Способ определения времени релаксации вязкоупругой жидкости

 

Изобретение относится к области исследования Е рдргических свойств вязкоупругих жидкостей. Цель изобретения - расширение диапазона измерений времени релаксации и упрощение способа. Деформирование жидкостей осуществляют путем ее пропускания через канал переменного сечения. Измеряют скорость, при которой наступает эластичная турбулентность потока . Время релаксации определяют по формуле. 3 ил. 1 табл.

СОЮЗ СОжТСНИХ

СОЦИАЛИСТЬНЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ао4 С 01 И 11/08, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3676732/24-25 (22) 22.12.83 (46) 23.10.86. Sea. М 39 (71) Институт проблем механики

АН СССР (72) В.Н.Калашников и А.Н.Аскаров (53) 532. 137(088.8) (56) Дж. Ферри. Вязкоупругие свойства:полимеров. М.: Иностранная литература, 1963, с. 103-126.

К.Meissenberg. The testing of.

material means of the rheogoniometer .

Sangamo Controls Ltd, 1964, р. 19.

„„SU„„! 265543 А 1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ РЕЛАКСАЦИИ ВЯЗКОУПРУГОЙ ЖИДКОСТИ (57.) Изобретение относится к области исследования реологических свойств вязкоупругих жидкостей. Цель изобретения — расширение диапазона измерений времени релаксации и упрощение способа. Деформирование жидкостей осуществляют путем ее пропуекания через канал переменного сечения. Измеряют скорость, при которой наступает эластичная турбулентность потока. Время релаксации определяют по формуле. 3 ил. I табл.

Как видно из графика фиг. 2, -4-7 в ламинарном режиме — (сплошная

Re линия) . При определенной, зависящей от концентрации скорости кривые сопротивления для растворов полимеров начинают отклоняться от ламинарной кривой из-за появления эластичес5- кой турбулентности. Величины пороговой скорости V соответствующие точке отхода кривых сопротивления от ламинарного закона, измеренные на

1 1 2655

Изобретение относи1ся к технике определения реологических свойств вязкоупругих жидкостей, а точнее— к технике измерения их сдвиговых упругих характеристик — времени релаксации и модуля сдвига (модуля высокозластичности), соответствующих малым частотам возмущений в линейной области поведения, в том числе упругих характеристик жидкостей малой 10 вязкости, Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых времен релаксации в сторону меньших значений и упрощение способа в области ма- 15 лых частот возмущений.

Сущность способа. состоит в том, что деформирование жидкости осуществляют путем ее пропускания через канал переменного сечения с известным характерным гидродинамическим размером d и определяют скорость Ч, при которой наступает эластическая турбулентность. Искомое время релак сации 6 вычисляют согласно формуле 25

Й

О Ые* 79 в которой безразмерная величина

67

Me* †- является критическим значениd 30 ем числа Вейссенберга, предварительйо определенным по скорости наступления эластической турбулентности VÄ,. при пропускании вязкоупругой жидкости с известным временем релаксации 9 через геометрически подобный канал

1 размером d

Ra фиг. 1 схематически изображен пример выполнения канала с переменным поперечным сечением; на фиг.2— кривые зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса Re для ньютоновской жидкости и концентрированных растворов полимеров; на фиг, 3 — кривые зависимости коэффици45 ента сопротивления (от числа Рейнольдса Re для воды и водного раствора полимера малой концентрации.

Пример. Проводят измерения времени релаксации и модуля сдвига разбавленного до концентрации в несколько миллионных долей водного раствора полиоксиэтилена -молекулярной массы в несколько миллионов.

В качестве рабочих элементов берут каналы с переменным квадратным сечением (фиг. 1)„ состоящие из- 10 периодов сжатие-расширение. Узкие участки со стороной квадрата а и

43 1 длиной 2,5а чередуются с широкими участками со стороной квадрата 2,5а и такой же длиной. Отдельные детали канала изготавливают из оргстекла, после чего склеивают. Критическое значение числа Вейссенберга для таких каналов определяют при течении концентрированных растворов того же . полимера по каналу с a=0,4 см. Величину времени релаксации концентрированных растворов определяют методом гармонических колебаний на реогониометре Вейссенберга. Амплитуда колебаний достаточно мала, чтобы оставаться в линейной области поведения растворов. На фиг. 2 представлены кривые зависимости коэффициента сопротивления канала с a=0,4 см от числа Re для ньютоновской жидкости (была использована смесь воды и глицерина) залитые кружки и концентрированных водных растворов полиоксиэтилена:

0,25 (пустые кружки), 0,5Х (залитые треугольники), 0,757 (пустые треугольники). При вычислении безразмерных параметров в качестве характерного размера берут величину гидравлического диаметра узкого участка кана2о ла d= —, в качестве характерной скоЛ рости — средняя скорость в узком участке, связанная с измеренным в экспериментах объемным расходом q

4а соотношением V--"-= -. Коэффициент фр аГ сопротивления подсчитывают по измеренному перепаду давления 6.р на входе р» г и выходе из канала -. — — — Л—

I PV /2 длина канала) . Величину вязкости концентрированных полимерных растворов при расчете числа Re берут из сдвиговых измерений на реогониометре при среднем значении скорости

8U сдвига —.

3 1265543 реогониометре времена релаксации 6 при Ф- 0 и эффективные вязкости 4, соответствующие скоростям сдвига в области порога. сведены в таблицу, В последнем столбце таблицы даны

- I ч CM с

0,07

29,6

4,6

0,07

0,25

4,7

0,5

0,15

0,17

4,5

5,8

0,35

0,30. 0,75

Найденная величина критического значения числа Вейссенберга была использована при измерении времени релаксации водного раствора полиоксиэтилена концентрацией 5 ррш (5 ° 10 Z) при 23 С. Измерения выполняют с помощью двух различных по размеру каналов. Данные экспериментов приведены на фиг. 3.- Залитые кружки — данные цля течения раствора по каналу с о = 0, 1 см, пустые кружки — данные для течения раствора по каналу с a-0,06 см, крестики — данные, полученные при течении воды. Сплошная линия

ЗА

47 соответствует P = —. По найденной из

Re этих графиков пороговой скорости определяют время релаксации раствора.

Оно оказалось равным 1,4х10 с и

1,38х10 с по измерениям в каналах с величиной а=0,1 см и 0,06 см соответственно. рассчитанные по приведенным величинам О, V u d значения числа Вейссенберга. В среднем с точностью +2X критическое значение Ve* постоянно и равно 4,6.а=0,4 .см, d=0,451 см,23 Ñ.

Формула изобретения

Способ определения времени релаксации вязкоупругой жидкости, основанный на ее деформироваиии, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых времен релаксации в сторону меньших значений и упрощения способа в области малых частот возмущений, жидкость пропускают через канал переменного сечения характерного гидродИна.-. мического размера d измеряют скорость течения Ч в момент появления эластичной турбулентности, а время релаксации 9 вычисляют по формуле

8 =Уе*ЧФ где Me* — критическое значение числа

Вейссенберга, предварительно найденное с использованием геометрически подобного канала и жидкости с известньм временем релаксации.

1265543

1Ю Re

1Р

Риа З

Составитель В.Вощанкин

Редактор В.Иванова Техред М„Ходанич Корректор А.Зимокосов

Заказ 5651/35 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

О

О

0 о

@о@

1 + ® ®е®

Q4+