اندازه گیری ضریب ویسکوزیته مایعات مختلف در دمای معمولی

چکیده (Abstract) :

آزمایشی برای تعیین ویسکوزیته مایعات مختلف گلیسیرین- پارافین و روغن موتور در دمای معمولی انجام شد و نتایج آن تحلیل گردید. این روش موسوم به روش اِستوکس می باشد.

مقدّمه (Introduction):

سیّال را مادّه ای تعریف کردیم که تنش برشی را تحمل نمی کند و دیدیم که اگر صفحه ای را روی سیال قرار دهیم و تنش برشی را برآن اعمال کنیم صفحه با سرعت حرکت خواهد کرد و یک چنین توزیع سرعتی را در سیال خواهیم داشت.

اگر در مشاهده ی تصاویر مشکل داشتید کلیک کنید

چکیده (Abstract) :

مقدّمه (Introduction):

اگر سیّال نیوتنی باشد رابطه میان نرخ تغییرات سرعت و تنش برشی برقرار است،که این تناسب با ضریب ثابت (ضریب ویسکوزیته ی دینامیکی) به تساوی تبدیل می شود:

و با توجه به اینکه در دیواره است بیشترین تنش برشی نیز در آنجا خواهد بود .

یکی از مشخصات سیّال می باشد که تابعی از فشار و دما می باشد امّا اگر سیال مایع باشد فشار تأثیر زیادی نخواهد داشت و می توان گفت که در مایع فقط تابع دما می باشد. امّا در گازها هم دما و هم فشار مؤثر می باشد. واحد آن می باشد. هدف از این آزمایش محاسبه ی می باشد .

روشهای مختلف برای اندازه گیری :

1- سیّالی فرض شود که بر روی آن صفحه صلب متحرکی با سرعت تحت اثربار حرکت می کند. از مکانیک می دانیم که نسبت نیروی موازی سطح به مساحت آن سطح تنش برشی گفته می شود :

با بدست آوردن , , می توان ویسکوزیته دینامیکی را بدست آورد .

این روش به گونه ایست که می بایستی فاصله به قدری کم باشد که بتوان سرعت را خطّی در نظر گرفت. مشکل این روش در این است که فاصله به صورت غیر اختیاری کم و زیاد می شود و در دقـّت آزمایش تاثیر می گذارد .

2- استفاده از استوانه های تو در تو برای این منظور است. بدین ترتیب که مابین دو استوانه مایع مورد آزمایش ریخته میشود و استوانه خارجی تحت یک گشتاور قرار میگیرد و بعد گشتاور وارده به استوانه داخلی اندازه گیری می شود. این گشتاور اندازه گیری شده ناشی از لزجت مایع است. این روش به نوعی حالت کلّی روش اوّل است در واقع در روش قبلی دو سطح؛ استوانه هایی با شعاع بی نهایت هستند .

3- در این روش مایع داخل ظرفی ریخته می شود و زمان ریخته شدن آن اندازه گیری می شود سپس با فرمول مربوطه ویسکوزیته مطلق بدست می آید. طبیعی است که رابطه بین لزجت و زمان در این آزمایش مستقیم خواهد بود .

4- این روش در اصل استفاده از دیاگرام مودی است. () در این روش , معلوم هستند وعدد رینولدز از دیاگرام مودی بدست می آید. تنها مجهول باقـی مانده است که آن هم از رابطه بالا محاسـبه می شود این روش ؛ روش صنعتی نامیده می شود.

5- این روش استفاده از ساچمه های درحال سقوط است.دراین روش به کمک نوشتن معادله دینامیک ذرات،نسبت مذکور محاسبه میشود.نیروهای وارد به ساچمه نیروی شناوری- وزن و نیروی دراگ هستند که دو نیروی اولی ثابـت ولی نیروی آخـری تابعی ازسرعت است.با شرط رسیدن ساچمه به سرعت حدّی و با در نظر گرفتن قانون استوکس می توان نوشت:

:F_B نیروی شناوری ؛ F_d: نیروی درگ ؛ F_w : نیروی وزن

u: سرعت حدّی ؛ چگالی سیال ؛ : چگالی ساچمه

در رابطه بالا ؛ ؛ D معلوم است و سرعت حدّی از رابطه ( ) یعنی نسبت مسافت طی شده به زمان بدست می آید.یکی از ایرادات این روش عدم توانایی تشخیص به موقع سرعت حدّی است.

تــذکــّـر: نسبت در این آزمایش مهم است یعنی بهتر است این آزمایش با ساچمه با قطر کوچک صورت گیرد تا نتیجه آن دقیق تر شود.زیرا در صورت قطر کم تاثیر تنش برشی کناره ها بر ساچمه کمتر است.برای اینکه تنش برشی در داخل لایه مرزی مهم تر و بیشتر از مقدار آن در خارج لایه مرزی است.

کارهای عملی یا تجربی (Experimental Procedures) :

سه نوع مایع در مخازن استوانه ای داریم و در هر کدام ساچمه هایی فولادی () انداخته و زمان طی مسافت مشخص شده را انداره می گیریم. آزمایش در شرایط 23سانتیگراد و رطوبت 54% و فشار643 میلیمتر جیوه انجام شد.

داده های تجربی مربوط به ویسکوزیته:

سیّال	ساچمه	زمان	سرعت حدّی	ویسکوزیته
گلیسیرین	3 میلی متر	5/5	0364/0	88/0
گلیسیرین	4 میلی متر	43/3	53/0	98/0
پارافین	3 میلی متر	375/0	53/0	064/0
پارافین	4 میلی متر	25/0	8/0	075/0
روغن موتور	3 میلی متر	1/1	182/0	187/0
روغن موتور	4 میلی متر	6/0	33/0	183/0

محاسبات عددی :

گلیسیرین :

پارافیـن :

روغن موتور :

در واقع مقادیر اصلی ویسکوزیته برای سه سیال بالا میانگینی است از مقادیر بدست آمده در جدول بالا یعنی :

نتایج و بحث (Result and Discussion) :

نتیجه حاصله ازآزمایش این است که هر مایع در دمای معمولی دارای خاصیتی است که به آن ویسکوزیته گویند و عامل مقاومت کننده در برابر حرکت ساچمه ها همین ویسکوزیته است.تغییرات در مقادیر ویسکوزیته بدلیل تغییر در اندازه ساچمه هاست. یکی از خطاهای عمده این آزمایش عدم تشخیص سرعت حدّی دقیق آن است.

نتــیـجـــه گیـــری (Conclusion):

در سیالات نیوتنی رابطه بین تنش برشی و تغییرات سرعت در راستای عمود بر سرعت یک رابطه خطی است که ثابت تناسب همان ویسکوزیته مطلق یا دینامیکی است که به کمک این آزمایش توسط ساچمه های با اندازه های مختلف بدست می آید.

مراجــــع (References):

1- مکانیک سیالات فاکس

2- مکانیک سیالات شیمز