SPRAWOZDANIE

TEMAT: Badanie przepływów płynów. Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy.

Wykonawcy: 1. Jarek Kalisz

2. Paweł Konderko

3. Rafał Lehnert

4. Szymon Ludwikowski

5. Kamil Łojszczyk

6. Krzysztof Maksymiuk

1. WYZNACZANIE LEPKOŚCI DYNAMICZNEJ I KINEMATYCZNEJ CIECZY ZA POMOCĄ WISKOZYMETRU HÖPPLERA.

Opis aparatury:

Urządzenie składa się z cylindra zawierającego szklaną rurkę umocowanego na specjalnym stojaku. Umocowanie umożliwia obrót cylindra o 360° w płaszczyźnie pionowej. Stojak zawiera ponadto zacisk sprężynowy mający na celu utrzymanie cylindra w pionie podczas pomiarów. W rurce znajduje się ciecz oraz kulka. Obrót kapilary umożliwia więc jej przepływ w obie strony rurki. Na rurce zaznaczone są również dwie kreski, w zakresie których odbywa się pomiar czasu przepływu kulki w cieczy w rurce używając stopera.

Wykonanie ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika lepkości dynamicznej i kinematycznej cieczy. Pierwszym elementem do wykonania ćwiczenia było odpowiednie ustawienie urządzenia, mające na celu uzyskanie rzeczywistych odczytów. Następnie obracając cylinder sprowadzamy kulkę do jednego z końców rurki zakończonej korkiem. Kolejnie ustawiając cylinder w pozycji wyjściowej zabezpieczając zaciskiem sprężynowym aby dokonać pomiarów spadania kulki pomiędzy kreskami. Pomiary wykonujemy 5-krotnie.

Lp.	τ [s]
1.	25,17
2.	25,25
3.	25,29
4.	25,07
5.	24,94

Uzyskane wyniki pomiarów:

Obliczenia:

Dane: kulka: d = 13,44mm

G = 9,88g

cylinder: G₁ = 86,09g

odcinek pomiędzy kreskami: 10cm

cylinder z cieczą: G₂ = 97,37g

objętość cylindra: 11ml ± 0,5ml

d = 13,44mm = 0,01344m

s = 10cm = 0,1m

g ≈ 9,81 m/s²

G_kulki = 9,88g = 0,00988kg

s

R = 0,5·d = 0,5·0,01344 = 0,00672m

m³

kg/m³

m/s

G₁ = 86,09g

G₂ = 97,37g

V = 11ml = 0,011dm³

g/dm³

Pa·s

Współczynnik lepkości kinematycznej:

m²/s

Błąd bezwzględny:

s

Błąd względny:

Wnioski:

• współczynnik lepkości dynamicznej wyniósł 166,23 Pa·s

• współczynnik lepkości kinematycznej wyniósł 0,0214 m²/s

• czas spadania kulki zależy od gęstości substancji w jakiej się znajduje

• im wyższa gęstość substancji otaczającej tym dłuższy czas spadania

• wynikające błędy mogły dotyczyć złego ustawienia cylindra (zły kąt)

2. WYPŁYW CIECZY ZE ZBIORNIKA.

Opis aparatury:

Ćwiczenie składa się z dwóch statywów, na których są umieszczone dwie butelki. Jedna z nich ma przekrój poprzeczny jednakowy na całej długości tzn. jest prostopadłościanem , a druga z kolei zmienny, tzn. w jednej z części jest walcem, a w drugiej stożkiem. Butelki są umocowane spodem do góry. Dna w tych butelkach są usunięte. W nakrętkach butelek są zrobione małe otwory, mające na celu umożliwienie wypływu cieczy.

Wykonanie ćwiczenia:

Zatykając otwory w nakrętkach butelek nalewamy wodę, tak, by nalać ją aż po brzegi. Następnie odtykając otwory w nakrętkach mierzymy czas stoperem wypływu cieczy aż do opróżnienia zbiornika. Pomiary wykonujemy 5-krotnie.

Rys. Butelka o jednakowym przekroju poprzecznym (kwadrat o boku 8cm) . Otwór w nakrętce ma średnicę 3mm.

Rys. Butelka o zmiennym przekroju: walca o podstawie koła o promieniu r = 4,2cm oraz stożka. Otwór w nakrętce ma średnicę 3mm.

Lp.	τ [s] (przekrój stały)	τ [s] (przekrój zmienny)
1.	527	276
2.	541	269
3.	525	269
4.	536	271
5.	530	269

Uzyskane wyniki pomiarów:

Obliczenia:

Zbiornik I:

cm²

g ≈ 9,81 m/s²

cm²

H = 22 cm = 0,22 m

s

Zbiornik II:

cm²

g ≈ 9,81 m/s²

s

H₁ = 16 cm = 0,16 m

H₂ = 12 cm = 0,12 m

cm²

Błąd bezwzględny:

Zbiornik I:

s

Zbiornik II:

s

Błąd względny:

Zbiornik I:

Zbiornik II:

Wartość ciśnienia działającego na powierzchnię lustra cieczy, które uniemożliwia opróżnienie zbiornika.

