Описание установки и методика измерений вязкости

Для измерения коэффициента динамической вязкости в работе используется ротационный вискозиметр (рис. 17.1). Устройство и принцип действия этого прибора заключается в следующем. В тигель (1) цилиндрической формы помещают исследуемую жидкость (2), в которую погружают шпиндель (4), подвешенный на упругой струне (5). Во время опыта вращательный момент от электромотора (9) передается диску (7), от него через струну шпинделю.

Рисунок 17.1 – Схема установки для измерения вязкости:

1 – тигель, 2 – исследуемый расплав, 3 – головка шпинделя,

4 – шпиндель, 5 – струна, 6 – верхняя часть установки, 7 – диск,

8 – шкала, 9 – электромотор, 10 – стрелка, 11 – печь, 12 – трансформатор,

13 – устройство регулировки температуры,14 – термопара.

О величине вязкости оксидного расплава судят по углу закручивания струны, который определяют по шкале (8). При вращении шпинделя вязкое сопротивление жидкости создает тормозящий момент сил, закручивающий струну до тех пор, пока момент упругой деформации струны не станет равным моменту сил вязкого сопротивления. При этом скорости вращения диска и шпинделя будут одинаковы. Соответствующий такому состоянию, угол закручивания струны (∆φ)можно измерить, сравнивая положение стрелки (10) относительно шкалы: начальное – до включения электромотора и установившееся – после включения. Очевидно, что угол закручивания струны ∆φ тем больше, чем больше вязкость жидкости η. Если деформации струны не превосходят предельных (соответствующих выполнимости закона Гука), то величина ∆φ пропорциональна η и можно записать:

(17.3)

Коэффициент уравнения k, получивший название постоянной вискозиметра, зависит от размеров тигля и шпинделя, а также от упругих свойств струны. С уменьшением диаметра струны чувствительность вискозиметра увеличивается.

Для определения постоянной вискозиметра k в тигель помещают жидкость с известной вязкостью – раствор канифолив трансформаторном масле (эталонную жидкость). В этом случае в опыте при известной комнатной температуре определяют ∆φ₀. Затем, зная вязкость (η₀) эталонной жидкости при данной температуре, вычисляют k по формуле:

(17.4)

Найденное значение k используют для вычисления коэффициента вязкости оксидного расплава. Градуировка шкалы вискозиметра выполнена в условных единицах. Одна условная единица соответствует 4 градам или p/50 радиан.

Порядок проведения работы

Для знакомства с вязкостными свойствами металлургических шлаков в данной лабораторной работе изучается расплав Na₂O∙2B₂O₃. Измерения проводят в интервале температур 850–750 °С. После достижения первоначальной температуры (850 °С) стрелку вискозиметра устанавливают на нулевой отметке. Затем включают электромотор и фиксируют стационарный угол закручивания струны ∆φ. He выключая вискозиметра, повторяют измерение ∆φ при других температурах. Опыт прекращают, когда угол закручивания струны начнет превышать 720°.