Способ определения неньютоновской вязкости

Изобретение относится к области реологии, в частности к разработке способов определения неньютоновской вязкости полимерных соединений, их растворов и концентрированных суспензий гранулированных материалов. Способ определения неньютоновской вязкости включает подачу исследуемой среды на измерительную поверхность. Также способ включает замер параметра и расчет вязкости неньютоновской жидкости. При этом в качестве измерительной поверхности используют плоский диск, а исследуемую среду (1) подают через выходное отверстие на центр вращающегося диска (3), на некотором удалении r от оси вращения и края диска. После установления постоянной скорости вращения производят замер толщины пленки δ0 в одной или в нескольких точках. Затем при том же расходе среды изменяют скорость вращения диска и повторно производят аналогичные замеры, повторяя операцию несколько раз и по функциональной зависимости: , где γ - скорость сдвига, τm=ρw20 - касательное напряжение на стенке, ρ - плотность неньютоновской жидкости, δ0 - толщина пленки, r - координата замера толщины пленки от центра, w - угловая скорость вращения диска, Q - объемный расход, Ф=Qρ2rw4/2π, определяют реологическую кривую. Технический результат изобретения является расширение диапазона измерений в результате создания любого градиента давления за счет изменения оборотов вращения диска вискозиметра, а также обеспечение простоты и точности измерений вязкости неньютоновских жидкостей. 1 ил.

 

Изобретение относится к области реологии, в частности к разработке способов определения неньютоновской вязкости полимерных соединений, их растворов и концентрированных суспензий гранулированных материалов.

Известны способы определения ньютоновской вязкости жидкостей или растворов полимеров (например, вискозиметр истечения, падающий шар, капилляр постоянного диаметра, капиллярное выдавливание, пластометр с параллельными пластинами, падающий коаксиальный цилиндр, вращающийся цилиндр) [1]. Предлагаются также вибрационные и ротационные методы измерения вязкости, основанные на определении амплитуды, частоты вибрации или сдвига фаз [2, 3]. Однако многие из них не нашли применения для вязкотекучих полимерных соединений, их растворов или концентрированных суспензий из-за ограниченного диапазона определения вязкости (невозможность проведения измерений при высоких давлениях) или сложности аппаратуры.

Между тем, в ряде производств одним из основных показателей качества готовой продукции является вязкость, которую контролируют как на различных стадиях процесса, так и в конце технологического цикла. При исследовании реологических свойств материалов в вязкотекучем состоянии предпочтение отдается ротационным методам, поскольку именно они обеспечивают получение наибольшего количества характеристик. Известны измерительные поверхности ротационных реовискозиметров и вискозиметров типа цилиндр-цилиндр, колокольного типа, конус-конус. Но наиболее близким техническим решением является измерительная поверхность типа конус-плоскость, которая применяется для исследований высоковязких неньютоновских систем, например, расплавов или растворов полимеров, каучуков, битумов [3]. Недостатком указанного реовискозиметра является зависимость крутящего момента и требуемого объема жидкости от угла между конусом и плоскостью, а также наличие специального чувствительного элемента (в виде пружины, растяжки, на основе асинхронного электродвигателя с полым ротором или с ротором в виде «беличьего колеса», микроамперметров и др.) с определенной нестационарной погрешностью измерения, а также усложнением процессов измерения и обработки результатов.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений в результате создания любого градиента давления за счет изменения оборотов вращения диска вискозиметра, обеспечение простоты и точности измерений вязкости неньютоновских жидкостей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения неньютоновской вязкости, включающем подачу исследуемой среды на измерительную поверхность, замер параметра и расчет вязкости неньютоновской жидкости в качестве измерительной поверхности используют плоский диск, исследуемую среду (1) подают через выходное отверстие (2) на центр вращающегося диска (3), на некотором удалении r от оси вращения и края диска после установления постоянной скорости вращения производят замер толщины пленки δ0 в одной или в нескольких точках, затем при том же расходе среды изменяют скорость вращения диска и повторно производят аналогичные замеры, повторяя операцию несколько раз и по функциональной зависимости

,

где γ - скорость сдвига, τm=ρw2 r δ0 - касательное напряжение на стенке, ρ - плотность неньютоновской жидкости, δ0 - толщина пленки, r - координата замера толщины пленки от центра, w - угловая скорость вращения диска, Q - объемный расход, Ф=Qρ2rw4/2π,

определяют реологическую кривую.

