Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Краткая теория. Определение вязкости воздуха методом истечения из капилляраСтр 1 из 3Следующая ⇒ Лабораторная работа 1.5. Определение вязкости воздуха методом истечения из капилляра. Цель работы: 1. Исследовать явление вязкости газов; 2. Изучить метод определения коэффициента динамической вязкости, основанный на истечении газа из капилляра. 3. Определить по полученным данным коэффициент динамической вязкости воздуха, длины свободного пробега молекул и числа Рейнольдса. Требуемое оборудование: 1. Электронный блок БЛТ2 2. Измерительная камера для БЛТ2
Краткая теория Рассматривая протекающие в газах процессы, мы использовали понятие идеального газа. Идеальная жидкость, т.е. жидкость без трения, является абстракцией. Всем реальным жидкостям и газам в большей или меньшей степени присуща вязкость или внутреннее трение. Вязкость проявляется в том, что возникшее в жидкости или газе движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается. Состояние движения жидкости можно определить, указав для каждой точки пространства вектор скорости как функцию времени. Величина и направление вектора в каждой точке могут меняться со временем. Если вектор скорости в каждой точке пространства остается постоянным, то течение называется установившимся или стационарным. При стационарном течении любая частица жидкости проходит данную точку пространства с одним и тем же значением скорости. Основное положение молекулярно-кинетической теории сводится к тому, что молекулы газа движутся хаотически. Скорость движения молекул определяет тепловое состояние газа. В процессе своего движения молекулы соударяются друг с другом и со стенками сосуда. Траектория движения частиц является зигзагообразной, состоящей из отдельных прямолинейных отрезков пути (между соударениями). Средней длиной свободного пробегамолекулы λ называется среднее расстояние, проходимое молекулой между последовательными столкновениями ее с другими молекулами. Рассмотрим направленное движение газа по трубе круглого сечения. Молекулы газа участвуют одновременно в двух движениях: хаотическом тепловом и направленном. Молекулы, оказавшиеся вблизи стенки, сталкиваются со стенкой, теряют свою энергию и замедляются. За счет теплового движения они переходят в близлежащие слои газа и замедляют их. Вследствие этого скорости направленного движения молекул оказывается различными в разных точках поперечного сечения трубы. Наибольшей скоростью движение совершается в средней части сечения трубы (рис.1), а по мере приближения к стенкам скорость убывает. Весь поток газа можно мысленно разбить на слои цилиндрической формы, движущиеся с различными скоростями. Все молекулы газа, помимо направленного движения, участвуют в тепловом движении, поэтому происходит непрерывный переход молекул из более быстрого слоя в более медленный слой и обратно. В результате столкновения молекулы обмениваются импульсами. Это приводит к возникновению между слоями, испытывающими относительное перемещение, силы внутреннего трения. Сила внутреннего трения направлена по касательной к границе между слоями и стремится уравнять скорости движения разных слоев. Свойства газа, связанные с наличием сил внутреннего трения, называют вязкостью или внутренним трением. Сила внутреннего трения между слоями равна: где Sсл – площади соприкосновения слоев; v – скорость направленного движения газа; dv/dx - градиент скорости; η – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода газа (жидкости), от температуры среды и называемый коэффициентом динамической вязкости. Величиной, характеризующей скольжение слоев друг относительно друга, является градиент скорости, равный: . Эта величина показывает изменение скорости слоев жидкости, отнесенное в единице длины в направлении, перпендикулярном рассматриваемым слоям (от слоя к слою). Коэффициент динамической вязкости численно равен силе внутреннего трения, действующей на единичные площади соприкосновения параллельно движущихся слоев газа (жидкости) при единичном градиенте скорости между ними. Единицей вязкости в СИ является Па·с. Наблюдается два вида течения жидкости (или газа). Если жидкость как бы разделена на слои, которые скользят друг относительно друга, не перемешиваясь, то течение называется ламинарным. Если в такой поток ввести подкрашенную струйку, то она сохранится, не размываясь по всей длине потока, так как в ламинарном потоке частицы жидкости не переходят из одного слоя в другой. Ламинарное течение стационарно. При увеличении скорости потока может наблюдаться перемешивание слоев жидкости. Такое движение называется турбулентным. При турбулентном течении скорость частиц в каждом данном месте все время изменяется беспорядочным образом – течение нестационарное. Если в турбулентный поток ввести окрашенную струйку, то уже на небольшом расстоянии от места ее введения окрашенная жидкость равномерно распределится по всему сечению потока. При ламинарном течении в пределах слоя скорость направленного движения остается постоянной. Для цилиндрической трубы круглого сечения на некотором расстоянии от конца трубы устанавливается стационарное распределение скоростей по параболическому закону:
где ΔP – перепад давления на концах трубы, L – длина трубы, RТ – радиус трубы, r – радиальная координата. Если газ считать идеальным, то из молекулярно-кинетической теории можно получить выражение для коэффициента динамической вязкости: (1) где vар – средняя арифметическая скорость теплового движения молекул, равная: (2) где R – универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура газа, M – молярная масса газа Объем газа, протекающего через поперечное сечение трубы в единицу времени называется расходом Q. При ламинарном течении газа по цилиндрической трубе круглого сечения расход можно определить формуле Пуазеля как: (3) Если перепад давления увеличивается, скорость течения растет, и движение газа из ламинарного переходит в турбулентное, при котором скорости частиц изменяются беспорядочным образом, слои перемешиваются, образуются завихрения (рис. 2). Для оценки изменения характера движения газа (жидкости) используют безразмерную величину, называемую числом Рейнольдса: (4) где ρ – плотность среды; Vср – средняя скорость течения; D – характеристический размер (например, диаметр трубы); ν=η/ρ – коэффициент кинематической вязкости. Учитывая по формуле (3), что где S – площадь поперечного сечения трубы. Число Рейнольдса для случая цилиндрической трубы можно рассчитать по формуле: (5) При движении газа в круглой трубе течение является ламинарным, если Re < 1000
|