Способ определения реологическихсвойств жидкостей

 

Союз Советских

Социалистических

Реслублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ВТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, саид-ву (22) Заввлвно 27. 02.79 (21) 2729432/18-25 (5 )М

3 с присоединением эалеки 89 (23) Приоритет

С 01 N 11/08

Госу4арствеииый комитет

СССР

ho Йеявм . иэооретеиии и открмтий

Опубликовано 2802,81 Ьюллетень ЙЯ 8

Дата опубликовании описании 28. 02. 81 (53) УДК S32.137 (088. 8) (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к капиллярной вискозиметрии и может найти применение при определении реологических свойств ньютоновских и неньютоновских жидкостей, суспензий, эмульсий, растворов и расплавов.

Известно устройство для исследования реологических свойств полимерных материалов, в котором реализован способ, позволяющий определять профиль скорости потока пластмассы по деформации в полости цилиндра подкрашенного материала f 1).

Недостатком устройства является сложность конструкции его и длительность измерений, связанных с остановкой потока, выделением из него деформированного столбика подкрашенного материала, построения профиля скорости и его численного или графического дифференцирования для определения зависимости градиен-. та скорости от касательных напряжений.

Наиболее близким техническим решением является способ капилярной вискозиметрии жидкостей, осно- . ванный на измерении зависимости рас-. хода жидкости при прохождении через капилляр от градиента давления и позволяющий по формуле ВейссенбергаРабиновича-Иуни перейти к зависимости градиента скорости на стенке капилляра от касательных напряжений t. 2 .

Однако определение реологической кривой течения по этому способу— процесс трудоемкий и длительный, так как требует многочисленных опытов для определения зависимости расхода исследуемой жидкости через капилляр при различных градиентах давления, построения промежуточного .

15 графика зависимости среднего градиента скорости от касательных напряжений на стенке капилляра и его графического или-численного дифференцирования.

20 Цель изобретения — повышение скорости и упрощение процесса измерений.

Поставленная цель достигается тем, что s способе определения реслогичес.ких свойств жидкостей, состоящем в

25 измерении градиента давления исследуемой жидкости при прохождении ее через капилляр, на вход капилляра вводят ин" дикатор,.определяют зависимость концентрации индикатора от времени его

30 пребывания в капилляре и по получек808915

utdt аpR

ttdt

С(Ч 2

10,8 =(-Т

Cut (g}

l С.uttlt

4н

4Ч где—

R

Си градиент скорости| с

tM u

40 где Н

8000 9 7 0 189

25 178 26 154 14870 14,25 0,263

27 140 28 122,5 20570 16,65 0,301 ным данным находят зависимость градиента скорости от касательных на1пряжений по формулам:

dv (- J C.ut,clt) J Cu фс ф Cut

3 н Фн длина капилляра, м; радиус капилляра, м; функция распределения времени пребывания индикатора в капилляре, мм; начальное и конечное время функции распределения, с; касательное напряжение, н/м ;

3 градиент давления, и/м.

Снятие функции распределения времени пребывания и ее использование для определения зависимости градиента скорости от касательных напряжений по предлагаемым формулам упрощает и ускоряет процесс измерения реологических свойств, так как значительно уменьшает число опытов, время проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных.

Определение реологических свойств жидкостей по предлагаемому способу начинается с измерения градиента давления и снятия функции распределения времени пребывания. Методика снятия последней заключается в подаче на вход капилляра индикатора (раствора соли, кислоты, радиоактивных изотопов и др.) и автоматической записи на выходе иэ капилляра концентрации его. Затем по известному градиенту давления и функции распределения вреввэки пребывания, представляющей собой график зависимости концентрации Си индикатора от времени t, определяется зависимость градиента скорости от касательных напряжений по формулам: " (- 4 cuadt t jcutdt /си

3 R

Фн

5 которые при численном интегрировании преобразуются к виду

2L

Ь Сuep tepht м

П р и и е р. По предлагаемому способу проводят измерение реологи-. ческих свойств 5% раствора карбоксиметилцеллюлозы в воде. Для этого при течении раствора в капилляре длиной

1 м и внутренним диаметром 4 мм при перепаде давления 65 мм вод.ст. снимают функцию распределения времени пребывания (см.чертеж) по известной методике. В начало капилляра вводят в качестве индикатора 1 мл насыщенного поваренной солью того же раствора карбоксиметилцеллюлозы, затем

ЗО концентратомером, установленным на выходе из капилляра, автоматически измеряют концентрацию частиц индикатора и вычерчивают график функции распределения времени пребывания.