Модификация измерительной поверхности приводит к изменению формулы расчета скорости сдвига, правомерность которой доказывается решением гидродинамической задачи при установившемся течении жидкой (вязкотекучей) пленки по поверхности вращения плоского диска. При решении поставленной задачи используют трехмерную систему координат (х, у, z), параметры Ламе в данной системе координат принимают следующие значения H1=H2=1, Н3=z. Уравнение движения в трехмерных координатах для установившегося течения жидкой пленки по поверхности вращения после интегрирования и учета граничных условий принимает вид

где τ, z - координаты, направленные вдоль и перпендикулярно плоскости диска соответственно.

Необходимо определить зависимость

где V - скорость в направлении оси r.

На поверхности диска у основания τ определяется как

Таким образом, задача сводится к решению зависимости γ=f (τm), для нахождения которой необходимо воспользоваться соотношением объемного расхода

или после интегрирования по частям

Меняем переменную z в формуле (1) на выражение

получим

Для нахождения V(δ0) воспользуемся соотношением (2) и (5)

Подставив полученное выражение в уравнение (6), получим

или

откуда

Искомая зависимость γ=f(τm) имеет вид

γ=1/τm·dФ(τm)/dτm.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фокс Т., Гратч С., Лошек С. Вязкость полимеров и их концентрированных растворов. В кн.: Реология. Теория и приложения. Под ред. Ф.Эйриха. Пер. с англ. - М.: Ин. лит., 1962. - С.508-578.

2. Соловьев А.Н., Каплун А.Б. Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей. - Новосибирск: Наука, 1970. - 139 с.

3. Крутоголов В.Д., Кулаков М.В. Ротационные вискозиметры. - М.: Машиностроение, 1984. - 111 с.

Способ определения неньютоновской вязкости, включающий подачу исследуемой среды на измерительную поверхность, замер параметра и расчет вязкости неньютоновской жидкости, отличающийся тем, что в качестве измерительной поверхности используют плоский диск, исследуемую среду (1) подают через выходное отверстие на центр вращающегося диска (3), на некотором удалении r от оси вращения и края диска после установления постоянной скорости вращения производят замер толщины пленки δ0 в одной или в нескольких точках, затем при том же расходе среды изменяют скорость вращения диска и повторно производят аналогичные замеры, повторяя операцию несколько раз, и по функциональной зависимости
,
где γ - скорость сдвига, τm=ρw20 - касательное напряжение на стенке, ρ - плотность неньютоновской жидкости, δ0 - толщина пленки, r - координата замера толщины пленки от центра, w - угловая скорость вращения диска, Q - объемный расход, Ф=Qρ2rw4/2π,
определяют реологическую кривую.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области медицины. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования вязкости крови. .

Изобретение относится к области измерения физико-химических характеристик жидких сред и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .

Изобретение относится к устройствам для непрерывного контроля процесса образования молочно-белкового сгустка при производстве кисло-молочных продуктов, сыров. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, для контроля вязкости высоковязких веществ и показателей качества продукции непосредственно в процессе варки волокнистых продуктов в производствах химической, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности, а также в животноводстве для контроля качества влажных термообрабатываемых мешанок.

Изобретение относится к устройствам для непрерывного контроля процесса образования молочно-белкового сгустка при производстве сыров и кисломолочных продуктов в молочной промышленности, а также для непрерывного контроля процессов структурообразования в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам и средствам определения вязкостных характеристик материалов. .

Изобретение относится к способам определения вязкости и реологических характеристик ньютоновских и неньютоновских жидких сред - суспензий и может быть использовано в глиноземном производстве, гидрометаллургических производствах, горнодобывающей промышленности и др.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля вязкости при производстве спирта на стадии осахаривания крахмалсодержащего сырья.

Изобретение относится к устройствам измерения вязкости текучих сред, имеющим датчик вязкости ротационного типа. .

