Единицы измерения вязкости

Единицы измерения вязкости

Программа КИП и А

Вязкость — свойство газов и жидкостей оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и других видах деформации.

Динамическая вязкость

Динамическая (абсолютная) вязкость µ – сила, действующая на единичную площадь плоской поверхности, которая перемещается с единичной скоростью относительно другой плоской поверхности, находящейся от первой на единичном расстоянии.

  В международной системе единиц (СИ), динамическая вязкость измеряется в Паскаль — секундах [Па·с].

Существуют также внесистемные величины измерения динамической вязкости. Наиболее распространенная в системе СГС — пуаз [П] и ее производная сантипуаз [сП].

Также динамическая вязкость может измеряться в [дин·с/см²] и [кгс·с/м²] и производных от них единицах.

Соотношение между единицами динамической вязкости:

• 1 Пуаз [П] = 1 дин·с/см² = 0. 010197162 кгс·с/м² = 0.0000010197162 кгс·с/см² = 0.1 Па·с = 0.1 Н·с/м²
• 1 Сантипуаз [сП] = 0.0001010197162 кгс·с/м² = 0.01 П = 0.001 Па·с
• 1 кгс·с/м² = 98.0665 П = 9806.65 сП = 9.80665 Па·с

США и Британия

В виду того, что в некоторых англоязычных странах сила и площадь поверхности может измеряться в отличных от системы СИ единицах, могут применяться отличные единицы измерения динамической вязкости.

• 1 Фунт сила секунда на дюйм² [lbf·s/in²] = 6894.75729316836 Па·с = 144 lbf·s/ft²
• 1 Фунт сила секунда на фут² [lbf·s/ft²] = 47.88025898034 Па·с

Кинематическая вязкость

Кинематическая вязкость ν – отношение динамической вязкости µ к плотности жидкости ρ и определяется формулой:

  ν = µ / ρ, где µ — динамическая вязкость, Па·с, ρ — плотность жидкости, кг/м³.

В международной системе единиц (СИ), кинематическая вязкость измеряется в квадратных метрах на секунду [м²/с].

  Также широко используется внесистемная единица — cтокс [Ст] и ее производная — сантистокс [сСт].

Соотношение между единицами кинематической вязкости:

• 1 Ст = 0.0001 м²/с = 1 см²/с
• 1 сСт = 1 мм²/с = 0.000001 м²/с
• 1 м²/с = 10000 Ст = 1000000 сСт

США и Британия

В виду того, что в некоторых англоязычных странах сила и площадь поверхности может измеряться в отличных от системы СИ единицах, могут применяться отличные единицы измерения кинематической вязкости.

• 1 м²/с = 1550.0031000062 квадратных дюймов в секунду [in²/s]
• 1 м²/с = 10.76391041670972 квадратных футов в секунду [ft²/s]

Измерение вязкости и принципы вязкости

Вязкость является важным свойством жидкостей, которое описывает устойчивость жидкости к растеканию; оно связано с внутренним трением в жидкости. Наиболее распространенным видом текучести является сдвиговый поток, при котором слои жидкости движутся относительно друг друга под действием силы сдвига. Эта внешняя сила принимает вид напряжения сдвига, которое определяется как сила, действующая на единицу площади жидкости, и позволяет получить градиент скорости по толщине образца, называемый скоростью сдвига. Вязкость сдвига или динамическая вязкость, связанная с этим процессом, определяется отношением напряжения сдвига к скорости сдвига, как показано ниже.

Неньютоновские жидкости

Многие простые жидкости классифицируются как ньютоновские, это означает, что их вязкость не зависит от величины приложенного сдвига. Примерами могут быть вода и простые углеводороды. По мере увеличения сложности жидкости, например, путем добавления пузырьков, капель, частиц или полимеров, жидкости могут демонстрировать более сложное поведение и проявлять неньютоновский отклик, где вязкость зависит от величины приложенного сдвига. Такие типы жидкостей обычно называют структурированными или сложными жидкостями.

Такое неньютоновское поведение распространено для многих промышленных и коммерческих продуктов, включая зубную пасту, майонез, краски, косметические средства и цементы, которые обычно являются жидкостями, разжижающимися при сдвиге, где вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига, хотя в некоторых очень структурированных жидкостях может возникать загустение при сдвиге. 

Применение вязкости 

Для большинства продуктов вязкость должна быть высокой при низких скоростях сдвига, чтобы предотвратить образование осадка или оседание, но уменьшаться при более высоких скоростях сдвига, чтобы облегчить нанесение или обработку. Следовательно, одного измерения вязкости недостаточно для описания вязкости таких материалов, и вязкость следует измерять в диапазоне скоростей сдвига или напряжений или, по меньшей мере, при скорости сдвига, соответствующей процессу или желаемому применению. Кроме того, неньютоновские жидкости могут быть связаны и с другими свойствами, такими как предел текучести, тиксотропность и вязкоупругость, которые могут оказывать существенное влияние на поведение материала и характеристики продукта.

Другими параметрами вязкости, которые применимы к дисперсиям, являются относительная, удельная и характеристическая вязкость, которые позволяют оценить вклад растворенной или дисперсной фаз в вязкость раствора или дисперсии. Эти параметры проще всего определить с использованием дифференциального вискозиметра, такого как используемый в системе гель-проникающей хроматографии (GPC) OMNISEC.

Кинематическая вязкость: что такое, в чем отличие от динамической вязкости

Вязкость – важная характеристика среды, которая присуща каждому телу, обладающему текучестью. Свойство имеет связь с сопротивлением вещества к его перемещению. Вязкость является одним из решающих показателей при выборе объемного насоса, игнорировать который недопустимо. На свойства вязкости влияют такие внешние факторы: температура, нагрузка, скорость сдвига, поэтому вместе с конкретным значением вязкости указывается, в каких условиях проводились испытания. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Для измерения показателя используется вискозиметр.

В чем разница между динамической и кинематической вязкостью?

Динамическая вязкость (m) показывает отношение напряжения сдвига, которые возникает, когда слои жидкости перемещаются в отношении один к другому, и скорости, с которой происходит это движение (скорость деформации). Динамическая вязкость – это мера сопротивления течению жидкости или ее деформации. Для выражения динамической вязкости чаще всего используется Пуаз и сантипуаз, в международной системе единиц – Паскаль х с. Кроме этого, для измерения показателя могут использоваться такие единицы: дин·с/см² и кгс·с/м² и производных от них.

Соотношение единиц:

• 1 Пуаз = 1 дин·с/см² = 0.010197162 кгс·с/м² = 0.0000010197162 кгс·с/см² = 0.1 Па·с = 0.1 Н·с/м²
• 1 Сантипуаз = 0.0001010197162 кгс·с/м² = 0.01 П = 0. 001 Па·с
• 1 кгс·с/м² = 98.0665 П = 9806.65 сП = 9.80665 Па·с.

Кинематической вязкостью (ν) называют отношение вязкости динамической к плотности жидкости. Для выражения показателя используется следующая формула: ν = μ / ρ, где μ – динамическая вязкость, ρ – плотность жидкости, кг/м³.

Для выражения показателя чаще всего используются стокс и производное от него сантистокс. В международной системе единиц для измерения кинематической вязкости применяется м²/с.

Соотношение единиц:

• 1 Ст = 0.0001 м²/с = 1 см²/с
• 1 сСт = 1 мм²/с = 0.000001 м²/с
• 1 м²/с = 10000 Ст = 1000000 сСт.