3$ Градиент давления рассчитывают по ,формуле

-з а .фР Щ 64 10 к 10 9,81 628 (/ )

i показания чашечного водяного дифманометра, Н = 64 мм вод. ст.;

1000 кг/м — плотность воды;

g$

g = 9,81 м/с — ускорение свободного падения.

Функцию распределения времени пребывания разбивают на интервалы сначала через 2 с, затем через 10 с и

® :в каждой точке разбиения определяют соответствующую ей концентрацию Си в миллиметрах.

Результаты измерений приведены в табачище

808915

ПРодолжение таблицы

4 Г5 1 б

3 29 105 30 95 25530

19,00

19,40

4 31

5 33

32 77,5

300 30

6590

25,40

34 66

6 35 62 40 46 73700

30 . 50 23 79300

16 60 13 83300

10 70 8 86200

7 45

8 55

65.

80 5

85 к

Z С ucp t ср at =89430 сн.Использование предлагаемого спо.соба по сравнению с известным при равной точности дает возможность значительно уменьшить число необходимых опытов, упрощает расчеты, так как не требует построения промежуточного

З0 графика и его графического или численного дифференцирования,облегчает определение вискозиметрической кривой течения и ускоряет процесс проведения экспериментов и обработки

35 экспериментальных данных в 4-5 раз. где С

C vcp сср

at

Формула изобретения

Способ определения реологических свойств жидкостей, состоящий в измерении градиента давления исследуемой жидкости при прохождении ее через капилляр, отличающийся тем, что, с целью повыаения скорости упрощения ttpottecca иэмере на вход капилляра вводят индикатор, определяют зависимость. концентрации индикатора от времени его пребывания в капилляре и по полученным данным находят зависимость градиента скорости от касательных напряжений по формулам:

tê t (Cutdt J Cutdt;

55 «Р. /Cut сн ам ну„р

5Cutdt

-1 градиент скорости, с

dV где

dr

45 — длина капилляра, м; функция распределения времени пребывания; среднее значение функции

Си в интервале; среднее значение времени в интервале; время; интервал разбиения времени

dV — градиент скорости;

dr касательное напряжение.

В таблице представлены результаты

dV расчетов градиента скорости — по

dl формуле (1), а также — касательных напряжений с по формУле (2).

-3

Так как L = 1 м, R = 2к10 м, 4 dV

Е Cucp tcpkt = 89430, то— сн

5 3, 2к99»10 XCucptcpat/Cut .

+н

В рассматриваемом. примере

4Р— 628 н/м, R = 2 «10 м, з

k, Cutpt pat = 89430

Вн

-5

Тогда = 2,1 10

В том же капилляре проведена серия опытов по определению зависимости расхода жидкости от градиента давлений, по методике., соответствующей известному способу: устаиавливается расход жидкости g. по рота метру и определяется соответствующий ему напор H по чашечному дифмано-.

;метру.

28,70

29,60

33,00

35,00

0,334

0,364

0,490

0,539

0,568

0,590

0,605

808915 а

Св катора на выходе капилляра, с. Р

tN u

t - начальное и койечное время регистрации инди—

Сц

Очф т(чек) Составитель В. Филатова

Редактор . К. Лембак Текред Л. Пекарь Корректор Л. Иван

Заказ 400/45

Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4 радиус капилляра,м;

Функция распределения времени пребывания индикатора в капилляре; время, c„ касательное напряжение, н/м градиент давления, н/м в

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 399764, кл. G 01 и 1/02, 1972.

2. Милдман С. Течение полимеров. М., "Мир", 1971, с. 24 (прототип) .