14.2.2 Принцип реализации измерения

Для определения динамической вязкости  и усилия смятия F_­см существует приспособление, которое предусматривает погружение в студень цилиндрического тела под действием приложенного к нему из вне усилия (на рис. 4). Исследуемым студнем заполняются кюветы кассеты 1, и затем он перерезается проводом 2 под действием приложенной внешней силы F.

Так как студень не обладает однородностью по объему, то целесообразно при постоянной заданной нагрузке контролировать равномерность движения проволоки путем измерения интервалов времени, соответствующих её перемещению на одинаковые расстояния при непрерывном её движении. Если студень однороден, то в соответствии с законом Стокса скорость движения должна быть постоянной. При однородности студня её непостоянство в начале движения проволоки объясняется нестационарностью процесса, то есть разгоном проволоки нагружающим её устройством. Чтобы устранить влияние разгона (скорость движения, надо измерять лишь после прохождения телом некоторого расстояния от начального положения). Проведя измерения скорости движения проволоки при различных нагрузках, можно выявить зависимость скорости погружения тела в исследуемую среду от приложенного к телу усилия. В соответствии с формулой (1) эта зависимость должна быть линейной. Поэтому полученные экспериментальные данные аппроксимируют линейной зависимостью V=a(F-F₀) (рис. 5).

В соответствии с формулой (2) аппроксимирующая прямая должна отсечь на оси абсцисс, по которой отложены значения действующей нагрузки, отрезок, соответствующий F₀ = F_СМ + F_А, то есть сумме усилия смятия и силы Архимеда. Таким образом, усилие смятия F_СМ= F₀ – F_А, а соответствующее ему напряжение смятия .

Разработанный метод измерения динамической вязкости и напряжения смятия целесообразно применять только в определенном диапазоне скоростей перемещения цилиндрического тела. Этот диапазон в первую очередь зависит от массовой концентрации студня. Нижний предел скорости определяется тем, что студни, как правило, неоднородны, и поэтому при приложении малой внешней силы, соответствующей медленному движению, последнее делается неравномерным, а иногда даже скачкообразным. Более того из – за неоднородности студня это движение при местном повышении концентрации студня вообще может прекратиться. Поэтому при малых скоростях повторяемость результатов измерений уменьшается, несмотря на большую точность измерения диапазона времени и перемещения.

Применение больших скоростей ограничивается не турбулентностью потоков, возникающих в среде, как это имеет место при использовании метода Стокса для определения вязкости растворов жидкостей и других веществ, с малой вязкостью, а тем, что за быстродвижущимся телом возникает область малого давления, которая заполняется парами, выделяемыми из студня, что приводит к изменению его свойств. Кроме того, из – за повышенной вязкости на поверхности твердого тела выделяется значительное количество тепловой энергии, что приводит к повышению температуры, а последнее сильно влияет на вязкость студня.