Кинематическая вязкость показывает текучесть при нормальной и высокой температуре. Измеряется стеклянным вискозиметром. Для этого засекается время стекания смазки по капилляру при заданном температурном режиме.

Для измерения динамической вязкости используется ротационный вискозиметр, который воссоздает условия, наиболее приближенные к естественным.

Кинематическая вязкость – один из важнейших параметров при выборе промышленного теплоносителя. Чем выше этот показатель, тем большая нагрузка приходится на насосной оборудование инженерной системы. В сравнении с глицерином и иными традиционными антифризами гликолевые теплоносители обладает меньшей вязкостью. Это увеличивает эксплуатационный ресурс оборудования, снижая затраты на техническое обслуживание.

Вам могут быть интересны следующие товары

Вам могут быть интересны услуги

Вискозиметры — приборы для измерения вязкости веществ

Вискозиметр — измерительный прибор для определения вязкости жидкостей, газов, некоторых видов полимеров. Название прибора произошло от латинского «viscosus» — вязкий.

Вискозиметры измеряют динамическую вязкость и/или кинематическую. Динамическая вязкость показывает степень текучести вещества в реальных условиях. Она измеряется в Па∙с (паскаль секунды) или в Пуазах. Кинематическая вязкость оценивает текучесть при разных условиях давления и плотности вещества и вычисляется как отношение абсолютной вязкости к плотности. Измеряется данная величина в Стоксах или см²/с.

Большинство вискозиметров разработано для ньютоновских, проще говоря, привычных нам жидкостей. Их вязкость зависит только от давления и температуры. Однако существует целый класс неньютоновских жидкостей (немного о них мы рассказывали в статье про крахмал), вязкость которых напрямую зависит от скорости течения. Это человеческая кровь, резиновый цемент, растворы полимеров, моторные масла с полимерными добавками и модификаторами вязкости, некоторые пищевые продукты. Для определения вязкости неньютоновских жидкостей тоже можно использовать вискозиметры, за исключением ультразвуковых и вискозиметров с падающим шариком.

Какие бывают типы вискозиметров

— Капиллярные. При использовании этого прибора обычно измеряется время, за которое определенный объем исследуемой жидкости перетечет через капилляр или отверстие определенного диаметра.

— Ротационные. Прибор состоит из двух соосных цилиндров, между которыми помещается исследуемое вещество. Один из цилиндров вращается с постоянной скоростью, передавая через среду вращающий момент неподвижному цилиндру. Вязкость среды оценивают по величине момента вращения неподвижного цилиндра.

— С падающим шариком. Вязкость определяется по расстоянию, пройденному шариком, опущенным в вещество.

— Пузырькового типа. Пузырьковые вискозиметры оценивают характеристики движения пузырька газа в исследуемой среде.

— Ультразвуковые. Устройство представляет собой специальный зонд, который опускают в исследуемое вещество, где он испускает короткие импульсы. По степени затухания импульсов судят о вязкости материала.

— Вибрационные. Определяют вязкость по изменению параметров колебаний вибрирующего зонда в среде.

Такое разнообразие конструкций приборов и методов определения вязкости связано с тем, что приходится измерять текучесть веществ, вязкость которых может различаться в 10¹⁷ П. Кроме этого, приборы должны учитывать условия, в которых они будут применяться. Вискозиметры выпускаются как для лабораторий так и для постоянного мониторинга состояния вещества, например, на производстве, в трубопроводах. Условия давления и температуры тоже могут отличаться очень сильно. Выпускаются приборы для измерения вязкости веществ при температурах от -50 до +2000 °С.

Как выбрать вискозиметр

Для того чтобы выбрать вискозиметр, нужно определиться с тремя основными параметрами:
— точность измерения;
— диапазон значений;
— условия работы прибора.

Капиллярные вискозиметры отличаются высокой чувствительностью, погрешность их измерений не превышает 2% (как правило, составляет доли процента). Поэтому они чаще других используются в лабораториях.

Ротационные вискозиметры позволяют измерять вязкость самых разных веществ в диапазоне от 0,6 мПа∙с до 3 000 000 мПа∙с, но погрешность измерений может достигать 4%.

К очень точным измерительным приборам относятся ультразвуковые вискозиметры. Кроме того, они подходят для работы с агрессивными, высокотемпературными веществами, для измерений в вакууме и в инертной атмосфере.

Вискозиметры, работающие на принципе падающего шарика, применимы в высокотемпературных средах — ими часто измеряют вязкость расплавов стекол, солей. Очень удобны они для измерения вязкости прозрачных низковязких сред в пищевой, фармацевтической, нефтехимической индустрии. Погрешность измерений не превышает 3%.

В магазине «ПраймКемикалсГрупп» вы можете купить Вискозиметр ВЗ-246 капиллярного типа — сертифицированное и качественное оборудование. Заказать его, как и другие товары из нашего широкого ассортимента, можно с доставкой.

Гангут — Вязкость

Вязкость.

Существует более 50 способов определения вязкости.

В настоящий момент больше не используется определение вязкости лакокрасочных материалов в сантипуазах (cps). Измеряется время (в секундах), за которое определенный объем лакокрасочного материала вытекает из чашки снабженной отверстием определенного калибра. Измерение вязкости таким способом называется измерением с помощью вискозиметра.

Перед измерением вязкости необходимо проделать некоторые операции. Вискозиметр, материал и разбавитель должны быть одинаковой температуры. Необходимо знать эту температуру и сделать необходимые корректировки (в случае необходимости).

Таблица 1. Сравнение различных способов измерения вязкости

Коэффициент вязкости

Когда говорят о вязкости, то число, которое обычно рассматривают, это коэффициент вязкости. Существует несколько различных коэффициентов вязкости, зависящих от действующих сил и природы жидкости.

• Динамическая вязкость (или абсолютная вязкость) определяет поведение несжимаемой ньютоновской жидкости
• Кинематическая вязкость — это динамическая вязкость, деленная на плотность, для ньютоновских жидкостей
• Объемная вязкость определяет поведение сжимаемой ньютоновской жидкости. Объемная вязкость — коэффициент вязкости при сжатии (для неньютоновских жидкостей)
• Сдвиговая вязкость (вязкость при сдвиге) — коэффициент вязкости при сдвиговых нагрузках (для неньютоновских жидкостей)

Динамическая вязкость и сдвиговая вязкость более известны.

Поэтому часто их называют просто — вязкость.

Вязкость различных материалов

Таблица 2. Вязкость жидкостей при +25°С

Изменения температуры жидкости могут привести к существенным изменениям вязкости жидкости. Например, допустим, что бутылку с охлаждённым сиропом для блинов перевернули вверх дном. Кажется, что сироп никогда не покажется из горлышка. С другой стороны представим себе действие разогретого сиропа. Он сразу же достаточно быстро начнёт вытекать. Различия в их поведении — благодаря способности вязкости изменяться как функции от температуры.

Таблица 3. Зависимость вязкости (в секунду) от температуры

Температура (°С)

Подобное качество свойственно жидкостям, которые применяются в аэрозольных генераторах. Конечно же, вязкость изменяется не всегда так существенно, как в примере с сиропом, но когда разговор идёт о частицах с размерами в микронах, то перепады в уплотнении даже до умеренной вязкости из-за изменения температуры могут быть критические.  

