Способ определения предельного напряжения сдвига вязкопластичной среды Советский патент 1990 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к исследованию свойств текучих вязкопластичных сред, в частности к определению реологических параметров структурированных жидкостей, и может быть использовано при определении предельного напряжения сдвига волокнистых суспензий.

Цель изобретения - обеспечение точности определения при исследовании волокнистой суспензии.

1 Согласно способу определения предельного напряжения сдвига вязкоплас- тичной среды, включающему погружение в среду пуансона под действием нагрузки, фиксирование глубины погружения и расчет предельного напряжения сдвига по величине нагрузки и площади погруженной в среду поверхности пуансона,

погружают пуансон, выполненный по крайней мере в верхней части в виде полусферы, а величину нагрузки определяют при полном погружении пуансона.

На фиг.1-3 схематически представлено устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит пуансон 1 со штоком 2, систему 3 фиксирования погружения пуансона 1 и емкость 4, заполненную исследуемой средой.

Пуансон 1 может быть выполнен в виде пустотелого или сплошного шара или в виде полусферы в верхней части и тела вращения любой формы, например конуса - в нижней части. Устройство содержит также загрузочное приСП

ОЭ Ф ND

0 1

способление 5 для подачи внутрь пуансона материалов, обеспечивающих регулирование нагрузки на пуансон 1. Устройство может быть снабжено грузовой площадкой 6, закрепленной на штоке пуансона.

Суспензия волокон (целлюлозы, древесной массы или макулатуры) при концентрации 1-3% заливается в ем- кость. Пуансон в застопоренном состоянии устанавливается таким образом, чтобы его нижняя часть касалась поверхности суспензии. Затем отпускает- ся стопор и подается нагрузка до тех | пор, пока пуансон почти полностью не погрузится в суспензию. В этом состоянии фиксируется глубина погружения пуансона и его вес вместе с нагрузкой По полученным данным рассчитывают пре- дельное напряжение сдвига. Для шарового пуансона:

где ДС - вес шарового пуансона вместе с нагрузкой за вычетом силы Архимеда,

Относительная ошибка при определении предельного напряжения сдвига при помощи конического пуансона определяется как

(-)

2Јh h

где hh - глубина погружения коничес-35

кого пуансона;

&h - ошибка измерения глубины погружения.

Относительная ошибка определения

40

предельного напряжения сдвига предла-

гаемым способом шаровым пуансоном (фиг.2) определяется как

4л h 7T-R

2АЪ

R

где &Ъ - ошибка измерения глубины погружения пуансона; Gflh /R - hu/);

R радиус шарового пуансона. Сравнивая полученные выражения и

% R

полагая, что hk 2R,

0,1,

получаем:

1,75.

Q Q

5

0

5

0

45

50

5

Относительная ошибка определения f0 предлагаемым способом примерно в 1,5 раза меньше, чем известным способом. Уменьшение ошибки при использовании предлагаемого способа достигается за счет того, что в верхней части сферической поверхности пуансона составляющая напряжения сдвига направлена почти горизонтально и чем больше погружена сферическая часть пуансона, тем меньший вклад вносит оставшаяся часть в величину силы сопротивления погружению пуансона. В случае конического пуансона, чем больше погружен последний, тем больший вклад касательной составляющей напряжения сдвига вносится в силу сопротивления погруженного пуансона.

Пример 1. Определяли предельное напряжение сдвига суспензии небеленой сульфатной целлюлозы при концентрации 1% и температуре 20 С. Использовали пустотелый шаровой пуансон с диаметром шара 40 мм. Нагрузку в шаровой пуансон подавали в виде стальных шариков размером 1 мм через полый шток диаметром 2 мм. Глубину погружения пуансона фиксировали с помощью оптической системы. Измерение повторяли 10 раз. По полученным данным находили среднее значение предельного напряжения сдвига и относительную ошибку измерения. Получили следующие данные:

Предельное напряжение

сдвига, Па8,1

Относительная ошибка

измерения, %12,8

Пример 2. Осуществляли аналогично примеру 1. Использовали конический пуансон с углом при вершине 60°. Нагрузку подавали на грузовую площадку. Получили следующие данные:

Предельное напряжение

сдвига, Па5,8

Относительная ошибка

измерения, %,2

Пример 3. Определяли предельное напряжение сдвига суспензии беленой сульфатной целлюлозы при концентрации 1,6% и температуре 20°С. Использовали шаровой пуансон диаметром 40 мм. Нагрузку подавали на грузовую площадку. Порядок проведения опыта и обработки результатов измерений аналогичен примеру I. Получили следующие данные:

Предельное напряжение сдвига, Па60,4

Относительная ошибка измерения, % 8,6 Пример 4. Осуществляли аналогично примеру 3: Использовали конический пуансон с углом при вершине 45°. Получили следующие результаты: Предельное напряжение сдвига, Па58,2

Относительная ошибка измерения, %12,3

Пример 5. Определяли предельное напряжение сдвига суспензии макулатуры марки МС-3 при концентрации 3% и температуре 20°С. Опыт осуществляли аналогично примеру 3. Получили следующие результаты: Предельное напряжение сдвига, Па86,4

Относительная ошибка измерения, %11,6

Пример 6. Осуществляли аналогично примеру 5. Использовали конический пуансон с углом при вершине 45°. Получили следующие результаты:

0

5

0

5

Предельное напряжение

сдвига, Па80,5

Относительная ошибка

измерения, %12,8

i

Предлагаемый способ обеспечивает точность определения при исследовании волокнистой суспензии.

Формула изобретения

Способ определения предельного напряжения сдвига вяэкопластичной среды, включающий погружение в среду пуансона под действием нагрузки, фиксирование глубины погружения и расчет предельного напряжения сдвига по величине нагрузки и площади погруженной в среду поверхности пуансона, отличающийся тем, что, с целью обеспечения точности определения при исследовании волокнистой суспензии, погружают пуансон, выполненный по крайней мере в верхней части в виде полусферы, а величину нагрузки определяют при полном погружении пуансона.

Изобретение касается исследования свойств текучих вязкопластичных сред, в частности определения реологических параметров структурированных жидкостей, и может быть использовано при определении предельного напряжения сдвига волокнистых суспензий. Цель изобретения - обеспечение точности определения при исследовании волокнистой суспензии. Достигается это тем, что в способе определения предельного напряжения сдвига вязкопластичной среды, включающем погружение пуансона под действием нагрузки, фиксирование глубины погружения и расчет предельного напряжения сдвига по величине нагрузки и радиусу погруженной в среду поверхности пуансона, погружают пуансон, выполненный по крайней мере в верхней части в виде полусферы, а расчет предельного напряжения сдвига производят по величине нагрузки, определенной после полного погружения пуансона. 3 ил.

&I.f

А

ve.l