- •8 Экспериментальное измерение реологических свойств ньютоновских и неньютоновских жидкостей
- •8.1 Закономерности течения ньютоновских жидкостей
- •8.1.1 Течение Куэтта
- •8.1.2 Ньютоновские жидкости
- •8.1.3 Изотермическое ламинарное движение ньютоновской жидкости в круглой трубе под действием постоянного перепада давления
- •8.1.3.1 Особенности течения ньютоновской жидкости в круглой трубе
- •8.1.3.2 Вычисление профиля скорости установившегося течения ньютоновской жидкости в круглой трубе
- •8.1.3.3 Вычисление средней скорости и расхода ньютоновской жидкости при течении в круглой трубе
- •8.1.4.1 Вычисление профиля скорости течения ньютоновской жидкости в зазоре между цилиндрами
- •8.1.3.4 Распределение касательного напряжения по радиусу при течении ньютоновской жидкости в круглой трубе
- •8.1.4.2 Распределение касательного напряжения по радиусу при установившемся ламинарном течении ньютоновской жидкости в зазоре между коаксиальными цилиндрами
- •8.2 Закономерности течения неньютоновских жидкостей
- •8.2.1 Примеры неньютоновских моделей текучих систем
- •8.2.1.1 Вязкопластичные жидкости Шведова-Бингама
- •8.2.1.1.1 Кривые течения вязкопластичных жидкостей
- •8.2.1.1.2 Коэффициент пластической вязкости жидкости
- •8.2.1.1.3 Кажущаяся вязкость жидкости
- •8.2.1.1.4 Течение вязкопластичной среды Шведова-Бингама в круглой трубе
- •8.2.1.2 Степенное реологическое уравнение состояния
- •8.2.1.2.1 Краткие сведения о реологических свойствах красок
- •8.2.1.2.2 Достоинства и недостатки степенного закона
- •8.2.1.2.3 Течение в круглой трубе неньютоновских жидкостей, подчиняющихся степенному закону Оствальда
- •8.2.1.3 Типичные кривые течения и основные эмпирические модели неньютоновских жидкостей [33]
- •8.1 Основные модели псевдопластичных (нелинейновязких) сред для одноосного сдвигового течения [33]
- •8.2 Основные модели вязкопластичных сред для одноосного сдвигового течения [33]
- •8.3 Методы и устройства для измерения вязкости ньютоновских жидкостей и реологических характеристик реостабильных неньютоновских жидкостей
- •8.3.1 Вискозиметрические приборы, применяемые для контроля показателей качества процессов, продукции, полупродуктов и сырья в промышленности
- •8.3.1.1 Вискозиметрические воронки
- •8.3.1.2 Капиллярные вискозиметры
- •8.3.1.3 Вискозиметры с падающим шариком
- •8.3.1.4 Пузырьковые вискозиметры
- •8.3.1.5 Ротационные вискозиметры
- •8.3.1.6 Недостатки промышленных вискозиметрических приборов
- •Различных неньютоновских жидкостей:
- •8.3.2 Вискозиметрические приборы для научных исследований
- •8.3.2.1 Капиллярные вискозиметры для научных исследований
- •8.3.2.1.1 Устройство капиллярного вискозиметра для научных исследований
- •8.3.2.1.2 Порядок проведения эксперимента с применением капиллярного вискозиметра (рис. 8.12)
- •1 Подготовка капиллярного вискозиметра к проведению эксперимента:
- •2 Проведение эксперимента с целью определения одной точки кривой течения исследуемой жидкости:
- •3 Завершение экспериментов или переход к экспериментальному исследованию новой жидкости:
- •8.3.2.1.3 Методика обработки экспериментальных данных, полученных с помощью капиллярного вискозиметра
- •Вычисление консистентных переменных p и V по экспериментальным данным, полученным с применением капиллярного вискозиметра
- •Вычисление кажущейся, эквивалентной и эффективной вязкостей по данным, полученным с применением капиллярного вискозиметра
- •Методика построения кривой течения для неньютоновских жидкостей по экспериментально определенной зависимости
- •Определение параметров k и n степенного закона Оствальда по данным вискозиметрических измерений
- •8.3.2.2 Ротационные вискозиметры для научных исследований
- •8.3.2.2.1 Ротационные вискозиметры с чувствительным преобразователем типа цилиндр-цилиндр Конструкции ротационных вискозиметров с чувствительным преобразователем в виде пары соосных цилиндров