Вязкость краски — инструкция по измерению

Вязкость краски — инструкция по измерению

• Как определить вязкость печатной краски?
• Как измерить вязкость лака или краски?
• Вискозиметр для флексографии и вязкость;
• Контроль вязкости краски?

Условие правильной работы с краской — поддержание требуемой вязкости. Её снижение уменьшает расход краски, толщину и механическую стойкость красочного слоя, насыщенность цвета, растекание. 

Вязкость краски сказывается на её печатных свойствах: насыщенность цвета, контраст,  равномерность наката краски, яркость.

Вязкость типографской краски (флексо) измеряется вискозиметром — воронкой ВЗ – 246 (ГОСТ 9070-75), который используется при нормальном давлении 0,1 МПа и температуре 20С.

Обычно воронки для флексографии применяют с диаметром сопла 4мм. Для измерения вязкости красок глубокой печати используют импортные аналоги: 2мм, DIN3, DIN4 мм. Это обусловлено тем, что краски для глубокой печати жидкие и вязкость печатной краски лежит в интервале 16 — 28 сек по ВЗ 4.

Данный вискозиметр состоит из воронки определенного объема и сопла определенного диаметра. Вискозиметр ВЗ – 246 измеряет условную (ньютоновскую) вязкость – время истечения заданного материала / краски через калиброванное отверстие сопла 2мм, 4мм, 6мм. 

• в производственных условиях, в цехе  лучше использовать — погружной вискозиметр;
• в лабораторных условиях модель  вискозиметра на штативе;

Величина требуемой вязкости краски будет зависеть от температуры, при которой выполнено измерение, ведь обычно поставщик указывает вязкость для температуры 20–22 °С. Определить нужное значение помогут графики зависимости вязкости конкретной краски от температуры. Либо довести температуру краски до необходимой.

Благодаря измерению вязкости можно так же проверить и качество краски или лака – добавлялся ли какой-то растворитель в краску вашим поставщиком.

Инструкция по измерению вязкости краски: 

• Возьмите вискозиметр. Налейте в воронку краску, так,чтобы образовался выпуклый мениск над верхним краем вискозиметра.
• Наполняйте вискозиметр краской медленно, чтобы предотвратить образование пузырьков воздуха в лаке краске.
• Не стоит проводить измерения вязкости, когда водная краска вспенена, так это не даст точного результата.
• Под сопло вискозиметра поставить сосуд / стакан.
• Откройте сопло и одновременно засеките время на секундомере, которое требуется краске или лаку для непрерывного истекания из воронки (до первой капли).  
• Конечное время истекания — момент, когда  перестает течь струйкой и начинает капать.

Рекомендации по измерению вязкости:

—  замеры вязкости рекомендуется проводить в процессе печати тиража и по полученным данным периодически необходимо возмещать потери растворителя,
— если краска густая: добавьте растворителя,
— если краска жидкая:  отгрегрулируйте вязкость введением свежей краски или лака- разбавителя, 
— не стоит измерять вязкость, когда краска вспенена — корректирующие действия не дадут нужного эффекта.
— помните, что на значения вязкости, зависят от температуры. 

*Пример расчета (пояснение):            

Измерили условную вязкость краски по ВЗ-4 при тем.25°С. Она составила 17 с.            

Поправочный коэффициент при 25°С составляет: 1,3020.        

17х1,3020=22 с.            

Таким образом фактическая вязкость краски составляет 22 с.

Воронка — самый распространённый способ измерения вязкости во флексографии. Скорость истечения жидкой краски завист не только от её температуры (см. табл. выше), а также от формы воронки — её типа, и диаметра сопла / отверстия.  Таким образом, время истечения краски т.е. вязкость из разных измерительных воронок не  одинаково. 

Типы вискозиметров:  DIN, «вонронка Цана / Zahn cup», «Воронка Шмидта», «Воронка Шелла / Shell cup» (отличие: запканчивается узкой трубкой, через котроую вытевает краска) — чаще применяют в глубокой печати — стандарт ASTDM 4212.  Европейские исследования показали, что более надежные величины получаются при помощи воронки DIN 4, а воронка Zahn 2 не дает достаточной точности и повторяемости результатов*.

 
 
^{«ПолиФлекс»,© копирование материала с сайта разрешено только при обязательной гиперссылки}

кинематическая и условная вязкость нефтепродуктов

Вязкость, как характеристика качества нефти

Вязкость является одной из важнейших характеристик нефти, различных жидких топлив и других нефтепродуктов. Этот параметр вносится в паспорта качества и значительно влияет на эксплуатационные свойства вещества. Для определения вязкости нефтепродуктов используют специальные приборы – вискозиметры.

Какие свойства вещества описывает вязкость?

Через вязкость мы определяем величину внутреннего трения, то есть способность вещества сопротивляться перемещению при движении. Данная характеристика помогает сделать предположения о составе вещества, например, нефти: если проба слишком вязкая, то вещество содержит тяжелые углеводородные фракции. Также она влияет на прокачиваемость, важную для транспортировки, а также работы бензина, ДТ и другого топлива в топливных системах.

Исследования вязкости могут проводиться на местах добычи полезных ископаемых, на нефтеперерабатывающих заводах, нефтебазах и даже в мобильных лабораториях.

Как исследуется?

Условная вязкость нефтепродуктов (ее еще называют относительной) измеряется в градусах условной вязкости. Эта характеристика выражает отношение времени, за которое 200 мл исследуемого вещества при заданной температуре истечет через отверстие вискозиметра, ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20 °С.

Международной системой единиц физических величин различается динамическая и кинематическая вязкость нефтепродуктов.

• Для того, чтобы получить кинематическую вязкость, необходим вискозиметр. Проба топлива под воздействием силы тяжести постепенно вытекает через специальное отверстие в этом приборе. Полученное время истечения нужно умножить на индивидуальную постоянную вискозиметра – так и проходит определение кинематической вязкости нефтепродуктов. Многие устройства проводят вычисления этой характеристики в автоматическом режиме, без участия человека.
• Расчет вязкости нефтепродуктов необходим для получения динамической величины: плотность вещества × на полученную кинематическую вязкость.

Методы проведения исследований регулирует ГОСТ вязкости нефтепродуктов − 33-2000.

Где заказать нефтехимическое лабораторное оборудование?

ЗАО «БМЦ» предлагает купить устройство «Термостат А2М», которое выполняет измерение кинематической вязкости в соответствии с ГОСТ. Прибор сертифицирован и внесен в Государственный реестр средств измерения. Устройство подходит для лабораторий разных типов, в том числе и мобильных.

Наши специалисты доставят лабораторное оборудование на ваш объект, выполнят его наладку и пуск, расскажут о том, как пользоваться устройством! Точные результаты исследований, быстрый и комфортный процесс измерения – вместе с ЗАО «БМЦ». 

ИЗМЕРЕНИЕ ВЯЗКОСТИ

Вязкость жидкости (см. Вязкость) измеряется с помощью вискозиметра , и лучшие вискозиметры — это те, которые способны создавать и контролировать простые поля потока. Наиболее широко измеряемая вязкость — это вязкость при сдвиге, и здесь мы сосредоточимся на ее измерении, хотя следует отметить, что также могут быть определены различные вязкости при растяжении и могут быть предприняты попытки их измерения, хотя это непросто.

Большинство современных вискозиметров управляются компьютером или микропроцессором и выполняют автоматические вычисления в зависимости от используемой геометрии.Поэтому нет необходимости вдаваться в подробное обсуждение процедур расчета, скорее мы сосредоточимся на общих проблемах и артефактах, влияющих на измерения. Любые другие необходимые подробности можно найти в главе Coles (1965).

