[发明专利]一种液体粘滞系数的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及液体在不同温度下粘滞系数的测量技术领域，尤其涉及一种液体粘滞系数的测量方法。

背景技术

液体的粘滞系数是表示液体力学性质的重要物理量，是决定液体粘滞力大小的重要因素，因此液体粘滞系数的测量在医学、油质化工及涉及液体运动粘度的科学实验领域内均有着举足轻重的作用。

目前对于液体粘滞系数的测量国内外普遍采用落球法进行，当半径为r的小球，在液体中以速度v自由下落时，其受力图如图1中所示，小球在容器01中下落，其中f=ρ(T)Vg为小球受到液体的浮力，ρ(T)为温度T时液体的密度，V为小球的体积，F=6πrvη(T)为小球下落时受的粘滞阻力，η(T)为温度T时被测液体的粘滞系数，mg为小球受的重力，小球在液体中下落的运动方程为：

mg-ρ(T)Vg-6πrvη(T)=ma     ------------------（1）

其中a为小球下落的加速度，由（1）式可得：

η(T)=(mg-ρ(T)Vg-ma)/6πrv     ------------------（2）

在温度均匀的液体中，测量小球的收尾速度，所谓收尾速度即小球在该种液体中达到匀速运动后的速度，并且此时液体粘滞系数的计算公式相应的为：

η(T)=(mg-ρ(T)Vg)/6πrv     ------------------（3）

因此，如果测量液体某一温度下的粘滞系数η(T)仅需测量出小球在该温度下在该液体中下落的收尾速度v即可，但是如果需要求出同一液体在不同温度下的粘滞系数，需要测量出小球在该液体中不同温度时下落的收尾速度v，传统的做法都是通过整体改变恒温液体的温度，并一次次测量小球在该液体中不同温度时下落的收尾速度v，从而计算出液体在不同温度下的粘滞系数。

然而该种测量方法需要一次次的改变被测液体的温度，而改变液体的温度主要通过加热的方法实现，而采用该种方法要使液体整体达到室温以外的其他温度，是非常不易的，并且当加热温度改变之后，为了达到被测液体内的温度均匀，一般需要等待二十分钟以上才能够进行实验测量。如果需要进行多个温度下该液体粘滞系数的测量，那么就需要频繁的改变液体的温度，这不仅会费时费力，同时还非常容易导致测量结果出现偏差，并且每次温度调整后需要等待较长的时间才能够继续进行测量，导致测试效率低下。

因此，如何能够避免在测量液体不同温度下的粘滞系数时频繁改变液体温度，以保证测量精度，并提高测量效率，是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种液体粘滞系数的测量方法，以避免测量液体不同温度下的粘滞系数时频繁的更改液体温度，而造成测量精度不高，测量效率低下的问题。

为解决上述现有技术问题，本发明提供一种液体粘滞系数的测量方法，包括步骤：

1）使容器内的液体形成由上至下的温度梯度，且所述容器内的液体上端的温度要高于下端温度。

2）使半径为r，质量为m的小球在所述容器内的液体中自由下落，并利用容器内的液体温度T与液体高度L₁的关系以及小球的下落运动方程计算出小球下落过程中的速度v与液体温度T之间的关系；以及加速度a与液体温度T之间的关系。

3）任意温度T_i下的液体的粘滞系数的计算。

求出温度T_i下的小球下落速度v_i和加速度a_i，并将其代入公式：η(T)=(mg-ρ(T)Vg-mak)/6πrvk中，求得在温度T_i时液体的粘滞系数η(T_i)。

优选的，在步骤3）之后还包括步骤：

4）由公式η(T)=(mg-ρ(T)Vg-mak)/6πrvk计算出液体多个不同的温度T_i所对应的液体粘滞系数η(T_i)，并由T_i与η(T_i)的对应关系拟合出液体粘滞系数与温度的曲线η=η(T)。

由此可以看出，本发明所提供的液体粘滞系数的测量方法可以通过一次落球得出该种液体在任意温度下的粘滞系数，并且测量过程中无需改变液体的温度，这就有效避免了目前测量方法中需频繁改变液体温度的问题，从而使测量结果更加准确可靠，并且由于仅需一次落球即可完成液体在各种温度下的粘滞系数，这就有效简化了测试步骤，节省了测试时间，提高了测试效率。

附图说明

图1为小球在液体内下落时的受力分析示意图；