Traductoare Si Regulat de Viscozitate

download Traductoare Si Regulat de Viscozitate

of 13

  • date post

    28-Apr-2015
  • Category

    Documents

  • view

    64
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Traductoare Si Regulat de Viscozitate

L4 - Traductoare de viscozitate1.Viscozitatea fluidelor, tipuri de viscoziti, uniti de msurFluidele n repaus sunt caracterizate printr-o echirepartiie a tensiunilor ca urmare a simetriei i omogenitii forelor ce acioneaz asupra lor. Drept urmare, ntre fluidele ideale i reale n repaus const numai n compresibilitatea celor reale.La fluidele n micare, apar deplasri relative ale particulelor de fluid, modificri ale ineriei unor grupuri de particule, frecri interne, etc. Aceste procese conduc la dezvoltarea unor tensiuni interne care frneaz deplasrile interioare relative ale particulelor sau grupurilor de particule, iar mrimea tensiunilor rezultate depind de natura fluidului.Viscozitatea reprezint rezistena la curgere a unui fluid datorit frecrii interioare. Viscozitatea reprezint un fenomen intramolecular i este influenat de: natura fluidelor; parametrii cinematicii; parametri termici.Cauzele apariiei viscozitii sunt numeroase, s-au fcut o serie de ipoteze bazate pe diferite aspecte ale modului de desfurare a fenomenului, confirmate experimental numai parial (cea mai apropiat este teoria lui Newton 1687). Pentru a pune n eviden proprietatea de viscozitate (fig. 8.1) Newton a utilizat dou plci plane paralele C1 i C2 deprtate una de alta. Placa C1 este practic infinit i n repus (10 v r) iar placa C2 de arie S se deplaseaz n propriul plan cu viteza 2vr. Se constat c lichidul ader la plci i c n cazul micrii laminare a lichidului, pentru meninerea micrii este necesar ca plcii C2 s i se aplice fora F. Mrimea forei aplicate F este dat de relaia:2,v vF S Sh h unde: - coeficient de proporionalitate.a)b) c)Fig. 1 Poziia plcilor i distribuia de viteze n experiena lui Newton pentru punerea n eviden a viscozitiia, b distribuia liniar a vitezelorc distribuia real a vitezelor n straturile de fluid, datorit adeziunii lichidului la suprafee solide.C1, C2 plci plane paraleleh distana dintre plci1 2, v v - vitezele plcilor C1 i C2F fora aplicat plcii C2, pentru meninerea micrii (20 v )S suprafaa plcii C2h - distana dintre cele 2 plci2 1v v v r r r - viteza relativ a plcilor.Tensiunea unitar tangenial (r) (presupus uniform distribuit) exercitat de placa C2 pe faa superioar a stratului de lichid aderent la C2 are valoarea:.F vS h Se admite c aceast relaie rmne valabil cnd 0 h , precum i pentru dou straturi de lichid vecine 1 i 2.Presupunnd (aa cum se vede n figura 8.1 b) o distribuie liniar a vitezelor n spaiul dintre plci, deformarea unghiular n unitatea de timp va fi dat de .vhPentru o categorie larg de fluide, aceast deformare unghiular este proporional cu tensiunea , coeficientul de proporionalitate numindu-se viscozitate dinamic (viscozitate absolut).n cazul real, n care distribuia vitezelor este neliniar (figura 8.1 c) exist o varietate punctual a tensiunii tangeniale.Considernd mrimi infinitezimale pentru cazul general al fluidelor, cnd exist proporionalitate ntre tensiunea i variaia de vitez pe direcie normal la suprafaa S, reprezint ipoteza lui Newton, se poate scrie:,dF vdS n (1)unde: - tensiunea tangenial;dF elementul de for de frecare;dS elementul de suprafa la separarea ntre dou straturi;vn - derivata normal a vitezei v, reprezentnd variaia vitezei pe normal, exprimat prin limvh (reopant sau gradient de vitez).Legea lui Newton are relaia:vdF dSn (2)Semnul minus apare ca urmare a sensului fizic al fenomenului, fora tangenial fiind dirijat invers forei de micare.Fluidele care respect legea lui Newton se vor numi normale.Analiznd expresia acestei legi, se poate formula o definiie a viscozitii dinamice:Viscozitatea dinamic( ) este fora de frecare exercitat de un strat asupra altui strat pe unitatea de suprafa, cnd reopanta este egal cu unitatea, adic atunci cnd stratul situat la o distan egal cu unitatea de cel de referin are o vitez egal cu unitatea n raport cu aceasta.