Основные компоненты вискозиметра — это подходящая простая геометрия, внутри или через которую может течь жидкость; некоторые средства создания потока, либо путем наложения скорости на вращающийся элемент, либо давления, либо пары, и, наконец, средства измерения отклика в виде напряжения или скорости.К ним относятся ситуации, когда:

1. скорость сдвига везде одинакова, см. рисунок 1:

   концентрический цилиндр с узким зазором (включая геометрию с двумя зазорами)

   малоугловой конус и пластина

2. есть линейное изменение скорости сдвига или напряжения сдвига, см. рисунок 2:

   параллельная пластина

   капилляр или трубка (прямой или U-образный)

   разрез

3. где напряжение сдвига обратно пропорционально расстоянию, концентрический цилиндр с широким зазором (включая одиночный цилиндр)

4. другие обратный конус и т. д.

Рис. 1. Две геометрии, в которых скорость сдвига одинакова для всей жидкости, подвергающейся сдвигу.

Рис. 2. Некоторые другие геометрические формы вискозиметра.

Вискозиметры регулируются либо напряжением, либо деформацией, см. Рисунок 3, где представлена ​​типичная установка этих двух типов вискозиметров. Например, концентрические цилиндры либо приводятся в действие с заданной скоростью вращения и измеряется крутящий момент (иногда называемый парой), либо прикладывается крутящий момент и измеряется скорость.В геометриях со сквозным потоком, таких как капиллярная трубка, поток может управляться давлением и измеряться последующий поток, или же может быть установлен расход и измерено падение давления в трубке.

Рис. 3. Схематическое изображение расположения типичных вискозиметров с контролируемым напряжением и контролируемой деформацией.

Для измерения вязкости используется ряд предположительно простых геометрий, но, хотя геометрия кажется простой, поле потока — нет. Лучшим примером этого является проточная чашка, где жидкость вытекает из чашки через заданное сопло под действием силы тяжести.В этом случае у нас есть сдвиг и растяжение, а также одновременно присутствуют эффекты инерции и времени, и практически невозможно извлечь только сдвиговую вязкость как функцию напряжения сдвига, которое представляет интерес.

Эффекты инерции могут иметь значение при любой геометрии. Они проявляются по-разному в зависимости от конкретной геометрии. Например, в круго-симметричных геометриях, таких как конус и пластина, параллельная пластина и концентрические цилиндры, можно создать вихревые вторичные потоки, которые поглощают дополнительную энергию по сравнению с первичным потоком и, следовательно, демонстрируют более высокую, чем ожидалось, вязкость. если не принимать во внимание (см. ниже).

Могут присутствовать и другие артефакты, см. Рис. 4. Даже когда конечные эффекты устранены в хорошо сделанном вискозиметре, все еще могут существовать эффекты стенок, дающие реальные или кажущиеся эффекты скольжения. Обычно это дает более низкую, чем ожидалось, вязкость (см. Ниже). Они могут быть преодолены путем придания шероховатости поверхности геометрии вискозиметра, контактирующей с измеряемой жидкостью. Обычно требуется шероховатость> 10 мкм, см. Некоторые примеры профилирования поверхности на Рисунке 5.

Рисунок 4.Возможные артефакты и их влияние на кривые потока.

Рис. 5. Типичные профили поверхности для преодоления скольжения на стенках вискозиметров.

Вискозиметры требуют тщательной калибровки. Это может быть выполнено первичным способом, например, путем тщательного измерения геометрии и калибровки датчиков расхода, давления или скорости, или, как это обычно делается, вторичным способом с использованием стандартизованной ньютоновской жидкости — они доступны в вискозиметров, которые сами были откалиброваны и сертифицированы как имеющие вязкость согласно национальным стандартам.

Поскольку большинство коммерческих вискозиметров являются электромеханическими по своей природе, при их работе часто не возникает ошибок. Принимая во внимание все различные источники ошибок, невозможно измерить вязкость на коммерческих вискозиметрах с точностью выше 2%.

Большинство неньютоновских жидкостей имеют кривую течения, как показано на рисунке 6. Единственными исключениями являются те, где мы видим увеличение вместо обычного уменьшения вязкости при более высоких скоростях сдвига.Это увеличение происходит из-за структурной перестройки микроструктуры рассматриваемых жидкостей, причем такое поведение наблюдается в растворах моющих средств, растворах полимеров и, как правило, в концентрированных суспензиях, где оно было впервые обнаружено и названо дилатансией, хотя загустение при сдвиге является лучшим описанием. следуя обычному описанию уменьшения вязкости со скоростью сдвига как разжижения при сдвиге.

Рис. 6. Нормальная форма кривой течения неньютоновских жидкостей при измерении в достаточно широком диапазоне скоростей сдвига.Также показаны типичные характеристики утолщения при сдвиге.

Нижнее плато иногда невозможно измерить с помощью простого вискозиметра, и часто, используя ограниченный диапазон исследований, рабочие ввели понятие предела текучести. Это все еще полезная концепция для измерений, проводимых в предельном диапазоне, и кривая может быть описана как таковая математически, но следует помнить, что всегда существует конечная и постоянная вязкость при достаточно низких напряжениях.

Другие отклонения от этой простой кривой связаны с различными артефактами, как теперь описано.

Инерционные и турбулентные эффекты

Помимо измерения вязкости жидкости, вискозиметры, измеряющие очень низкую вязкость (обычно <10 мПа · с), могут вызывать вторичные потоки с инерционным приводом, которые создают видимость увеличения вязкости. На рисунке 4 показано влияние на кривую потока. Концентрический цилиндр особенно подвержен этой проблеме, поскольку он наиболее часто используется для измерения жидкостей с низкой вязкостью, когда для неньютоновских жидкостей требуется определенная скорость сдвига.Начало этой формы вторичного потока видно в этой геометрии, когда внутренний цилиндр вращается, и регулируется так называемым числом Тейлора, T _c , и определяется по формуле:

где

• R ₁ = внутренний радиус

• R ₂ = внешний радиус

• ρ = — плотность жидкости

• Ω = — скорость вращения в радианах в секунду, а

• η = — вязкость жидкости.

Значение T _c для малых зазоров составляет 1700, но изменяется в зависимости от зазора, как:

так что для вискозиметра с относительно большим зазором, например, с отношением радиусов 1,25, критическое число Тейлора увеличивается до 1913. Этот устойчивый вторичный поток становится волнистым при критическом значении примерно на 50% выше, а при более высоких скоростях становится полностью турбулентным. [Д. Коулз (1965)]. (См. Также Неустойчивость Тейлора.)

Когда внешний цилиндр вращается, а внутренний неподвижен, происходит резкий и катастрофический переход от ламинарного к турбулентному потоку без стадии вихря, однако это происходит при числе Рейнольдса 15000, где число Рейнольдса определяется как: Re = (R ₂ — R ₁ ) R ₂ Омρ / η.Поэтому на практике это редко встречается в коммерческих вискозиметрах, которые редко вращают внешний цилиндр для создания потока. Другие геометрические формы дают аналогичные эффекты, однако они не так часто используются для жидкостей с низкой вязкостью, где эффект наиболее заметен. Во всех случаях инерционный эффект требует максимально допустимой скорости сдвига в конкретной геометрии.

