Методические указания к лабораторным работам №1,2,3,4 для студентов 3-го курса физико-технического факультета Екатеринбург

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Уральский государственный технический университет

МЕХАНИКА СПЛОШНЫХ СРЕД

Методические указания к лабораторным работам № 1,2,3,4

для студентов 3-го курса физико-технического факультета

Екатеринбург

2000

УДК 532.6

Составители Б.А.Ивакин, Б.Т.Породнов

Научный редактор – проф., докт.физ.-мат. наук Б.Т.Породнов

МЕХАНИКА СПЛОШНЫХ СРЕД : Методические указания к лабораторным работам для студентов 3-го курса физико-технического факультета.

Даны методические указания к проведению лабораторных работ по изучению истечения газа из резервуара через сужающийся насадок и измерению коэффичиента вязкости газов методом нестационарного потока.

© Уральский государственный

технический университет, 2000

Лабораторная работа I

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ГАЗОВ МЕТОДОМ НЕСТАЦИОНАРНОГО ПОТОКА

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной лабораторной работы является ознакомление в существующими методами измерения коэффициентов динамической вязкости газов на примере метода нестационарного потока, а так­же приобретение знаний и навыков в работе с вакуумным оборудо­ванием.

I. ТЕОРИЯ

Процессы внутреннего трения в жидкости и газах возникают в тех случаях, когда различные участки жидкости движутся с не­одинаковой скоростью, и происходит необратимый перенос импульса из мест с большей скоростью в места с меньшей скоростью.

При этом в направлении, противоположном движению, действует сила (отнесенная к единице поверхности соприкосновения сло­ев), пропорциональная изменению скорости в направлении, перпендикулярном направлению движения (ось x)

(1.1)

Здесь коэффициент пропорциональности h есть коэффициент внутреннего трения или коэффициент динамической вязкости.

Из уравнения (1.1) следует, что величина h равна силе, которую испытывает единица поверхности одного из слоев со стороны другого слоя, если градиент скорости между ними равен еди­нице. Коэффициент динамической вязкости в международной системе СИ имеет размерность.

Эта единица вязкости носит название ньютон-секунда на метр квадратный и представляет собой динамическую вязкость такой жидкости, в которой 1 м2 слоя испытывает силу в 1 Н при градиенте скорости 1 м/с.

Макроскопические методы термодинамики не в состоянии тео­ретически определить значение коэффициента вязкости, как и дру­гих коэффициентов переноса. Для того, чтобы получить такое тео­ретическое значение, необходимо привлечение кинетической тео­рии, учитывающей молекулярный механизм явлений. С микроскопи­ческой точки зрения влияние одного движущегося слоя на другой состоит в следующем. В результате хаотического теплового движе­ния молекулы из первого (допустим, движущегося с больней скоростью) слоя попадает во второй (движущийся с меньшей скоростью). Следовательно, первый слой как бы стремится ускорить вто­рой, который, в свою очередь, стремится замедлить первый слой.

Простой вывод, основанный на использовании равновесной функции распределения скоростей и впервые выполненный Максвел­лом, приводит к приближенной формуле для коэффициента внутрен­него трения разреженных газов [I]

(1.2)

где n - числовая плотность молекул, м-3 ; m - масса молекулы, кг; l- средняя длина свободного пробега молекул, м; V_t - сред­няя тепловая скорость молекул, м/с; s₀ - диаметр молекулы, м.

Из величин, определяющих h и входящих в уравнение (1.2), V_t не эависит от давления, n - прямо пропорциональна давле­нию, т.к. P=nkT, где Р - давление газа, а l-обратно пропорциональна давлению. Таким образом, для разреженных газов коэффициент динамической вязкости не зависит от давления.

Далее, из (1.2) следует, что коэффициент h должен зави­сеть от температуры так же, как и V_t , т.е. прямо пропорцио­нально Т.

Приведенные соображения оказываются несправедливыми для плотных газов и жидкостей. Более того, даже для разреженных газов полученные теоретические выражения имеют ограниченную при­менимость. Отсюда понятна важность экспериментального определе­ния коэффициентов вязкости. Насущная необходимость в сведениях по вязкости определяется прежде всего тем, что при расчете гид­равлических сопротивлений коэффициент динамической вязкости является одним из основных параметров.

Наиболее употребляемыми методами измерений вязкости газов являются:

1) Метод капилляра.

2) Метод вращающегося цилиндра.

3) Пагод затухания колебаний диска, подвешенного в исследуемом газе.

4) Метод падения груза в исследуемом газе.

Из этих методов вполне строгое теоретическое обоснование имеет только метод капилляра,

основанный на формуле Пуазейля[1].

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ .

Схема экспериментальной установки приведена на рис.2.1.

Экспериментальные установки, на которых измеряем коэффициенты динамической вязкости сред, обычно называют вискозиметрами, состоит из емкостного датчика давление 1 и двух объемов 8, соединенных капилляром 10. Чувствительным элементом является емкостной конденсатор, образованный гофрированной мембраной из бериллевой бронзы 14 и неподвижным плоски

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать