wymagania6 bmp

2.2.1.1. Pomiar lepkości cieczy

Istnieją dwie podstawowe metody pomiaru lepkości cieczy:

•    metoda wykorzystująca równanie Poiseuii!e’a,

•    metoda wykorzystująca równanie Stokesa.

Pomiaru dokonujemy w przyrządach zwanych wiskozymetrami lub lepkościomierzami: mierząc czas przepływu cieczy (wiskozymetr Ostwalda) lub czas opadania kulki (wiskozymetr Hópplera) między dwiema kreskami. W wiskozymetrze typu Ostwalda ruch cieczy musi byó laminamy.

Rozróżniamy trzy rodzaje mchu cieczy:

•    laminamy, czyli warstwowy (warstwy cieczy jak gdyby ślizgały się jedna po dmgiej), (rys. 2.8a),

•    turbulentny, czyli burzliwy (podczas przepływu cieczy powstają w niej zawirowania), (rys. 2.8b),

•    pośredni, czyli nieustalony (może przechodzić od przepływu laminamego do turbulentnego i odwrotnie).

Jedna z empirycznych reguł mówi, że wartość liczby Reynoldsa określa, czy przepływ cieczy jest laminamy, pośredni czy turbulentny. Liczba Reynoldsa jest wielkością bezwymiarową zdefiniowaną wzorem

Re =

2 w_sRd T|

(2.63)

gdzie:

Re - liczba Reynoldsa, d - gęstość cieczy,

R - promień rury, w_s - średnia prędkość, i) - lepkość.

Dla rur ustalono doświadczalnie, że gdy:

Re < 2000 - przepływ ma charakter laminamy,

Re > 3000 - przepływ ma charakter turbulentny,

2000 < Re < 3000 - przepływ ma charakter pośredni.

2.2.1.1.1. Metoda oparta na wzorze Poiseuille'a

Lepkość cieczy możemy oznaczyć, mierząc czas przepływu objętości cieczy V przez kapilarę o promieniu R. Do pomiaru lepkości tą metodą stosujemy wiskozymetr Ostwalda przedstawiony na rysunku 2 .7.

Wiskozymetr zaproponowany przez Ostwalda ma kształt I/-rurki. W lewej jego części występuje rozszerzenie, które przechodzi w kapilarę. U góry i na dole rozszerzenia na rurce wiskozymetru znajdują się kreski a i b.

Pomiar wykonujemy w następujący sposób: do prawej części rurki wiskozymetru, umieszczonego w termostacie, wlewamy taką ilość cieczy, aby poziom jej znajdował się poniżej kreski b. Następnie ciecz zasysamy do lewego ramienia powyżej kreski a. Posługując się stoperem mierzymy czas przepływu cieczy pomiędzy kreskami a i b. Lepkość obliczamy na podstawie wzoru PoiseuiIle’a, wyprowadzonego poniżej.

Rysunek 2.7

Wiskozymetr Ostwalda

Rozpatrzmy laminamy przepływ cieczy w rurze. Wskutek sił tarcia wewnętrznego prędkość przepływu cieczy jest największa w środku tury. Przy ściankach jest ona równa zeru. Rozważmy przypadek przepływu cieczy przez mrę, schematycznie przedstawiony na rysunku 2.8a.

Bardzo cienka warstwa cieczy, nie zaznaczona na rysunku, przylegająca do ścianki rury, nie bierze udziału w mchu cieczy. Następna warstwa (1) napotyka na opór (na skutek ptzyciągania) od strony tamtej warstewki. To samo zjawisko zachodzi między kolejnymi warstewkami (2), (3), (4) itd. Im warstewka jest bliżej osi rurki, tym jej prędkość jest większa. Na rysunku 2.8a z największą prędkością pomsza się warstewka (4). Zastosujemy dla tego przypadku inną postać równania (2.56)

F

=n <r

(2.64)

Rysunek 2.8

Rozkład prędkości warstw cieczy podczas przepływu w rurze: a) przepływ laminamy, b) przepływ turbulentny