Турбулентность также становится проблемой в капиллярных или трубных потоках. Здесь переход от ламинарного к хаотическому потоку происходит при числе Рейнольдса около 1000, где число Рейнольдса определяется как RVρ / η, где R — радиус, а V — средняя скорость.

Когда необходимо измерять жидкости с очень низкой вязкостью, часто желательно использовать конфигурацию двойного концентрического цилиндра, см. Рисунок 7.

Рис. 7. Геометрия концентрического цилиндра с двойным зазором.

Вязкость газов лучше всего измерять в длинных маленьких костных трубках, применяя соответствующее соотношение перепада давления для ньютоновских жидкостей.

ССЫЛКИ

Коулз Д. (1965), Переход в круговом потоке Куэтта, J. of Fluid Mechanics , 21, 391.

Как я могу измерить вязкость?

Ответ, как и большинство других ответов в безумном мире измерений, — «это зависит от обстоятельств». Чтобы выяснить, от чего это зависит, начнем с определения вязкости.

Вязкость — это механическое трение между движущимися молекулами и сопротивление деформации из-за взаимного притяжения молекул. Другими словами, это сопротивление потоку.

Есть два типа вязкости:

1. Динамическая вязкость , также известная как абсолютная вязкость , представляет собой тангенциальную силу на единицу площади, необходимую для перемещения одной горизонтальной плоскости по отношению к другой горизонтальной плоскости с единичной скоростью, когда жидкость поддерживается на единичном расстоянии друг от друга.

2. Кинематическая вязкость — это отношение динамической вязкости к плотности.

Еще в 1800-х годах первые измерения вязкости были проведены с использованием методов капиллярной трубки. Ниже приводится краткое описание различных методов и инструментов, которые были разработаны с тех пор и используются сегодня.

Капиллярный вискозиметр

Самые ранние методы измерения вязкости основывались на использовании капиллярных трубок и измерении времени, необходимого для прохождения объема жидкости по длине трубки. Эти разработки применялись до начала 20-го века и известны как вискозиметры Оствальда или Уббелоде.

Чашка Zahn

Аналогичен этому методу чашка Zahn Cup, представляющая собой небольшой контейнер с ручкой и небольшим отверстием в дне.Время, необходимое для опорожнения чашки через отверстие, зависит от вязкости. Чашка Zahn часто используется в лакокрасочной промышленности.

Вискозиметр с падающей сферой

Другой метод — это вискозиметр с падающей сферой, в котором сфера известной плотности опускается в образец жидкости и регистрируется время, за которое сфера падает в заданную точку. Этот метод использовался на судах для контроля качества топлива, поступающего в двигатель корабля. Аналогичным продуктом является вискозиметр с падающим поршнем.

Вискозиметр вибрационный

Вибрационные вискозиметры

измеряют затухание колеблющегося электромеханического резонатора, погруженного в жидкость. Этот метод часто используется в процессе для получения непрерывных показаний в потоке продукта, в резервуаре периодического действия или в других технологических процессах.

Вискозиметр ротационный

Ротационный вискозиметр измеряет крутящий момент, необходимый для поворота объекта в жидкости, в зависимости от вязкости этой жидкости.Этот метод часто используется при контроле качества и в производственных лабораториях.

Простые жидкости просто реагируют на скорость и время потока и называются чистыми или ньютоновскими жидкостями. Эти чистые жидкости включают в себя воду и молоко. Ньютоновские жидкости обычно измеряются капиллярными вискозиметрами, чашками Зана или вискозиметрами с падающим шариком.

Неньютоновские жидкости по-разному реагируют на изменения скорости и времени потока. Методы измерения этой вязкости требуют сложных методов тестирования, предлагаемых другими типами инструментов, наиболее популярным из которых является ротационный вискозиметр.

Вязкость

может показаться сложной задачей, но правильный прибор поможет вам легко проверить эту характеристику. Сообщите нам, какие у вас есть вопросы, оставив комментарий или отправив нам электронное письмо по адресу [email protected].

До следующего раза я как всегда остаюсь в замешательстве.

— Арт.

П.С. Если вы не подписаны на эти рассуждения и рассуждения о тестовом оборудовании, зарегистрируйтесь вверху страницы .

Что такое вязкость? Почему это важно для определения характеристик жидкостей?

Вязкость определяется как сопротивление потоку!

Вязкость часто называют толщиной жидкости.Вы можете представить себе воду (низкая вязкость) и мед (высокая вязкость). Однако это определение может сбивать с толку, когда мы смотрим на жидкости с разной плотностью.

На молекулярном уровне вязкость — это результат взаимодействия между различными молекулами жидкости. Это также можно понимать как трение между молекулами жидкости. Как и в случае трения между движущимися твердыми телами, вязкость будет определять энергию, необходимую для движения жидкости.

Как это измерить?

Вязкость

можно измерить с помощью различных методов, от методов «сделай сам» до вискозиметров, доступных на рынке.(Посмотрите наш веб-семинар о различных типах вязкости!)

• DIY Метод измерения вязкости:

Вы можете думать о разных жидкостях, которым требуется разное время, например, для того, чтобы вылить их из чашки. Вода выльется из стакана за доли секунды и за столь же короткое время примет форму принимающей емкости. С другой стороны, жидкости с высокой вязкостью, такой как мед, потребуется несколько минут, чтобы вылиться, а на границе раздела между медом и воздухом потребуется столько же времени, чтобы осесть.Вы могли заметить, что я говорил о времени, пытаясь установить, какая из этих двух жидкостей более вязкая. Это то, что мы называем измерением кинематической вязкости или скорости потока жидкости при заданной силе, приложенной к ней. В этом примере приложенная сила — это сила тяжести. (Говоря о еде, что находится в меню вязкости? Узнайте больше о вязкости пищи!)

Вернемся к теме, еще один способ подумать об этом — использовать поршневую или шприцевую установку. Представьте, что внутри шприца находится жидкость с очень низкой вязкостью (вода).Вероятно, вы сможете вытолкнуть жидкость пальцами. С другой стороны, если у вас внутри шприца мед, вам лучше иметь довольно прочный шприц и какую-нибудь механическую систему, которая поможет вам приложить достаточное усилие. Вы также могли заметить, что в этом случае я прилагаю и измеряю силу, чтобы жидкость текла. Если я фиксирую время, которое я хочу использовать для впрыска (или скорость нагнетания), и измеряю силу или напряжение, это то, что мы будем называть измерением динамической вязкости.

Количество методов и типов вискозиметров, используемых для измерения вязкости, довольно велико, а история вискозиметрии уходит корнями в прошлое. В целом мы можем сузить круг вариантов, проанализировав их базовые принципы. Описанные выше измерения вязкости часто разделяют на кинематическую или динамическую. В то время как относительная вязкость может дать вам общее число, инструменты, которые могут измерять динамическую вязкость или абсолютную вязкость, были усовершенствованы и доказали, что они обеспечивают более надежные и точные измерения.Это связано с тем, что вместо значений, сравнивающих жидкости друг с другом, дается абсолютная вязкость. Вискозиметры RheoSense, основанные на технологии VROC ^® , обеспечивают динамические или абсолютные измерения вязкости, которые являются абсолютно надежными инструментами для вашей работы!

Хотите получить дополнительную информацию о том, как вискозиметр может помочь в вашей работе?

