实验简介 当一种液体相对于其他固体、气体运动,或同种液体内各部分之间有相对运动时,接触面之间在摩擦力
这种性质称为液体的粘滞性
粘滞力的方向平行于接触面,且使速度较快的物体减速,其大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比,比例系数称为粘度
表征液体粘滞性的强弱,测定可以有以下几种方法:(1)泊肃叶法,通过测定在恒定压强差作用下,流经一毛细管的液体流量来求;(2)转筒法,在两筒轴圆筒间充以待测液体,外筒作匀速转动,测内筒受到的粘滞力矩;(3)阻尼法,测定扭摆、弹簧振子等在液体中运动周期或振幅的改变;(4)落球法,通过测量小球在液体中下落的运动状态来求
对液体粘滞性的研究在物理学、化学化工、生物工程、医疗、航空航天、水利、机械润滑和液压传动等领域有广泛的应用
本实验的目的是通过用落球法和转筒法测量油的粘度,学习并掌握测量的原理和方法
实验原理 转动柱面间的流体运动公式 转筒粘度计结构如图5
2-2所示,把一个用张丝悬挂的长为 ,半径为的圆柱体 A放入盛有液体的内半径为的圆筒B中,保持圆柱体 A与圆筒B共轴,如图5
如果圆筒 B以角速度转动,且当速度较小时,介于 A与 B之间的液体将会被带动而逐层转动
垂直于转轴的平面上的流线将是一系列的同心圆,如图5
当液层的转动达到稳定状态时,距离中心轴线半径为处的液层受到的粘滞力为 (10) 式中是 处液层的速度梯度, 是这一层液面的侧面积, 为粘度
而式中的即为 处液层的线速度,可以由纳维叶-斯托克斯方程解出 (11) 式中和为常数,可由边界条件确定
注意到圆柱体 A受到粘滞力矩的作用发生转动,引起其上面的张丝扭转,扭转产生的恢复力矩也作用在圆柱体A上
即有 (12) (13) 式中表示圆柱体A 测面处()液层的径向速度梯度, 则为圆柱体A的侧面积,为张丝的扭转系数,为圆柱体的偏转角