2025年流体黏度测定实验研究报告

液体黏度的测量黏滞性，亦称“内摩擦”,是指液体、气体和等离子体内部阻碍其相对流动的一种特性。黏度反应了流体黏滞性的大小。单位为帕*秒。液体的黏度在医学、生产、生活实践中均有非常重要的意义。本试验通过毛细管法和落球法测黏度的试验措施和有关的数据处理(包括不确定度估算),让学生理解黏度的物理含义，能纯熟使用几种常用的长度测量工具，以及学会当测量条件不是理想条件在流动流体中平行于流动方向将流体提成流速不一样的各层，则在任何相邻两层的接触面上就有与面平行而与相对流动方向相反的阻力或曳力存在。这种阻力或曳力称为“黏滞力”或“内摩擦力”。试验表明，对于某些流体，相邻流层单位接触面上的黏滞力t与速度梯度(即相邻流层的速度差dv与流层间距dx之比dv/dx)成正比，即比例系数n称为“动力黏度”,简称“黏度”,或称“黏滞系数”、“内摩擦系数”。这一关系称为“牛顿黏滞定律”。流体的黏度随温度而变，当温度升高时，液体的黏度减小，而气体的则增用小球的浮力(V是小球体积，p是液体密度)和粘滞阻力F(其方向与小球运动方向相反)。假如液体无限深广，在小球下落速度较小状况下，有F=6πηrv上式称为斯托克斯公式，其中r是小球的半径；称为液体的粘度，其单位是Pa·s。 4事事其中为小球材料的密度，为小球匀速下落的距离，t为小球下落距离所用的时间。管半径为r,长度为L,细管两端的压强差为△P,液体黏度为η,则细圆管的流量当毛细管沿竖直位置放置时，应考虑液体自身的重力作用。因此，式(6)可表达为：本试验所用的毛细管黏度计如图1所示，它是一种U型玻璃管，A与B之间为一毛细管，左边上部的管泡两端各有一刻痕C和A,右边为一粗玻璃管且也有一管泡。试验时将一定量的液体注入右管，用吸球将液体吸至左管。保持黏度计竖直，然后让液体经毛细管流回右管。设左管液面在C处时，右管中液面在D处，两液面高度差为H,CA间高度差为h,BD间高度差为h₂。由于液面在CA及BD两部分中下降及上升的极其缓慢(管泡半径远不小于毛细管半径),液体内摩檫损耗极小，故可近似作为理想液体，且流速近似为零。设毛细管内液体的流速为v,由伯努利方程可知流图1毛细管黏度计对于图1中所示的C处和A处，若取hA=0,,则有其中C处流速vc≈0,Po为大气压强，PA为A处压强。因此有同理，对B处与D处应用伯努利方程可得B处压强v为毛细管内的流体流速。由此，毛细管两端压强差为：△P=PA-P=pg(h+h₂)=pg(H-L)将式(8)代入式(7)得：液面高度差H又随液体流动时间而变化，并非固定值，因此，直接使用(9)式计算黏度η相称困难。下面简介比较测量法，虽然用同一支毛细管黏度计，测两种不一样液体流过毛细管的时间。测量假如对密度分别为p1和p2的两种液体取相似的体积，则在测量开始和测量是相似的，分别测出两种液体的液面从C降到A(体积为V)所需的时间t和t₂,式(10)中别是体积为V的两种液体流过毛细管的平均流量。(10)中的两式相比可表1落球法试验装置及其作用作用落球法黏度测铁架台1固定长试管、铅垂线、钢尺竺等1铅垂线11150分格游标卡尺1电子秒表1测量小球在油中下落时间1盛有蓖麻油的量筒(内悬温度计、密度计各1公用1套乙醚公用2瓶试验前熟悉秒表使用。然后选6~7个半径相近的小球放在玻璃皿上，滴几滴乙醚，洗涤小钢球上目测重垂线与玻璃圆筒的左右边缘分别重叠。投下第一颗球前后均记录油温。记录第1颗小钢珠通过分别测量5颗小钢珠的直径和匀速运动部分的下落时间。