Если вы хотите узнать больше о вязкости, ознакомьтесь с нашей серией НАЗАД К ОСНОВАМ о вязкости:

Различные способы измерения вязкости

Измерение вязкости появилось еще в 19 веке.Французский физик Жан Пуазей открыл концепцию измерения вязкости, сформулировав «математическое выражение для скорости потока ламинарного потока жидкости в круглых трубках». Позже эта формулировка была открыта немецким инженером-гидротехником Готтильфом Хагеном, которая стала известна как уравнение Хагена-Пуазейля (Британия). Ранние измерения вязкости были сосредоточены в первую очередь на потоке крови. Измерения проводились с использованием гемодинамометра, который включал узкие трубки и стеклянные капилляры для измерения давления в артериях лошадей и собак (Sutera).

Прорыв Пуазейля проложил путь для развития современной медицины, поскольку измерение вязкости стало важным аспектом различных отраслей промышленности, включая биофармацевтику, чернила, продукты питания и масла. Измерение вязкости стало включать в себя различные приложения, поскольку концепции начали учитывать изменения в образцах в зависимости от скорости сдвига.

Некоторые из стандартных методов измерения вязкости включают:

• Капиллярный вискозиметр : Один из старейших методов измерения вязкости, капиллярный вискозиметр измеряет время между прохождением объема жидкости / образца по длине капиллярных трубок.
• Вискозиметр : Измеряет крутящий момент, необходимый для вращения объекта в объеме жидкости.
• Вискозиметр с падающей сферой : Измеряет вязкость путем падения сферы с определенным весом и плотностью и измеряет время, необходимое сфере для достижения обозначенных точек соединения.
• Zahn Cup Method : Измерения путем наблюдения за временем, которое требуется объему жидкости для опорожнения чашки через небольшое отверстие в дне контейнера / чашек
• Вибрационный вискозиметр : Измеряя колебательные волны с помощью вибрирующего стержня, погруженного в жидкость, вязкость рассчитывается путем анализа демпфирования вибрации.
• Вискозиметр VROC : Этот вискозиметр приводится в действие давлением с помощью насосной системы, в которой ламинарный поток выталкивает жидкость в прямоугольную щель с датчиками давления, измеряя вязкость жидкости по изменению давления после прохождения каждого датчика давления внутри микрочипа.

Технология VROC ^® продвигает другой подход: гибрид между технологиями микрофлюидных и микро-электромеханических систем (MEMS). А поскольку это микрожидкостный чип, пользователи значительно экономят на образцах.

Чем отличается технология VROC от альтернативных вискозиметров?

• Требования к образцу : Для микротехнологий требуется всего около 26 мкл.

  В приложении, использующем microVISC ^™ , мы смогли сэкономить половину времени измерения и образца по сравнению с капиллярными вискозиметрами. Заметка о приложении доступна здесь.

• Скорость сдвига : От всего.От 5 до 1,400,000 с-1.

  В большинстве отраслей обязательно использовать скорости сдвига для моделирования приложения, с которым работает конкретная отрасль. Например, краска должна загустевать, когда она находится на стене при низких скоростях сдвига, но течет со скоростью сдвига при чистке кистью — или чернила должны течь через сопло для печати при очень высоких скоростях сдвига, но должны прилипать и удерживаться на поверхности. печатный носитель в состоянии покоя. Вискозиметры, не способные уловить весь диапазон сдвига, не будут эффективными для контроля качества или проектирования для этих приложений.(См. Примечания по применению здесь)

• Ньютоновская система против неньютоновской : Имея полный контроль над скоростью сдвига, вы можете увидеть, является ли ваша жидкость ньютоновской или неньютоновской.

На рисунке выше вязкость неньютоновского стандарта уменьшается с увеличением скорости сдвига.
На приведенном выше рисунке вязкость стандарта NIST не зависит от увеличения скорости сдвига.

Если у вас есть какие-либо вопросы относительно технологии VROC или вы хотите узнать больше, нажмите ниже!

или

Цитированных статей:

«Жан-Луи-Мари Пуазей, французский врач», написанный редакцией Британской энциклопедии.Доступ к статье здесь.

«История закона Пуазель» Сальваторе П. Сутера, факультет машиностроения Вашингтонского университета, Сент-Луис, штат Миссури. Доступ к бумаге здесь.

Измерение различных типов вязкости с помощью вискозиметров

Кинематический, динамический, относительный, кажущийся, абсолютный — при измерении вязкости с помощью вискозиметра вы, вероятно, встретите эти слова. Они относятся к различным типам (или значениям коэффициентов) вязкости, которые можно измерить в жидкости.Тип вязкости, определяемый измерениями вашего вискозиметра, зависит от типа вискозиметра, который вы используете, но обычно он либо динамический, либо кинематический.

Демонстрация вязкости. Жидкость слева имеет более низкую вязкость, чем жидкость справа.
Изображение используется с разрешения (CC SA-BY 4.0; Synapticrelay).

Определим различные типы вязкости:

Динамическая (абсолютная) вязкость: Динамическая вязкость также известна как абсолютная вязкость и чаще всего относится к неньютоновским жидкостям.Это относится к внутреннему сопротивлению жидкости потоку при приложении силы.

Кинематическая вязкость: Кинематическая вязкость — это мера вязкости (обычно ньютоновской) жидкости в движении. Его можно определить как отношение динамической вязкости к плотности. Любой вискозиметр, в конструкции которого используется сила тяжести, измеряет кинематическую вязкость.

Кажущаяся вязкость (сдвиг): Кажущаяся или сдвиговая вязкость относится к соотношению между вязкостью и скоростью сдвига.В ньютоновских жидкостях это значение не меняется, но с неньютоновскими жидкостями кажущаяся вязкость напрямую зависит от скорости сдвига. Его можно рассчитать, разделив напряжение сдвига на скорость сдвига.

Относительная вязкость: Относительная вязкость важна для неньютоновских жидкостей, особенно полимеров. Это относится к соотношению между молярной массой (масса химического соединения, деленная на общее количество) и вязкостью — более высокая молярная масса означает более высокую вязкость в полимере.Он рассчитывается путем деления вязкости полимера на вязкость чистого растворителя.

Какой тип вязкости измеряют разные вискозиметры?

Не все вискозиметры одинаковы — тип измеряемой им вязкости зависит от его конструкции. Давайте рассмотрим наиболее распространенные типы:

Вискозиметры с диафрагмой: Вискозиметры с диафрагмой включают в себя различные разновидности вискозиметров с отверстиями. Поскольку они работают под действием силы тяжести, измеренная вязкость составляет , кинематическая вязкость .

Капиллярные вискозиметры: Капиллярные вискозиметры используют силу тяжести для измерения того, сколько времени требуется пробе жидкости, чтобы пройти по длине трубки. Они также измеряют кинематическую вязкость .

Вискозиметры с падающим поршнем: Вискозиметры с падающим поршнем используют силу, создаваемую падающим поршнем, для измерения вязкости. Они измеряют динамическую вязкость , потому что к жидкости прикладывается напряжение.

Ротационные вискозиметры: Ротационный вискозиметр измеряет, какой крутящий момент требуется для вращения шпинделя, погруженного в жидкость.Шпиндель прикладывает напряжение к жидкости, в результате чего измеренная динамическая вязкость составляет .

Вискозиметр с падающим шариком: Вискозиметр с падающим шариком измеряет силу, необходимую для того, чтобы шарик провалился через жидкость. Шар прикладывает напряжение к жидкости, давая измерение динамической вязкости . Вискозиметр с падающим шариком, запатентованный в 1932 году Фрицем Хепплером, фактически был первым типом вискозиметра для измерения динамической вязкости.