Изобретение относится к устройству, предназначенному для измерения реологических характеристик вязкоупругого материала

Изобретение относится к устройствам для непрерывного контроля процесса образования молочного сгустка при производстве сыров и кисломолочных продуктов

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения вязкости жидкостей, а также контроля готовности и качества полимерных и других растворов, например, при производстве полимерных волокон

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аэрогидродинамическим устройствам для определения вязкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности при контроле состава и свойств жидкостей

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам и способам исследования биомеханических свойств крови

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении вискозиметров для измерения реологических свойств жидкостей

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента динамической вязкости текучих сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от скорости сдвига, давления и температуры. Устройство измерения вязкости состоит из частично или полностью прозрачного канала формы тор с клапанами подачи и слива, который закреплен на валу с приводом, тормозом и датчиком момента, а также доплеровского измерителя скорости. В тор предварительно закачивается под давлением испытуемая среда. Затем тор плавно разгоняется и резко останавливается. Процедура измерения параметров инерционного тормозящегося движения среды производится при неподвижном состоянии тора. Конструкция устройства обеспечивает одинаковое по длине канала гидростатического давления, а факт измерения крутящего момента на неподвижном торе исключает действие момента силы трения в подшипниках опоры тора, что повышает точность измерения вязкости. Техническим результатом является повышение точности определения вязкости сред со сложными реологическими свойствами, зависящими одновременно от скорости сдвига, давления и температуры в широком диапазоне перечисленных параметров. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения вязкости веществ, а именно к устройствам для измерения эффективной вязкости материала с помощью ротационного вискозиметра. Устройство для измерения вязкости материала включает плиту, стойку с установленной на ней панелью, на которой закреплено основание, с измерительным устройством, состоящим из наружного измерительного цилиндра, имеющего отверстия в стенках и днище, объединенные между собой концентрическими металлическими трубочками посредством дугообразного двухпозиционного металлического капилляра. Также устройство содержит гибкий соединительный шланг и штуцер, внутренний измерительный цилиндр, привод и датчик угла поворота. Устройство дополнительно снабжено комбинированными датчиками термопар-потенциометров, установленными с возможностью подключения к записывающему устройству в имеющихся отверстиях в стенках и днище наружного измерительного цилиндра на расстоянии, равном внутреннему диаметру внешнего цилиндра, и на расстоянии, равном половине между внутренним диаметром внешнего цилиндра и наружным диаметром внутреннего цилиндра. Техническим результатом является повышение точности измерения величины вязкости материала и экспрессности получения результатов технологического воздействия на его реологические свойства, возможность измерения величины температуры и внутреннего электропотенциала при измерении вязкости материала. 2 ил.

Настоящее изобретение относится к устройствам для исследования реологических характеристик материалов и способам использования данных устройств. Более конкретно, объектом настоящего изобретения являются импеллерные чувствительные элементы для исследования реологических характеристик жидкостей, содержащих твердые частицы, в различных условиях обработки. В общем способе исполнения, настоящее изобретение содержит импеллерный чувствительный элемент, закрепляемый в приводной головке реометра и используемый для измерения реологических характеристик текучих сред, содержащих твердые частицы, в широком диапазоне значений температур и скоростей сдвига. Устройства для измерения реологических характеристик текучих сред с твердыми частицами в широком диапазоне значений температур и скоростей сдвига дают возможность получения более точных реологических характеристик. Температуры проведения измерений могут быть очень высокими, свыше 100°C, а используемые значения скоростей сдвига являются типичными для производственных трубопроводных систем. Техническим результатом является создание импеллерных чувствительных элементов, дающих возможность проведения реологических исследований, результаты которых достаточно точно отражают фактические рабочие условия, а также позволяющих точно измерять реологические свойства жидкостей, содержащих твердые частицы и предотвращать оседание твердых частиц в образцах жидкостей при проведении реологических измерений. 3 н. и 37 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к диагностической медицинской технике и может быть использовано при оценке вязкости крови. Устройство включает ротор, средство приведения ротора во вращение, средство регистрирующее параметры вращения ротора, измерительную ячейку, причем ротор размещен внутри измерительной ячейки с зазором, при этом ротор и измерительная ячейка выполнены таким образом чтобы соблюдалось условие: 1,0<δ<1,03 или 1,03<δ≤1,1, где δ отношение радиуса измерительной ячейки к радиусу ротора. Достигается упрощение конструкции и повышение точности измерений за счет комплексного анализа различных составляющих вязкости крови. 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области реологии, в частности к разработке способов определения неньютоновской вязкости полимерных соединений, их растворов и концентрированных суспензий гранулированных материалов

Наверх