一、實驗目的

流體黏度實驗

授課教師：侯順雄 崑山科技大學

機械工程系 熱工實驗室

一、實驗目的

應用毛細管法以奧士華黏度計量測未知 流體在某一溫度下的黏度，只需測量流體 流過一固定距離之時間即可求出運動黏度 (Kinematic viscosity)。

熟悉奧士華黏度計的構造及操作方法，

並瞭解黏度定義。

二、使用儀器設備

流體黏度機

(1)設備本體-流體黏度機(Koehler Model KV3000) 依據ASTM D455，D2170及相關規範。

石蠟油 碼錶 溫度控制

開關

(2)毛細管式黏度管

黏度 管代 號

25

50

75 100 150 200 300

常數 (cst/s)

(x10

^-3

)

1.961

3.888

7.32 15.76 33.47 101 236.1

試管型號25之毛細管式黏度管

試管型號50之毛細管式黏度管

(2)毛細管式黏度管

(3)設備之附件-燒杯、針筒、吸管、吸球管

(4)設備之附件-抹布、衛生紙、異丙醇、 魔術靈

三、原理



在所有的流體性質中，黏度為研究流 體流動時，最先考慮的項目。



我們將討論黏度的自然現象、特性、

因次及絕對黏度（absolute Viscosity）

與運動黏度（kinematic viscosity）等。



黏度（viscosity）為潤滑油類相當重要 的一種性質，其為流體流動時應變與切應力 之一種比例常數。

一般而言，物質的黏度與流體間的凝聚 力和分子間的動量轉移率有關。液體分子與 分子間距離較小，因此流體層間的凝聚力是 造成液體黏度的主因，溫度升高時，流體層 間的凝聚力減小，因此液體的黏度隨溫度增 加而減少。



氣體分子與分子間距離遠較液體分子 間距離為大，因此流體分子間的動量轉移 率為造成氣體黏度的主因。溫度升高時，

流體分子運動速率加快，動量轉移率增加，

因此氣體的黏度隨溫度增加而增加。



至於壓力而言，在一般壓力下，流體 的黏度與壓力無關，只與溫度有關。但在 非常大的壓力下，流體的黏度大部份隨壓 力而變化無常。



潤滑油之油膜強度與黏度大小呈正比 例，粘度越大其油膜韌性越高。因此一般 機械在取決於使用油料時，黏度將為其主 要的考慮因素。

設毛細管長為L公分，半徑為r公分，毛細管兩端 的壓力差為ΔP達因/平方公分，於t秒間內流體流 經毛細管的體積為V立方公分時，則此液體黏度係 數 ，依據Poiseuille^，s Law：

(1)

式(1)中毛細管兩端的壓力差ΔP=ρgh，將之帶

入得：

(2)

Pr 4

8VL t

  

μ

gh r 4

8VL t

   

式(2)中8，g，π均為常數，在固定黏度中r，h，

V，l亦可視作常數，故式(2) 可簡化為：

(3)

C可視為黏度計常數(cSt/sec)。易言之，液體 的絕對黏度(absolute viscoity)，可由黏度計測 定其流出的時間與液體的密度及黏度計的常數之乘 積求得。將 (3)式改寫為：

(4)

即一定容積液體利用其本身液體重力流經黏度 計毛細管所需時間，乘以黏度計常數，得其運動黏 度(kinematic viscosity) υ。

   Ct

 Ct

  





液體黏度的測量方法大概可分成四類：



（1）毛細管型：根據驅動力的不同，可 分加壓型與重力型兩種。前者以一 固定的壓力壓擠液體，使其流動。

後者以重力使液體下降通過毛細 管。後者最大的優點有二，其一為 管長與直經之比(L/D)遠 大於50，

端效應可忽略不計。其二為流 體流動的型式是層流。



本實驗採用此毛細管型。



（2）落球型：利用落球式黏度計量測未 知流體在某一溫度下的黏度，當落球在 管內流體自由落下後，由於黏滯力、重 力和浮力的作用，最後達到終端速度，

繼而等速下墜，因此只需測量測定距離 落球落下時間即可求出黏度。



（3）旋轉型：此型黏度計，根據扭力與 黏度的關係測量黏度，適用於黏度較高 之液體，如高分子聚合物及潤滑油。

Couette-Hatschek 及Garrison 兩種黏 度計為此類的代表。



（4）動態雷射光散射法：此法已廣乏的應 用於測量聚合物的黏度，以及微生物 學和碰撞科學領域中物質黏度的測 量。Brunson 等人則將其應用於測量 醇類及其與烴類混合物的黏度。此法 乃根據移動度(mobility) 為分子顆 粒的大小及黏度的函數，然後以此法 測量分子顆粒的移動度，再由已知的 分子顆粒大小，換算成黏度。

四、方法&步驟

1. 流體黏度機電源打開。

2. 調整測試溫度至30°C，等待10分鐘讓黏 度計裡的流體恆溫。

1.

2.

四、方法&步驟

3. 將試管型號25、50的試管套入固定座，

放上軟塞並加入純水到最上紅線以上。

25試管加入5~6㏄純水，50試管加入 5~6 ㏄純水。

固定座

最上紅線以上

加入5~6㏄純水

4. 10分鐘後，黏度機裡的流體已經恆溫，

再將2支試管放入黏度機裡，再等待10分 鐘讓試管內的純水恆溫。

5. 10分鐘後將試管上的軟塞拔除，讓試管 內的純水開始流動。

6. 當液體流到最上紅線開始計時。

7. 當流到最下紅線按停止。

8. 將測試的時間紀錄下來。

9.將試管內的純水倒出，將魔術靈噴在試 管表面上，等20秒後用自來水清洗。

10.清潔完後用抹布把試管表面擦拭乾淨。

11.每次調整溫度增加2.5°C，調整溫度至 90°C。

12.接下來的步驟重覆步驟2.至步驟12.。

13.計算黏度：

^___(秒數) x _______(黏度管常數cst/sec ) = ____(cst)

Kinematic viscosity=c t (1cst=10

^-6

m

²

/sec)

13.實驗時，必須注意是否有漏水情形發生，

以免影響實驗的準確性。

14.實驗完畢，必須清潔拾試管、器具、收拾 工作台。

15.確認黏度機電源關閉，總電源關閉。

五、結果

水之理論值與實驗的比較圖

六、問題&討論

1.溫度如何影響液體黏度？

物質的黏度與流體間的凝聚力和分子間的 動量移轉率有關。液體分子與分子間距離 較，因此流體層間的凝聚力是造成液體黏 度的主因，溫度升高時，流體層間的凝聚 力減小，因此液體間的黏度隨溫度增加而 減少。

2.影響本次實驗的誤差原因應該為何及防止對 策？

應該盡量避免環境所造成的誤差，如:環境溫差&人 為誤差:碼表沒按準

3.對於本次實驗有何建議？

一直拿著毛細試管，手實在非常的酸，畢竟要撐10 幾分鐘，建議可以搞個固定架或類似的儀器搞定 這個部分。

七、心得&建議

這個實驗來測試流體之黏度，使用純 水來作比較值，我們得到的結果顯示純

水黏的黏度會因為溫度有變化而跟著改 變，不過黏度的數據起伏大小就不一樣，

在溫度低時黏度變大，溫度高時黏度變 小，這就是基本。到最後我們加入了小 鋼珠到純水中來測試，所得到的數據結 果也相同，不過黏度值比純水值還大。