毛细管粘度计的工作原理.doc

毛细管粘度计的工作原理及创新设计 姓名：王根华 学号：1411081569 学院：机械工程与力学学院 班级：14机械研究生2班 1.工作原理 设不可压缩的粘性流体在水平管中作稳态层流流动，并设所考察的部位远离管道进、出口，且流动为沿轴向(z方向)的一维流动，如下图所示: 物理模型： 稳态、层流、不可压缩牛顿型流体 沿ｚ方向的一维流动， ， 远离进出口 柱坐标下的连续性方程： （1） 式中， 分别是流速在柱坐标（r,θ,z）方向上的分量。可简化为： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２） 柱坐标的奈维-斯托克斯方程： 　　　　　　　　　　 r分量 （３） θ分量 （４） z分量 　　　　　　（５） 现在先考察z方向的奈维-斯托克斯方程。对于一维稳态流动，式（5）中的，由于流动对于管轴对称，，。将以上条件及（2）得到 （6） 同理，对θ、r方向的奈维-斯托克斯方程化简，可得 （7） （8） 从式（6）、（7）、（8）可以看出，该式左侧的仅是z的函数；而右侧仅是r的函数。因此，式（6）可写成常微分方程，即 （9） 上式为右侧仅为z的函数，左侧仅为r的函数，而r、z又为独立变量，故两边应等于同一常数才成立，即 （10） 边界条件： BC1：时， BC2：时， 对（10）式积分得 （C1 为常数） （11） 由边界条件BC1得， 对此式积分得 （C2 为常数） （12） 由边界条件BC2得， 把上式代入（12）得， （13） （14） （15） 再求平均流速。 体积流率微元 把（15）式代入此式得， （16） 再求单位长度的压降( （17） （18） 对于一支毛细管粘度计其流体流过的长度是确定的，直径是确定的，再测定其流过的压降和体积流率，即可由式（18）求得粘度。值得注意的是流体在毛细管的流动应是层流。 2.创新设计 有上述的推理我们得出了毛细管测粘仪的工作原理，有公式我们可以发现，液体黏度是有很多的链进行控制盒影响的，我们知道一个任务的解的物理效应或者说决定着他的物理方程如果是已知的，特别是当参与的物理的量有若干个时，可以导出不同的解，这些解释通过保持其余的影响链不变，而只分析其中的一各自变量和一个因变量之间的相互关系而得到的，基于此，我们做了如下改进： 一个运用压力差来衡量粘度的解，保持Q,R,L 不变，则压力差(P正比于(，通过仪表显示的压力差的大小即可推算出液体粘度的大小。如下图： 在量筒筒壁两侧安装超声波收/发器,超声波束与落球运动速度的夹角为。, 超声波在被测液体中的传播速度为c,落球落速为“。在此前提下,推导多普勒 频移与落球落速之间的关系式。 如图2.7所示,当超声波束在量筒轴线上遇到一颗刚性落球,且该落球以速 度“沿着量筒轴线运动。对超声波发射器而言,该落球以速度“cos。离去,所以落球收到的超声波频率介应低于发射的超声波频率fl,根据多普勒公