Вибрационные вискозиметры: Вибрационные вискозиметры измеряют сопротивление жидкости вибрации.Поскольку вибрация представляет собой силу, прилагаемую к жидкости, эти вискозиметры измеряют динамической вязкости .

Если вам нужна дополнительная информация о вязкости или о том, как ее измерить с помощью вискозиметров, свяжитесь с Saint Clair Systems .

Измерение вязкости — Деятельность — TeachEngineering

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 9
(8-10)

Требуемое время: 1 час 15 минут

Расходные материалы на группу: 1 доллар США.00

Размер группы: 3

Зависимость деятельности:

Тематические области:
Алгебра, Биология, Химия, Измерение, Физические науки, Физика, Рассуждения и Доказательства

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Резюме

Учащиеся рассчитывают вязкость различных бытовых жидкостей, измеряя количество времени, за которое мраморные или стальные шарики падают через жидкости на заданное расстояние.Они понимают, что такое вязкость, а также практикуют использование алгебры и преобразования единиц.
Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры часто проектируют устройства, которые транспортируют жидкости, используют жидкости для смазки или работают в средах, содержащих жидкости. Таким образом, инженеры должны понимать, как жидкости ведут себя в различных условиях.Понимание поведения жидкости может помочь инженерам выбрать оптимальные жидкости для работы в устройствах или разработать устройства, которые могут успешно работать в средах, содержащих жидкости.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

• Измерьте вязкость жидкости.
• Опишите жидкость как имеющую «высокую» или «низкую» вязкость.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12,
образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов Achievement Standards Network (ASN) ,
проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика;
внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Общие основные государственные стандарты — математика

• Модель с математикой.(Оценки
  К —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Постройте и интерпретируйте графики разброса для данных двумерных измерений, чтобы исследовать закономерности связи между двумя величинами.Опишите шаблоны, такие как кластеризация, выбросы, положительная или отрицательная ассоциация, линейная ассоциация и нелинейная ассоциация.
  (Оценка
  8)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Представьте данные о двух количественных переменных на диаграмме рассеяния и опишите, как эти переменные связаны.(Оценки
  9 —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами.(Оценки
  9 —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Используйте единицы как способ понять проблемы и направить решение многоэтапных проблем; последовательно выбирать и интерпретировать единицы в формулах; выбрать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных.(Оценки
  9 —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Подобрать функцию к данным; использовать функции, приспособленные к данным, для решения проблем в контексте данных.(Оценки
  9 —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Перегруппируйте формулы, чтобы выделить интересующее количество, используя те же рассуждения, что и при решении уравнений.(Оценки
  9 —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

ГОСТ

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе нужно:

• линейка
• секундомер
• градуированный цилиндр (чем выше, тем лучше)
• мраморный или стальной шарик (должен быть половиной диаметра цилиндра или меньше и тонуть в измеряемой жидкости; чем медленнее шарик опускается, тем легче измерить вязкость)
• Рабочий лист определения вязкости, по одному на человека
• калькуляторы
• Доступ в Интернет для исследования вязкости для одного вопроса рабочего листа

Поделиться со всем классом:

• густые, несколько прозрачные бытовые жидкости, такие как моторное масло, кукурузный сироп, блинный сироп, шампунь, жидкое мыло (возможно, разные жидкости для каждой 1-2 группы), достаточное количество каждой жидкости, чтобы заполнить градуированный цилиндр для каждой группы, которая тестирует это
• шкала для измерения массы градуированных цилиндров с жидкостями и без них

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_surg_lesson03_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Вязкие жидкости

студенты знакомятся с сходствами и различиями в поведении упругих твердых тел и вязких жидкостей. Кроме того, вводятся свойства материала жидкости, такие как вязкость, а также методы, которые инженеры используют для определения этих физических свойств.

Принцип Архимеда, Закон Паскаля и Принцип Бернулли

Студенты знакомятся с законом Паскаля, принципом Архимеда и принципом Бернулли. Поставляются основные определения, уравнения, практические задачи и инженерные приложения.

Механика тканей

Студенты узнают, почему инженеры должны понимать механику тканей, чтобы проектировать устройства, которые будут имплантированы или использоваться внутри тела, для изучения патологий тканей и того, как это изменяет функцию тканей, а также для проектирования протезов.Студенты узнают о коллагене, эластине и протеогликанах и их р …

Введение / Мотивация

Механика жидкости — это изучение того, как жидкости реагируют на силы. Механика жидкости включает гидродинамику, изучение силы, действующей на жидкости, и аэродинамику, изучение тел, движущихся в воздухе.Это охватывает широкий спектр приложений. Можете ли вы вспомнить примеры инженерных приложений, для которых важно понимание поведения жидкостей? (Выслушайте идеи студентов.) Инженеры-экологи используют механику жидкостей для изучения распространения загрязнения, лесных пожаров, поведения вулканов, погодных условий, чтобы помочь в долгосрочном прогнозировании погоды и океанографии. Инженеры-механики применяют гидравлическую механику при разработке спортивного оборудования, такого как мячи для гольфа, футбольные мячи, бейсбольные мячи, шоссейные велосипеды и плавательное снаряжение.Биоинженеры изучают медицинские условия, такие как кровоток через аневризму. Аэрокосмические инженеры изучают газовые турбины, запускающие космические шаттлы, а инженеры-строители используют механику жидкости для проектирования плотин. Рассматривая только эти несколько примеров из широкого разнообразия приложений механики жидкости, вы можете увидеть, насколько важно понимать механику жидкости для многих типов инженерного проектирования в нашем мире.

В этом упражнении мы будем измерять свойство жидкостей, называемое вязкостью . Вязкость описывает, как жидкость сопротивляется силам, точнее силам сдвига .Сдвиг — это сила, возникающая, когда два объекта скользят параллельно друг другу. Поскольку жидкости состоят из множества движущихся молекул, эти молекулы оказывают друг на друга сдвигающее усилие. Жидкости с низкой вязкостью имеют низкое сопротивление сдвиговым силам, поэтому молекулы текут быстро и легко проходят. Кто-нибудь может назвать пример маловязкой жидкости? (Выслушайте идеи студентов.) Один из примеров — воздух! Другой пример — вода. Жидкости с высокой вязкостью текут медленнее и по ним труднее проходить.Какие есть примеры жидкостей с высокой вязкостью? (Слушайте идеи студентов). Одним из примеров высоковязкой жидкости является мед.

Когда свободный объект падает сквозь жидкость, в какой-то момент сила тяжести уравновешивается сопротивлением сдвигу со стороны жидкости. Это называется конечной скоростью , и это точка, в которой падающий объект сохраняет постоянную скорость. Парашютисты наслаждаются одной конечной скоростью, когда они находятся в свободном падении, и другой, гораздо меньшей конечной скоростью, когда они меняют свою форму, выпуская парашюты.Парашютисты полагаются на предельную скорость для управления своей скоростью во время свободного падения. Авторское право

Copyright © Город Ганнибал, Миссури http://www.hannibal-mo.gov/city-departments/airport/skydiving/

Для объектов простой геометрии, таких как сферы, сопротивление объекта может быть вычислено с помощью известных уравнений. Из-за этого инженеры могут рассчитать конечную скорость шара, падающего через известную жидкость, используя следующее уравнение:

, где g — ускорение свободного падения, ρ _с — плотность сферы, ρ _f — плотность жидкости, μ (мю) — вязкость жидкости, а В _с — конечная скорость сферы.Как вы думаете, почему это может быть полезно? (Выслушайте идеи студентов.) Вот некоторые примеры: Расчет скорости свободного падения парашютиста или расчет скорости космического корабля при входе в атмосферу. Используя алгебру, уравнение можно перестроить, чтобы вычислить вязкость неизвестной жидкости, падающей с известной конечной скоростью:

Умение переупорядочивать уравнения для поиска неизвестных — важный навык для инженеров! В этом упражнении мы будем измерять вязкость некоторых бытовых жидкостей, бросая в них шарики и измеряя конечные скорости.

