonyabbak hőmozgást sebességét.
Ahhoz, hogy tanulmányozza a mozgást a gázmolekulák hasznos modellje a mozgás a szilárd rugalmas gömbök, amely a intervallumok közötti ütközés által mozgatott, tehetetlenségi egységes egyenes vonalú. Abban az időben az ütközés van egy változás a sebesség, mind nagyságát és irányát.
Bemutatjuk néhány mennyiségi jellemzőit.
A minimális távolság, amelyek összetartanak egy ütközés központok a molekulák, az úgynevezett effektív átmérő de molekulák. Ez az érték nem konstans egy adott típusú gáz, de függ a kezdeti mennyiségét kinetikus energia a molekulák, azaz. E. A hőmérséklet. Növelésével az effektív molekuláris átmérője csökkentett hőmérsékleten.
Egy másik jellemzője az átlagos szabad úthossz molekulák, azaz az átlagos távolság két molekula között fut egymás ütközések ..:
Az egyik második gázmolekula tartományok egyenlő távolság átlagos mértéke. Következésképpen az átlagos száma molekuláris ütközések másodpercenkénti:
ahol - számtani átlagos termikus gáz sebessége molekulák:
Itt ji - moláris tömege a gáz; k Boltzmann állandó, R az egyetemes gázállandó.
Ismeretes, hogy a k = 1,38 · 10 -23 J / K, R = 8,31 J / (mol · K).
Függése viszkozitás mennyiségére jellemző termikus mozgás a molekulák a gáz:
ahol ρ = nm0 - gáz sűrűsége.
Alapegyenletének molekuláris - a gázok kinetikus elméletét:
Így lehetséges, hogy megtalálják együtthatók a viszkozitás, hővezető és diffúzióját gáznyomás és a hőmérséklet. Továbbá, empirikusan meghatározó átalakul faktor, meg lehet becsülni az átlagos szabad úthossz, az ütközések száma másodpercenként, és a hatásos átmérője a gázmolekulák.
Meghatározása viszkozitási együtthatóval rendelkező levegő kapilláris módszert.
A cél a munkát. tanulmány a belső súrlódás a levegő, mint az egyik transzport jelenségek gázokban.
Annak megállapításához, a viszkozitási együtthatót levegőt fújnak át egy hosszú, vékony csatorna (kapilláris) kis sebességgel. Alacsony áramlási sebességeket a csatornán belül lamináris, azaz. E. Légáram mozgatja az egyes rétegek, és a sebessége minden ponton irányul tengelye mentén a csatorna. Egy ilyen áramlás alakul bizonyos távolságra a bejárattól a kapilláris, így biztosít megfelelő pontosságot kísérlet szükséges feltétele R< Úgy véljük, részletesen a gázáram egy kör alakú légcsatorna d átmérőjű = 2Rpri lamináris áramlású. Isolate képzeletbeli henger térfogata radiusomri dlinoyl amint a 2. ábrán látható is. Jelöljük a nyomás végein a henger révén P1 IP2. Az állandósult áramlási sebesség vektor minden pontján a csatorna nem változik az idővel. Aztán az erő pressurIa a kiválasztott mennyiség (P1-P2) πr 2. eljárva a gázáram irányában kiegyensúlyozott belső treniyaF által kifejtett erő a külső réteg gáz: Az erőssége a belső súrlódás határozza meg Newton képletű (1): , S- amelyben az oldalsó felülete a henger, S = 2πrl. Mivel a súrlódás a gáz sebessége csökken a távolság növelésével a tengelye a csatorna. Következésképpen a mennyiség negatív és. Ennek megfelelően, a hatás a belső súrlódás a következőképpen írható fel: Expression (7) (8) felírható a következőképpen: . Elválasztó változók, megkapjuk: . .. integrálása az egyenlet a határértékeket talált azzal a feltétellel, hogy a súrlódási erő a belső fal a csatorna lassítja azzal szomszédos egy réteg gáz, azaz r = Ru = 0: . Kapunk egy parabola törvény változása gázsebességnek sugara a csatorna: , Kiszámoljuk a térfogatáram (gáz térfogata áramló egységnyi idő egy csatornán keresztül keresztmetszete). Osztjuk a keresztmetszete a csatorna gyűrű szélessége dr (2B.). Térfogati gáz áramlási sebességének a gyűrűn keresztül radiusomrmozhno képviseletében a: . Integrálása, megkapjuk a képlet Puayzelya: (9) egyenlet használjuk a kísérleti meghatározása a együtthatója a gáz viszkozitása. Mérése a térfogatáram q és a különbség a végén a kapilláris davleniyΔPvozduha dlinoyLi diametromd, viszkozitás a következő képlettel számítjuk: Annak megállapításához, a viszkozitási együtthatót levegő szánt kísérleti elrendezést FPT1-1, az általános formája, amely ábrán látható. 3. Air pumpálnak a kapilláris 2 microcompressor, beépített vezérlőegységgel. A nagysága a térfogatáram a vezérlés által beállított 5, és mérjük egy reométerrel 1. Meg kell jegyezni, hogy az egész tartományban a térfogati áramlási sebesség a légmozgást a kapilláris viszonylag kicsi (akár 40 m / s), úgy, hogy nem zavarja a lamináris áramlású. Ahhoz, hogy meghatározzuk a különbséget a légnyomás végein a kapilláris célja V-alakú víz manométer 4, könyökök, amelyek össze vannak kötve nyomókamrák 3 kiválasztása. A geometriai méretei a kapilláris átmérőjének d és dlinaL- szerepel az a készülék előlapján. Az, hogy a teljesítményt. 1. Helyezze a telepítés egy kapcsoló „hálózat”. 2. A áramlásszabályozóra 5 beállítani a reométer leolvasott 1 kiválasztott volumetrikus levegő áramlási sebessége Q. 3. Mérjük a különbség AP a nyomásmérő térd 4. Az értékek? P Q és hogy az asztalra: 4. Ismételje meg a mérést a ppt 2,3-5,3 térfogat levegő áramlási értékeket. 5. Minden egyes módban, hogy meghatározza a viszkozitása legalább levegő, amelyet a képlet (10). Keresse az átlagos értéke a viszkozitási együtthatóval . 6. Számítsuk ki a számtani átlagos sebességének a levegő molekulák, melynek képlete (4), tekintettel arra, hogy a moláris tömege levegő μ 29 · 10 -3 kg / mol. 7. határozzuk meg az átlagos szabad úthossz általános képletű (5), és az átlagos közötti ütközések számát molekulákmásodpercenként, amelyet a képlet (3). (Ebben az esetben a levegő sűrűsége ρ adott mért értékek ρ0 temperaturyTi nyomást a szobában - lásd a függelékben.). 8. megtaláljuk azt a koncentrációt a levegő molekulák naz egyenletek (6), és kiszámítjuk a tényleges átmérője molekulde a képlet (2). 9. Az ár mérési hiba eredménye. 10. Kapcsolja ki a főkapcsolót beállítása „Hálózat”. 1. Mi az a módszer meghatározására kapilláris viszkozitási együttható? 2. Kommunikáció bármely paraméter által meghatározott képlet Puayzelya? Mik a feltételei annak alkalmazási? 3. Ahogy a gáz sebessége szerint változik a sugara a csatorna lamináris áramlási rendszer? 4. Hogyan mérést a levegő áramlását, a nyomáskülönbség végein a kapilláris nyomás és hőmérséklet, meg tudjuk becsülni az értékeket és így tovább. d.? 5. miért az építőiparban trunk csővezetékek nagy átmérőjű csövek helyett használt növeli a nyomást a szállított gáz.