最新落球法测量液体的黏滞系数实验报告.docxVIP

实验名称： 落球法测量液体的黏滞系数 实验目的： 测定蓖麻油的黏滞系数。 实验器材: 变温黏度测量仪，ZKY PID温控实验仪，秒表，螺旋测微器，钢球若干 （ （温控试验仪） （变温粘度仪） 实验原理: 如图1,质量为m的金属小球在黏滞液体中下落时，它会受到三个力，分别 是小球的重力G,小球受到的液体浮力F和黏滞阻力？。如果液体的黏滞性较大, 小球的质量均匀、体积较小、表面光滑，小球在液体中下落时不产生漩涡，而起 下落速度较小，则小球所受到的黏滞阻力为 ? =3 vd （斯托克斯公式） （图一） 其中是 液体的黏度，d是小球的直径，v是小球在流体中运动时相对于流体的 速度。 当小球开始下落时，速度较小，所受到的黏滞阻力也较小，这时小球的重力 大于浮力和黏滞阻力之和，小球做加速运动；随着小球速度的增加，小球所受到 的黏滞阻力也随着增加，当小球的速度达到一定的数值 Vo （称收尾速度）时，三 个力达到平衡，小球所受合力为零，小球开始匀速下落，此时 G F + ? mg ogV 3 v°d 式中m V分别表示小球的质量和体积， 0表示液体的密度。如用 表示小球的 密度，则小球的体积 小球的质量m为 6d3 代入mg 代入mg 0gV 3 v°d并整理得 o gd2 18v。 本实验中，小球在直径为D的玻璃管中下落，液体在各方向无限广阔的条件 不满足，此时黏滞阻力的表达式可加修正系数 1+2.4d/D，而 可 18vo 修正为： (0)gd2 18v0(1 2.4d) D 当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的黏度值又较小时，小球在液体中的 平衡速度V。会达到较大的值，奥西斯-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托 克斯公式的影响： 3 19 2 ?=3 v0d 1 Re Re 16 1080 其中Re称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。 V0d 0 当Re小于0.1时，可认为？ =3 vd、 二 0)gd 成立。当0.1 Re 1时, 18v0(1 2.4—) D 应考虑？ =3 v0d 1 —Re 竺 Re2……中1级修正项的影响，当Re大于1 16 1080 时，还需考虑咼级修正项。 考虑？ =3 v0d 1 —Re」^Re2……中1级修正项的影响及玻璃管的影 16 1080 响后，黏度1可表示为： _ 0 gd2 1 1 = 18v0 1 2.4d / D 1 3Re/16 1 3Re/16 由于3Re/16是远小于1的数，将1/ 1 3Re/16按幕级数展开后近似为 1 3Re/16， 1 1 3Re/16， 1 0 gd2 18v0 1 2.4d / D 1 3Re/16 1 一 - 又可表示为: 1 3Re/16 已知或测量得到 、。、D、d、v等参数后，由 亠——o)gd—计算黏度，再 18v0(1 2.4—) D 由Re V°d 0计算Re,若需计算Re的1次修正，则由 产 —Vod 0计算经修 16 正的黏度i。 实验步骤： 检查仪器后面的水位管，将水箱的水加到适当值 平常加水从仪器顶部的注水孔注入。如水箱排空后第1次加水，应该用软管从 出水孔将水经水泵加入水箱，以便排出水泵内的空气，避免水泵空转(无循环水 流出)或发出嗡鸣声。 设定PID参数 若对PID调节原理及方法感兴趣，可在不同的升温区段有意改变 PID参数组合, 观察参数改变对调节过程的影响，探索最佳控制参数。 若只是把温控仪作为实验工具使用，则保持仪器设定的初始值，也能达到较好 的控制效果。 测定小球直径 2 由Re 及 ( 皿可见，当液体黏度及小球密度一定时，雷诺数 18vo Rg * d3。在测量蓖麻油的黏度时建议采用直径 1?2mm勺小球，这样可不考虑雷 诺修正或只考虑1级雷诺修正。 用螺旋测微器测定小球的直径d,将数据记录入表中。 测定小球在液体中下落速度并计算黏度 温控仪温度达到设定值后再等约10min,使样品管中的待测液体温度与加热水 温完全一致，才能测液体黏度。 用镊子夹住小球沿样品管中心轻轻放入液体，观察小球是否一致沿中心下落， 若样品管倾斜，应调节其铅直。测量过程中，尽量避免与液体的扰动。 用秒表测量小球落经一段距离的时间t，并计算小球速度Vo ,用 (18vo(1o)gd2 ( 18vo(1 o)gd2 2扉)或 D 3 116v0d 0计算黏度，记入表中。在表中，列出了部 分温度下黏度的标准值, 可将这些温度下黏度的测量值与标准值比较, 并计算相 对误差。将表中 的测量值在坐标纸作图，表明黏度随温度的变化关系 相对误差： 0.425-0.451 0.451 X100 % =5.75 % 0.225-0.231 0.231 100 % =2.59 % 实验全部完成后，用磁铁将小球吸引至样品管口，用镊子加入蓖麻油中保存,