СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ВЯЗКОСТИ Российский патент 2011 года по МПК G01N11/14 

Описание патента на изобретение RU2428675C1

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.

Похожие патенты RU2428675C1

название год авторы номер документа
ИНЕРЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ 2022
  • Корнаева Елена Петровна
  • Корнаев Алексей Валерьевич
  • Стебаков Иван Николаевич
  • Дрёмин Виктор Владимирович
RU2789667C1
РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР 2016
  • Редников Сергей Николаевич
RU2620332C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА КРОВИ 2014
  • Парфенов Александр Сергеевич
RU2570381C1
Ротационный вискозиметр 1977
  • Ян Александр Иннокентьевич
  • Чистяков Александр Павлович
  • Пахаренко Валерий Александрович
  • Одинец Вадим Сергеевич
  • Сидорко Игорь Витальевич
SU746251A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЛАСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ЭЛАСТИЧНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ТИКСОТРОПНЫХ СРЕД (ВАРИАНТЫ) 1995
  • Ахатов И.Ш.
  • Ковалева Л.А.
  • Кудашева Ф.Х.
  • Гимаев Р.Н.
  • Хасанов М.М.
RU2102718C1
Ротационный вискозиметр 1976
  • Иванова Лидия Васильевна
  • Макарова Евгения Васильевна
  • Никифоров Виктор Петрович
  • Карсетов Юрий Семенович
SU602824A1
Реовискозиметр 1979
  • Мейнцер Герберт Петрович
  • Шейх-Али Давлет Мухамеджанович
SU930074A1
Способ определения реологических параметров дисперсных систем 1984
  • Гончаров Семен Иванович
  • Казанов Юрий Константинович
  • Никитенко Александр Васильевич
SU1244568A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ СУСПЕНЗИЙ 2006
  • Шмигидин Юрий Исаевич
RU2343452C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕЛИНЕЙНО-ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2012
  • Уразметов Шамиль Флюрович
  • Краев Владимир Петрович
  • Веревкин Александр Павлович
  • Кирюшин Олег Валерьевич
  • Скатов Константин Борисович
RU2500997C1

Реферат патента 2011 года 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.

Формула изобретения RU 2 428 675 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2428675C1

RU 94037914 A1, 27.08.1996
РОТАЦИОННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ 2002
  • Суслин М.А.
  • Дмитриев Д.А.
RU2244285C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ СУСПЕНЗИЙ 2006
  • Шмигидин Юрий Исаевич
RU2343452C2
US 5987970 A, 23.11.1999.

RU 2 428 675 C1

Авторы

Юсупов Ильгис Вагизович

Енейкина Татьяна Александровна

Шарафутдинов Валерий Фахруллович

Михайлов Юрий Михайлович

Гатина Роза Фатыховна

Хацринов Алексей Ильич

Арутюнян Андрей Саркисович

Даты

2011-09-10Публикация

2010-01-19Подача