油料降粘实验

  • 王玉萌- 06300190034@fudan.edu.cn
  • 杨凌云- 06300190030@fudan.edu.cn

简介

石油运输在当前能源价格高位的情况来说,成本越来越高。目前我国开始计划大规模开采海洋石油,而海底的输油管道的温度常年维持较低的水平,造成石油粘滞阻力居高不下,输送速度和成本都大大上升。本课题研究如何利用现有科学中的原理,有效降低石油的输送成本。

实验原理

粘度分为动力粘度和运动粘度,一般将动力粘度简称为粘度。 流体流动时流层间存在着速度差和运动逐层传递。当相邻流层间存在速度差时,快速流层力图加快慢速流层,而慢速流层则力图减慢快速流层。这种相互作用随着流层间速度差的增加而加剧。流体所具有的这种特性称为粘性,流层间的这种相互作用力称为内摩擦力或粘性(滞)力。(动力)粘度 是用来表示流体粘性程度的物理量,被定义为 的稳定层流中剪切应力 与剪切速率 之比值动力粘度的单位是帕[斯卡]秒, 记作

.

实际工作中常常直接测量运动粘度 ,其定义为(动力)粘度 与流体密度 之比运动粘度的单位是二次方米每秒, ,(GB3102。3),具体工作中也用 。

实验方法

测定 的方法有下列几种: 1. 旋转法:在两同轴圆筒间充以待测液体,当简匀速转动时,可由测定内筒所受的粘滞力矩求得 ; 2. 落球法:如果一小球在粘滞液体中铅直下落,由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动,因此小球受到粘滞阻力,它的大小与落球速度有关。测出落球的速度后可以计算出液体粘滞系数,这种方法一般用来测量粘度较大的液体,并要求液体有一定的透明度。 3. 毛细管法:通过测定在恒定的压强差作用下,流经一毛细管的液体流量来计算 ; 4. 其它方法:如振动法、平板法、流出杯法等。 本实验使用落球法和毛细管法两种方案。

方案一:落球法 当金属小圆球在粘性液体中下落时,它受到三个铅直方向的力:小球的重力ρgV(V是小球体积、ρ是小球质量)、液体作用于小球的浮力ρ0gV(ρ0是液体密度)和粘滞力f(其方向与小球运动方向相反)。如果液体是无限深广的,而且小球的半径r和下落速度υ均较小,则有

                         (4)

上式称为斯托克斯公式,其中η是液体的粘度,v是小球下落速度,r是小球的半径。 小球开始下落时,由于速度尚小,所以阻力也不大;但下落速度增大后,阻力也随之增大。最后,上述三个力达到平衡,即 于是,小球作匀速直线运动。由上式可得:

         (6)

实验时,待测液体必须盛于容器中(图2),而小球则沿筒的中心轴线下降,故不能满足无限深、广的条件,式(6)须作如下改动方能符合实际情况:

   (7)

ρ,d,R,H可事先测得,实验中只需多次测量时间t求平均值。 液体的粘度会碎温度升高而降低,因此要设法保持恒温。 方案二:毛细管法恒压侧流速

关于液体的粘度有泊肃叶(Poiseuille)公式,即当液体在层流的情况下稳定地流过一均匀细管时, r为水平管道内径,l为其长度。

修正公式:

实验仪器

方案一: 量筒(附在可调水平的平台上) 小钢球 钢尺 螺旋测微器 游标卡尺 温度计

方案二: 塑料水箱(内径20cm,高度60cm+,低端开洞以便嵌入水平管道) 塑料管道(直径4cm,长度30cm,带阀门) 量筒 温度计 钢尺 游标卡尺

荷叶效应

 
home/whyx/proj/thick_oil.txt · 最后更改: 2012/04/25 15:13 由 leeroy
 
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