毛细管粘度计的工作原理

  仪器网 ·  2012-07-17 08:43  ·  20174 次点击
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:
[attach]51304[/attach]
物理模型:
1.稳态、层流、不可压缩牛顿型流体
2.沿z方向的一维流动,[attach]51305[/attach]

3.远离进出口
柱坐标下的连续性方程:
[attach]51306[/attach]
(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:
[attach]51307[/attach]
(2)
柱坐标的奈维-斯托克斯方程:
r分量
[attach]51308[/attach]
(3)
θ分量
[attach]51309[/attach]
(4)
z分量
[attach]51310[/attach]
(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[attach]51311[/attach]
,由于流动对于管轴对称,[attach]51312[/attach]
,。将以上条件及[attach]51313[/attach]
(2)得到
[attach]51314[/attach]
(6)
同理,对θ、r方向的奈维-斯托克斯方程化简,可得
[attach]51315[/attach]
(7)
[attach]51316[/attach]
(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
[attach]51317[/attach]
(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
[attach]51318[/attach]
(10)
边界条件:
[attach]51319[/attach]
[attach]51320[/attach]
[attach]51319[/attach]
[attach]51321[/attach]
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。

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