Учебное пособие 800407

41

Р = 1,2 РН . Две заданные точки характеристики предохранительного клапана можно соединить прямой линией. В качестве рабочей жидкости принять масло “Индустриальное 30” при Т = 60 О С , кинематический коэффициент вязкости которого = 0,21 Ст, а плот-

1/О С. Суммарный коэффициент местных гидропотерь в гидросис-

полнена стальными трубами с эквивалентной шероховатостью Э =

0,01мкм, диаметром d и длиной L = 1,9 м. Коэффициент расхода ра-

42

2. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

43

Целью лабораторного практикума является наглядное изучение закономерностей движения рабочих сред в устройствах, магистра-

лях и специальных технологических системах, а также рабочих ха-

рактеристик объемных гидравлических приводов. При этом экспе-

риментальные лабораторные исследования включают в себя изме-

рения простейших физических параметров, таких как время, темпе-

ратура, избыточное давление жидкости и т.п. в достаточно узком диапазоне их изменения при помощи стандартных измерительных приборов, что не требует специальных навыков и не вызывает за-

труднений. С другой стороны, взаимосвязи измеряемых параметров наглядно иллюстрируют основные физические закономерности по-

ведения рабочих сред в технологических системах и способствуют наилучшему усвоению изучаемого материала. Указанные особенно-

сти создают условия для успешного достижения целей и задач ла-

бораторного практикума с помощью его компьютерного моделиро-

вания, исключающего проведение простейших технических изме-

рений и дающего наглядное представление о поведении и основных характеристиках рабочих сред в технических устройствах.

2.1. Исследование вязкости жидкости

Цель работы - изучение зависимости кинематического коэффи-

циента вязкости капельных жидкостей от их температуры.

Содержание работы - определение кинематического коэффици-

ента вязкости нефтепродуктов при помощи вискозиметра Энглера.

44

2.1.1. Физические свойства

Вязкость динамическая (сопротивление сдвигу) - основное свойство реальных жидкостей, заключающееся в том, что при вза-

имном относительном перемещении слоев жидкости с определен-

ной скоростью возникает сила сопротивления их относительному смещению. Жидкости, у которых сопротивление сдвигу прямо про-

порционально скорости скольжения, называют ньютоновскими или капельными, все остальные - неньютоновскими. При этом сила со-

противления сдвигу называется силой внутреннего трения. При прямолинейном ламинарном (слоистом) движении сила внутренне-

го трения между смещающимися один относительно другого слоя-

ми выражается формулой И.Ньютона (1687 г.), экспериментально

где S - площадь слоя, по которому происходит сдвиг; (dU/dh) - по-

перечный градиент скорости движения, выражающий скорость уг-

ловой деформации при сдвиге ( скорость сдвига); - динамический коэффициент вязкости, количественно характеризующий сопротив-

ление жидкости смещению ее слоев. Знак выбирается в зависимо-

сти от знака градиента скорости так, чтобы сила F была положи-

тельной.

Величина = 1/ называется текучестью.

Согласно формуле (2.1) динамический коэффициент вязкости численно равен приведенной на единицу площади тангенциальной силе = F/S, необходимой для поддержания разности скоростей,

равной единице, между двумя параллельными слоями жидкости,

расстояние между которыми равно единице. Из этого определения

45

давления свыше 10-15 МПа, причем вязкость с повышением давле-

ния увеличивается.

Зависимость динамического коэффициента вязкости от темпера-

туры в большинстве случаев определяется по эмпирическим форму-

лам. Так , для чистой пресной воды пользуются формулой Пуазейля

потому, что в его размерности отсутствуют единицы силы.

Размерность кинематического коэффициента вязкости в Между-

народной системе единиц СИ - м2 / с , а в системе единиц СГС -

см2 / с (Ст - стокс). Соотношение между указанными единицами измерения величины представляются в виде:

1м2 / с = 1 104 Ст = 1 106 сСт (сантистокс).

46

Согласно определению кинематического коэффициента вязкости

физический смысл - работа, которую необходимо совершить при

относительном движении слоев жидкости для единицы массового расхода. Величина зависит только от физических свойств жидко-

сти и не зависит от условий ее движения.