此外试验还需将玻璃圆筒的内径选择不一样的角度测5次，以及测一次油柱高。表2毛细管法试验装置及其作用作用奥氏黏度计(本次用装置D)111测量液面从C降A所用时间111首先用蒸馏水润洗奥氏黏度计，将水弄干。然后移取6.00ml蒸馏水到奥氏黏度计中，用洗耳球将蒸馏水吸至左管且使液面高于C刻痕以上下液面自C降到A所用时间t1,并反复五次取t1的平均值。将水倒出并用酒精洗涤黏度计(尤其是毛细管部分),洗涤后的酒精倒入指定容器中，然后用移液管将6.00ml的酒精注入黏度计右管中，反复上述环节，测出酒精液面自C降到A所用的时间t2,反复测5次。试验过程中要观测温度的变化和记录温度T。用密度计测量水的密度，并分别从附表中查得酒精的密度和水的黏度。计算酒精的测量前油温T₁=19.6℃测量后油温T₂=19.8℃T=(T₁+T₂)/2=19.7℃钢球直径d=1.404mm千分尺零刻度读数0标志线123钢球过标志线时刻t/s0由上述记录，可知△ti=t₂-t₁=27.58s,△t₂=t₃-t2=27.68s.△t₁≈△t2。可鉴定从标志线1到3因此，匀速运动区域选从标志线1到标志线3.油柱高H=54.48cmp=0.9615g/cm³12345时间t/s 次数12345内径D/mmu(p)=u(p)=0.001/5g/cm³=0.00022.毛细管法p₁=0.9980g/cm³V=6.00mL温度T=19.8℃12345p₁=0.789~0.791g/cm³V=6.00mL温度T=19.8℃12345从附表1可查得，在温度T=19.8℃时，水的黏度从附表2可查得，此温度下酒精的密度约为p2=0.78945g/cm³。将以上数据代入公式(11)计算得2.在落球法试验中，试验原理中公式(3)合用于液体无限深广，在小球下落速度较小状况下，不过这种条件无法实现，因此只能使小球直径相对于长试管的直径和油柱高很小。用公式(3)算得n=1.036Pa·s,与用公式算得的数据相差比较大，因此公式(4)的修正是很有必要的。4.落球法试验中，无法将小球捞起，于是用5个直径相近的小球来做反复试验。则于是可不必再对n进行修正。给试验带来一定误差，由公式(9)可知对应的n会偏小。7.毛细管法试验中，若毛细管内有气泡，则由公式(9)可知，测得的黏度系数会偏大。8.试验过程中温度变化不明显，测得的成果应当比较精确。9.毛细管法试验中，奥式黏度计要保持竖直，否则由公式(9)可知黏度系数会偏小。10.注意事项a)测好1颗小钢珠的直径后，即可投入小钢珠。注意投入时，将小钢珠浸入油面下再往上提b)钢尺读取的是位置，长度为初、末2个读数的差。测量时钢尺的端边(零点)紧贴铁架台的底面。c)记录时间时，应记录原始数据，即要记录几分几秒几，再换算到秒。(秒后的数据代表百分之几秒)d)游标卡尺的精度为0.02mm,不作估读，读数末尾为偶数。e)千分尺拧紧时应旋转棘轮，而不是套筒；千分尺读数时，注意与否超过1mm。(小钢珠f)使用游标卡尺和千分尺前，要记录它们的零读数。a)试验中吸取水和酒精的体积必须保持相似。b)在计时过程中，当液面下降至A处时，因管半径变小而流速增大，应及时精确地揿下秒表。11.试验的改善提议：a)本试验时间比较充足，可再多测几组数据。b)长试管上可事先标好某些标志线，这样会比橡皮筋标志线更平直更精确。c)试验可在封闭的室内进行，有助于保持恒温。式(9)可知黏度与速度成反比，因此规定黏