- •Порядок проведения экспериментов с применением ротационных вискозиметров с преобразователем типа цилиндр-цилиндр
- •1 Подготовка ротационного вискозиметра к работе:
- •2 Проведение эксперимента с целью определения координат точек кривой течения исследуемой жидкости:
- •3 Завершение экспериментов или переход к исследованию новой неньютоновской жидкости:
- •Методика обработки экспериментальных данных, полученных с помощью ротационного вискозиметра с преобразователем типа цилиндр-цилиндр
- •Методика обработки экспериментальных данных, полученных с применением ротационного вискозиметра с чувствительным преобразователем типа диск-конус
8.3 Методы и устройства для измерения вязкости ньютоновских жидкостей и реологических характеристик реостабильных неньютоновских жидкостей
В настоящее время в производственных условиях и при выполнении научно-исследовательских работ применяют разнообразные методы и средства (приборы, устройства) для измерения вязкости и реологических характеристик как ньютоновских, так и неньютоновских жидкостей.
8.3.1 Вискозиметрические приборы, применяемые для контроля показателей качества процессов, продукции, полупродуктов и сырья в промышленности
Приборы промышленного назначения, как правило, конструктивно просты и являются относительно недорогими. Их простота и дешевизна обусловлены тем, что они предназначены для измерения, в первую очередь, вязкости ньютоновских жидкостей. При контроле качества неньютоновских жидкостей, промышленные вискозиметрические приборы применяют для измерения либо кажущейся, либо эквивалентной, либо эффективной вязкостей. Понятие кажущейся вязкости было введено в п. 8.2.1.1.3, а содержание понятий как эквивалентной, так и эффективной вязкостей будет рассмотрено в п. 8.3.2.1.3.
Данные, полученные с помощью промышленных вискозиметров для неньютоновских жидкостей, редко поддаются строгому анализу и дают, главным образом, ориентировочную (индикаторную) информацию о качестве контролируемого процесса или вещества.
При проведении научно-исследовательских работ применяют более сложные и дорогие приборы для контроля реологических характеристик неньютоновских жидкостей.
8.3.1.1 Вискозиметрические воронки
Наиболее широко для контроля показателей качества процессов, продукции, полупродуктов и сырья (в частности, в лакокрасочной промышленности и при производстве красок на основе пигментов) применяют (см. рис. 8.10, а) так называемые вискозиметрические воронки, обычно выполняемые в виде конуса 1 с калиброванным отверстием 2. Они просты по конструкции и легко очищаются. Вязкость ньютоновской жидкости и консистенция контролируемой неньютоновской жидкости, например, лака или краски, выражается в единицах условной вязкости, представляющих собой время истечения определенного количества жидкости через отверстие воронки.
Например, в технических условиях на одну из автомобильных эмалей приведена характеристика (показатель) качества: условная вязкость по вискозиметрической воронке В3-4 – 24 с. Это означает (см. рис. 8.10, а), что за 24 секунды из открытого отверстия 2 воронки 1 типа В3-4 должно вытечь 100 мл эмали [33].
Данные таких вискозиметрических измерений (с помощью вискозиметра В3-4) не поддаются переводу в точные реологические характеристики [33].
Измерение вязкости воронкой Цана проводится непосредственно в емкостях [33]. Для этого воронка Цана снабжена длинной рукояткой. Время истечения отсчитывается по секундомеру от момента извлечения воронки из резервуара до первого разрыва струи жидкости, вытекающей из отверстия. Воронки могут различаться по размеру и позволяют контролировать качество жидкостей с кажущейся динамической вязкостью µа в пределах 10…200 сантипуаз (спз), что в единицах измерения динамической вязкости в системе СИ соответствует µа = (0,01…0,2) Па∙с.
Воронки Цана применяют для контроля консистенции типографских красок [33].