Процедура

Перед мероприятием

• Соберите материалы и сделайте копии Таблицы определения вязкости.
• Убедитесь, что шар погружается во все жидкости достаточно медленно, чтобы можно было измерить скорость. Если мяч падает слишком быстро, сложно точно запустить и остановить секундомер.
• Разделите класс на группы по три ученика в каждой. Раздайте рабочие листы.

Со студентами

1. Попросите каждую группу выбрать жидкость для измерения вязкости (или назначьте каждой группе жидкость).
2. Попросите учащихся рассчитать плотность жидкости.

• Взвесьте пустой мерный цилиндр.
• Заполните цилиндр жидкостью и запишите объем.
• Взвесьте полный градуированный цилиндр. Вычтите массу пустого градуированного цилиндра, чтобы определить массу жидкости.
• Плотность жидкости — это масса по объему.

Примечание: 1 см ³ = 1 мл.

3. Попросите учащихся измерить плотность сферы.

• Измерьте радиус шара. Запишите как r [см].
• Рассчитать объем сферы:

Или поместите сферу в градуированный цилиндр, наполовину заполненный водой; смещение воды равно объему шара.

• Взвесьте сферу и рассчитайте плотность:

4. Попросите учащихся опустить мяч в жидкость и рассчитать время падения мяча на определенное расстояние.

(Примечание: в идеале учащиеся должны ждать, пока мяч достигнет постоянной скорости, однако для этого упражнения мы предполагаем, что мяч очень быстро достигает предельной скорости, чтобы учащиеся могли измерить время с момента, когда мяч входит в жидкость, до момента, когда он достигнет конечной скорости. дно цилиндра. Для менее вязких, «более жидких» жидкостей это может быть очень быстро).

5. Рассчитайте скорость шара, падающего через жидкость.
6. Рассчитайте вязкость жидкости, используя следующее уравнение:

, где g — ускорение свободного падения (981 [см / с ² ]).Ответ должен быть выражен в кг / см с или МПа с. Для сравнения вязкость воды составляет примерно 1 мПа · с.

7. Для большей точности попросите учащихся повторить эксперимент и вычислить среднюю вязкость.
8. Попросите группы поделиться, сравнить и обсудить свои результаты в классе, записав результаты в таблицу на доске или на проекторе для класса.

Словарь / Определения

сдвиг: тип силы, возникающий, когда два объекта скользят параллельно друг другу.

предельная скорость: точка, в которой сила тяжести, действующая на падающий объект, равна сопротивлению жидкости этой силе.

вязкость: способность жидкости сопротивляться силам.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Вопросы для обсуждения: Учитывая жидкости, доступные для тестирования активности, попросите учащихся оценить, какая жидкость, по их мнению, будет иметь самую высокую вязкость.Какой будет самый низкий? Напишите их прогнозы на доске.

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист : Попросите учащихся заполнить Рабочий лист определения вязкости во время упражнения. Если время ограничено, предложите им изучить в Интернете вязкость обычных бытовых жидкостей (последний вопрос) в качестве домашнего задания. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их понимание предмета.

Оценка после деятельности

Графики: Попросите учащихся построить график зависимости плотности жидкости (независимо) от плотности жидкости.вязкость (зависит). Кроме того, студенты могли сравнивать мраморы различных диаметров и описывать закономерности между плотностью и вязкостью жидкости, а также между плотностью жидкости и диаметром мрамора. Затем студенты определяют, является ли модель линейной, квадратичной или экспоненциальной; если линейный, используйте двухточечный метод для определения линии наилучшего соответствия.

Презентация для класса: Попросите учащихся поделиться с классом своими измеренными / расчетными значениями вязкости. Сравните и обсудите результаты занятий с прогнозами, сделанными до начала занятия.

Вопросы безопасности

• Не разрешайте учащимся пить тестовые жидкости, особенно после того, как жидкости контактировали с градуированными цилиндрами.
• После окончания активности утилизируйте использованные тестовые жидкости.
• Шампунь или средство для мытья посуды могут образовывать большое количество пены при очистке градуированных цилиндров.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Если шарик проваливается через жидкость слишком быстро, чтобы получить точное время, используйте более высокий градуированный цилиндр или более легкий шарик (или и то, и другое!).

Расширения деятельности

Вязкость меняется в зависимости от температуры! Попросите учащихся измерить вязкость жидкости при нескольких различных температурах и построить график зависимости вязкости (ось y) от температуры (ось x).

Масштабирование активности

• Для более низких классов просто визуально сравните время, за которое шары падают через жидкость. Возможно гонка вязкости!
• Для старших классов попробуйте изменить температуру жидкости (см. Раздел «Расширение активности»).

Авторские права

© 2011 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Майкл А. Солтыс

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этих программ электронных библиотек было разработано в рамках Комплексной программы преподавания и обучения в рамках гранта GK-12 Национального научного фонда.0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 23 января 2021 г.

2.6: Вязкость — Химия LibreTexts

Вискозиметры используются для измерения вязкости. Существует семь различных классов вискозиметров:

Капиллярные вискозиметры

Капиллярные вискозиметры являются наиболее широко используемыми вискозиметрами при работе с ньютоновскими жидкостями и измеряют скорость потока через узкую, обычно стеклянную трубку.В некоторых капиллярных вискозиметрах требуется внешняя сила для перемещения жидкости через капилляр; в этом случае разность давлений по длине капилляра используется для получения коэффициента вязкости.

Капиллярные вискозиметры требуют наличия резервуара для жидкости, капилляра известных размеров, регулятора давления, расходомера и термостата. Эти вискозиметры включают в себя модифицированные вискозиметры Оствальда, вискозиметры с подвешенным уровнем и вискозиметры с обратным потоком и измеряют кинематическую вязкость .{4}} {8 \ eta l} \ label {5} \]

Здесь Q равно В / т; объем жидкости, измеренный в ходе эксперимента, деленный на время, необходимое для ее движения по капилляру, где V — объем, а t — время.

Для капиллярных вискозиметров гравитационного типа, которые полагаются на гравитацию для перемещения жидкости по трубке, а не на приложенную силу, уравнение \ ref {6} используется для определения вязкости, полученной путем замены соотношения Equation \ ref {5} на экспериментальные значения, где P — давление, ρ — плотность, g — гравитационная постоянная, h — высота столба.{4}} {8lV} \ rho t \ label {6} \]

Пример капиллярного вискозиметра (вискозиметра Оствальда) показан на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \) Капилляр, погруженный в изотермическую ванну, заполняется до тех пор, пока жидкость не достигнет отметки 3. Затем жидкость всасывается через противоположную сторону трубки. Время, необходимое для перемещения жидкости от отметки 2 до отметки 1, используется для расчета вязкости.