H = 22 cm = 0,22 m

g ≈ 9,81 m/s²

ρ = 1000 kg/m³

Pa

Całkowity czas wypływu ze zbiornika prostopadłościennego pionowego:

s

Całkowity czas wypływu ze zbiornika prostopadłościennego poziomego:

Wnioski:

• współczynnik wypływu otworu w dnie zbiornika I wyniósł 0,361

• współczynnik wypływu otworu w dnie zbiornika II wyniósł

• współczynnik ten jest zależny od gęstości wypływającej cieczy (im większa gęstość tym większy współczynnik) oraz od wielkości otworu odpływowego

• wartości te mogły być obarczone błędami spowodowanymi złymi pomiarami zbiornika (szczególnie otworu)

• wartość ciśnienia działającego na powierzchnię lustra wody wyniosła -2200 Pa (podciśnienie)

• całkowity czas wypływu ze zbiornika prostopadłościennego pionowego wyniósł 531,81 s i jest większy od całkowity czas wypływu ze zbiornika prostopadłościennego poziomego, który wyniósł

3. BADANIE OPORÓW PRZEPŁYWÓW. BADANIE GĘSTOŚCI CIECZY ZA POMOCĄ AREOMETRU.

Opis aparatury:

Aparatura składa się z sieci połączonych ze sobą rurek o różnej średnicy i umieszczonych na różnej wysokości. Sieć zawiera różnego rodzaju elementy, takie jak kolanka, zwężenia i rozszerzenia, trójniki. Przez rurki zostaje puszczona woda ze zbiornika, w którym był stały poziom cieczy. Spływ odbywał się poprzez rurki do pojemników z miarką objętościową.

Wykonanie ćwiczenia:

Pierwszym pomiarem był pomiar temperatury wody w zbiorniku. Kolejnie pomiary odbywały się poprzez mierzenie czasu wypływu ustalonej ilości cieczy (600 ml) na końcu aparatury. Pomiar odbywał się 5-krotnie dla dwóch przypadków. Pierwszy, gdy wypływ odbywał się z jednego zaworu, a drugi gdy ciecz wypływała z dwóch.

Rys. Aparatura do badania oporów przepływów (wszystkie wartości są podane w centymetrach).

Temperatura wody wynosi 10°C.

Obliczenia:

Równanie Bernoullego:

h₁ = 30 cm = 0,3 m - wysokość słupa cieczy w zbiorniku

h₂ ≈ 0

p₁ = p₂

c₁ ≈ 0

Na opory przepływu składają się:

1. opory liniowe

2. opory miejscowe

• na wlocie przewodu

• na pierwszym kolanku

• na drugim kolanku

• na trzecim kolanku

• na rozszerzeniu

• na zwężeniu

• na trójniku

• na czwartym kolanku

• na piątym kolanku

• na wylocie

Stąd otrzymujemy dalej:

Wartości współczynników miejscowych oporów odczytane zostały z tablicy 6.

ξ₁ = 0,5

ξ ₂ = 1,1

ξ ₃ = 1,1

ξ ₄ = 1,1

ξ ₅ = 0,5

ξ ₆ = 0,32

ξ ₇ = 2

ξ ₈ = 1,1

ξ ₉ = 1,1

ξ ₁₀ = 1

α₂ - współczynnik Coriolisa, ale α₂ = f (Re) = f (c₂)

Współczynnik lepkości kinematycznej dla wody o temp. 10°C odczytano z tablicy 18.

D = 1,306·10^-6 m²/s

Opory liniowe:

Opory miejscowe:

Areometr.

Pomiar gęstości tą metodą polegał na umieszczaniu kolejnych densymetrów w badanej cieczy i sprawdzaniu czy skala na poszczególnych densymetrach wskaże wartość. Do dyspozycji mieliśmy kilka densymetrów o zakresie od 0,600 g/cm³ do 2,000 g/cm³ ze skalą co 0,001g/cm³.

Ciecz pierwsza (woda z solą).

Zakres od 0,600 do 0,700 - brak odczytu

Zakres od 0,700 do 0,800 - brak odczytu

Zakres od 0,800 do 0,900 - brak odczytu

Zakres od 0,900 do 1,000 - brak odczytu

Zakres od 1,000 do 1,100 - brak odczytu

Zakres od 1,100 do 1,200 - odczyt występuje

Uzyskana wartość: 1,148 g/cm³.

Ciecz druga (czysta woda).

Zakres od 0,700 do 0,800 - brak odczytu

Zakres od 0,800 do 0,900 - brak odczytu

Zakres od 0,900 do 1,000 - odczyt występuje

Uzyskana wartość: 1,000 g/cm³.

1

---