Динамический и кинематический коэффициенты вязкости опре-

деляют экспериментальным путем при помощи вискозиметров раз-

ных типов и конструкций. Наиболее распространены вискозиметры капиллярные, ротационные, с падающим шариком, ультразвуковые,

позволяющие выразить результаты измерений в единицах динами-

ческого и кинематического коэффициентов вязкости. Кинематиче-

скую вязкость нефтепродуктов определяют по ГОСТ 33-66 (переиз-

дание 1978 г.) при помощи капиллярных вискозиметров ВПЖ-1,

ВПЖ-2, ВПЖ-4, ВНЖ и ВПЖМ по ГОСТ 10028-67 и вискозиметров

Пинкевича для ньютоновских жидкостей с вязкостью от 0,6 до

30000 сСт. При испытаниях измеряют время течения нефтепродук-

та между специальными метками при заданной температуре. Если невозможно определить вязкость по ГОСТ 33-66, используют ус-

ловные единицы вязкости: градусы ВУ по ГОСТ 6258-52 - отно-

шение времени истечения нефтепродукта при температуре испыта-

ния ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при

20 С. За рубежом в качестве условных единиц вязкости использу-

(Англия), градусы Энглера (последние практически совпадают с градусами ВУ). Так, например, с помощью вискозиметров типа ВУ

(Энглера), предназначенных для исследования нефтепродуктов,

вязкость выражают в градусах Энглера - отношение времени исте-

47

чения t исследуемой жидкости через калиброванный капилляр ко времени истечения tв такого же объема дистиллированной воды при

Кинематический коэффициент вязкости жидкости на основании измерений вискозиметром Энглера определяется при помощи эм-

Следует иметь в виду, что формула (2.3) не находится в полном соответствии с экспериментом, что объясняется отсутствием точной теории вискозиметра.

2.1.2. Методика выполнения эксперимента на вискозиметре Энглера

Для определения кинематического коэффициента вязкости в ла-

бо-

48

раторной работе используется вискозиметр Энглера, состоящий из двух концентрично расположенных резервуаров (см.рис. 15). В ци-

линдрический резервуар 1 заливается жидкость (вода или нефте-

продукт ), температура которой может изменяться с помощью водя-

ной ванны 2 и фиксироваться термометром 5. При заданной темпе-

ратуре с помощью запорной иглы 4 открывается сопло 3, располо-

женное в центре резервуара 1 и обеспечивающее истечение жидко-

сти, время которого фиксируется секундомером. По известному времени истечения жидкости при различных температурах подсчи-

тывается величина градуса Энглера, а затем и величина кинемати-

ческого коэффициента вязкости.

Рис. 15. Вискозиметр Энглера

2.1.3. Порядок выполнения работы на вискозиметре Энглера

1. Установить платформу с вискозиметром строго горизонтально.

50

1. Подключить системный блок и монитор компьютера к электро-

сети. Произвести начальную загрузку операционной системы MS-

DOS.

2. Вставить гибкий магнитный диск (дискету) с файлами лабора-

торных работ в дисковод системного блока (программное обеспече-

ние работ приведено в приложениях 1- 8).

3. Путем последовательного нажатия клавиш « А : ENTER » пе-

рейти в корневой каталог дискеты, переключить клавиатуру на рус-

ский алфавит (одновременное нажатие клавиш Ctrl и Shift) и на-

брать с клавиатуры слово «бейсик».

4. Нажатием клавиши ENTER запустить программу Q BASIC,

очистить окно справки (нажатием на клавишу Esc) и путем нажатия клавиши Alt войти в меню программы Q BASIC.

5. При помощи клавиши ← подвести курсор к разделу «Файл» и

нажать на клавишу ENTER . В образовавшемся окне с помощью клавиши ↓ подвести курсор к разделу «открыть» и нажатием на клавишу ENTER войти в меню файлов Q BASIC.

6. Нажатием клавиши Tab переместить курсор в меню файлов

Q BASIC и при помощи клавиши ↓ установить его на разделе Л.р.

1.

7.Нажимая клавишу ENTER войти в файл программы Л.р. 1. bas.

8.Для запуска программы Л.р. 1. bas одновременно нажмите кла-

виши Shift и F5. На экране монитора откроется окно, содержащее информацию в соответствии с рис. 16.

9. За знаком ? на местах мигающих курсоров в соответствии со списком (см.рис.16) введите с клавиатуры по указанию преподава-

теля номер и температуру исследуемой рабочей жидкости.