Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

Wydział WBMiI

Kierunek Automatyka i Robotyka

Rok akademicki 2014/2015

Semestr IV

Ćwiczenia laboratoryjne z Mechaniki Płynów

Ćwiczenie nr 1

Temat: Pomiar lepkości cieczy wiskozymetrem Höpplera

Wykonał:

Jakub Koziołek

Data wykonania ćwiczenia: 08.04.2015

Data przyjęcia sprawozdania.....................

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z jedną z czterech podstawowych metod pomiaru współczynnika lepkości w postaci metody Stokesa oraz wpływem jaki wywierają na jego wartości zmiany temperatury.

1. Opis stanowiska pomiarowego

Stanowisko pomiarowe wyposażone jest w stoper, ultra termostat, aerometr oraz wiskozymetr Höpplera, którego budowa została przestawiona na rys.1.

Rys.1. Budowa wiskozymetru Höpplera

Wiskozymetr Höpplera składa się z nachylonej do pionu pod kątem 10° rurki szklanej (1), otoczonej płaszczem wodnym (2), wyposażonym w grzałkę elektryczną (3). Takie umieszczenie rurki umożliwia zmiany temperatury badanej cieczy i utrzymywanie jej na stałym poziomie w czasie pomiaru (w przypadku zastosowania termostatu połączonego z płaszczem wodnym).

Rurka pomiarowa wyposażona jest w gwintowane pokrywy (4) i (5), umożliwiające jej napełnianie oraz wprowadzenie kulki (6).

Całość zamocowana jest do statywu (7) za pomocą przegubu (8). Umożliwia to obrót rury pomiarowej o 180°. Trzpień (9) służy do ustalenia położenia początkowego. Warunkiem prawidłowego pomiaru jest dokładne wypoziomowanie przyrządu za pomocą śrub (10).

Lepkość (wiskoza) – właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich tarcie wewnętrzne wynikające z przesuwania się względem siebie warstw płynu podczas przepływu (nie jest to natomiast opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia). Lepkość jest jedną z najważniejszych cech płynów (cieczy i gazów).

Dane techniczne wiskozymetru:

Zakres pomiarowy	0,0006... 80
	0,6... 80000
Zakres temperatur	210...420 K
	-60...+150 °C
	274...368 K
	1...95 °C
Przedział czasu opadania kulki	30...300 s

1. Dokonanie pomiarów

W rurce pomiarowej wypełnionej cieczą, której lepkość jest badana, znajdowała się kulka, która odpowiada przewidywanej wartości lepkości.

Przy użyciu ultra termostatu ogrzewano badaną ciecz do zadanej temperatury. Temperatury badań podał prowadzący ćwiczenia, pierwszy pomiar wykonano dla temperatury 34,5 stopnia, kolejne znajdowały się w przedziałach od 43,5ᵒC do 55,5ᵒC, zmieniane co 3ᵒC. Po zakończeniu ogrzewania obracamy naczynie pomiarowe o 180⁰ tak aby kulka przemieściła się do położenia na przeciwnym końcu rury pomiarowej. Następnie obracamy naczynie pomiarowe do poprzedniego położenia dbając, by zadziałał zatrzask blokady położenia. Dokonujemy pomiaru czasu opadania kulki w rurze pomiarowej od znacznika górnego do dolnego (100 mm), włączając stoper w chwili wejścia powierzchni kulki w płaszczyznę znacznika. Pomiar powtórzono trzykrotnie dla każdej temperatury.

1. Tabele z wynikami pomiarów oraz przykładowe obliczenia

Tabela - Wykonane pomiary

Lp.	ρk	K	T	T	t1	t2	t3	ρc
-			^oC	K	s	s	s
1	8,1273	0,1333	34,5	307,5	53,37	53,47	53,84	0,87
2			43,5	316,5	37,91	37,25	36,19	0,87
3			46,5	319,5	32,84	31,75	31,65	0,87
4			49,5	322,5	28,65	28,09	27,82	0,87
5			52,5	325,5	25,47	24,50	23,94	0,87
6			55,5	328,5	22,25	21,53	20,91	0,87

Tabela - Wyniki obliczeń

Badana ciecz:
Lp.
-
1
2
3
4
5
6

∖n

1. Wnioski

Z charakterystyk możemy wywnioskować, iż wraz ze wzrostem temperatury współczynnik lepkości dynamiczny jak i kinetyczny maleje proporcjonalnie. Poszczególne czasy opadania kulki t₁, t₂, t_3, z których była wyciągana średnia arytmetyczna, różnią się nieznacznie. Różnice mogą być spowodowane niedokładnym pomiarem za pomocą stopera. W trakcie przeprowadzania pomiarów, w cieczy oprócz kulki znajdowało się powietrze. W przypadku mijania bańki powietrznej przez kulkę, kulka gwałtownie przeskakiwała. Mogło to nieznacznie skrócić czas opadania kulki. Podczas przeprowadzania ćwiczenia, należało zwrócić uwagę na prawidłowy obieg wody, żadne węże nie mogły być załamane. Powodowało to zbyt długie oczekiwanie na podniesienie się temperatury w wiskozymetrze.