[ ]n dF nPa sv dS v (3)2n sistemul internaional (SI) unitatea de msur este pascal-secund 2[ ]kg N sPa sm s m 1 1 1 1 ] ].n sistemul CGS, unitatea de msur a viscozitii dinamice este poise-ul [ ]g fPcm s 1 1 ]. Uneori se folosete ca unitate de msur centi poise-ul; 1CP=0,01P.n sistemul MKFS, unitatea de msur este kilogramul for-secund pe metru ptrat 2kg f sm 1 1 ].n practic se mai folosesc urmtoarele mrimi derivate din viscozitatea dinamic.Fluiditatea, reprezint inversul viscozitii:[ ]11Re P 1 ](4)Viscozitatea cinematic, definit ca raportul dintre viscozitatea dinamic i densitatea sa:2 1m s 1 ](5)n timp ce viscozitatea dinamic ( ) , viscozitatea cinematic( ) i fluiditatea sunt mrimi caracteristice fluidelor pure, unitare sau amestecurilor omogene, pentru soluii binare i amestecuri lichide neomogene se mai folosesc urmtoarele mrimi:- viscozitatea relativ ( )r- definit ca raportul dintre viscozitile dinamice ale soluiei i dizolvantului:10solrdiz (6)- viscozitatea specific ( )SP- definit ca raportul dintre diferena viscozitilor dinamice ale soluiei, respectiv dizolvantului i viscozitatea dinamic a dizolvantului:1sol dizSP rdiz (7)- viscozitatea redus ( )red- definit ca raportul dintre viscozitatea specific i concentraia substanei dizolvate:SPredC (8)- viscozitatea intrinsec [ ] - definit prin relaia:[ ] ( ) ( )0lim 0SP SPCC (9)Viscozitatea este o proprietate fizic important, pe baza ei construindu-se modelele de fluid ideal (fr viscozitate) i fluid real (care ine seama de viscozitate) utilizate n dinamica fluidelor, numindu-se fluide newtoniene.32.Variaia viscozitii cu temperaturaViscozitatea dinamic variaz foarte puin cu presiunea, dar foarte mult cu temperatura. La creterea temperaturii, viscozitatea lichidelor scade, pe cnd cea a gazelor crete.Practic la orice presiune, pentru lichide se poate utiliza formula lui Gutman i Simons [8]:00B BC T Te+ (10)unde: 0, - valorile viscozitii dinamice la o temperatur oarecare T i temperatura de referin 002 3 0 T K C + .C,B - constante ce depind de natura lichidului pentru ap: B=511,6 K i C= -149,4 k.n literatura de specialitate se mai utilizeaz i relaia :021 at bt + + (10.a)unde: a,b constante caracteristice lichidului.Pentru gaze se poate utiliza formula lui Suterland:3200 0S T TT S T _ + + , (11)unde: S = constant ce depinde de natura gazuluiS = 123,6 K pentru aer.0, 0, , T T au aceeai semnificaie ca n formula (8.10)n figura (2) s-a prezentat variaia viscozitii dinamice n funcie de temperatur pentru trei combustibili grei utilizai la motoarele cu ardere intern navale.n documentaia existent la nave, pentru caracterizarea curgerii, se folosesc diferite scri ale viscozitii dinamice, ce poart denumirea aparatelor cu care se determin i cu unitile de msur respective (Engler, Redwood, Saybott). Exist relaii i tabele de conversie ntre toate aceste uniti de msur ale viscozitii n STAS 1666 50.Viscozitatea Engler se msoar n grade Engler (0E) i reprezint raportul dintre timpul de scurgere a 200 cm3 din lichidul msurat i timpul de scurgere a aceleiai cantiti la +200C. Principiul de msurare folosit n sistemul Engler se 4bazeaz pe faptul c viscozitatea este proporional cu fora de frnare i cu inversul vitezei, deci i cu timpul necesar scurgerii unei cantiti fixe de fluid.Figura 2 Variaia viscozitii dinamice pentru trei tipuri de combustibil greu n funcie de temperatur.Viscozitatea Redwood se msoar n secunde Redwood. Se deosebesc:- viscozitate Redwood standard (Red 1) ce indic timpul, exprimat n secunde, necesar scurgerii lichidului considerat, dintr-un recipient de form dat, cu un volum de 350cm . Lichidul este nclzit la 0100 F 0(37,8 ) C iar scurgerea se face printr-un tub capilar calibrat. Viscozitatea Redwood standard se noteaz s Red1 la 0100 F sau sRed1 la 037, 8 C . - viscozitatea Redwood Admirality (Red 2) se folosete n cazul unei substane extrem de vscoase.Viscozitatea Saybolt se exprim n secunde Saybolt. Se deosebesc:- viscozitatea Saybolt Universal (SSU) adoptat n cazul lichidelor cu viscozitate normal, indic timpul necesar scurgerii dintr-un recipient cilindric a unei cantiti de 60 3cm de lichid considerat.- viscozitatea Saybolt Furol (SSF) adoptat n cazul lichidelor foarte vscoase.n literatur se ntlnesc diverse tipuri de diagrame ( ) f t pentru diferite lichide inclusiv pentru combustibili navali cum este cea prezentat n figura 3, unde se aproximeaz curbele de variaie cu drepte n domeniul de temperaturi cuprins ntre 0 020 .........120 C C.5Figura 3. Viscozitatea combustibilului mineral n funcie de temperatur.63.Principii de msurare a viscozitii.O clasificare a diverselor tipuri de traductoare de msura a viscozitii se poate face n funcie de principiul de msurare, se prezint succint aceste principii menionnd ipotezele simplificatoare i aproximaiile fcute.3.1.Principiul curgerii prin capilare.Acest principiu se aplic curgerii laminare a fluidelor prin tuburi capilare, admind urmtoarele ipoteze simplificatoare: Figura 4. Repartizarea vitezei de curgere prin tuburi capilare.- viscozitatea nu este influenat de cldura produs de frecarea intern i de creterea corespunztoare de temperatur.Din legea lui Poiseuille pentru o conduct cu dimensiunile din figura 4. se obine expresia viscozitii dinamice sub for