Способ определения вязкости материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N11/00 

1

(21)4363048/31-25

(22)13.01.88

(46) 15„03,90. Бюл. № 10

(71)Отделение Института химической физики АН СССР

(72)А0Е. Солохненко, В,И0Кукушкин, и А0МоСтолин

(53)532.137 (088„8)

(56)Белкин И0М„ и др. Ротационные приборы. М„: Машиностроение, 1968.

Авторское свидетельство СССР № 200309, кл. G 01 N 11/14, 19660

(54)СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ «МАТЕРИАЛОВ

(57)Изобретение относится к определению и исследованию реологических свойств материалов, в частности к определению вязкости, по их реакции на сдвиговое деформирование между коаксиальными цилиндрическими рабочими поверхностями в условиях термогидродинамического равновесия и при

изотермичности одной и адиабатичнос- ти другой поверхности. Цель изобретения - повышение точности определения вязкости материалов за счет вве-1 дения температурной поправки. Определяют зависимость вязкость - температура на основе опыта через опредапе- ние превышения температур среднего слоя в неизотермическом течении с учетом теплофизических свойств материала, геометрических размеров слоя и интенсивности энергии деформирования, определяют характерные температуры состояний неизотермического течения и параметров ориентировочной зависимости вязкость - температура, определяют температуру реального течения с учетом корректирующего влияния зависимости вячкость - температура. Предложенная совокупность операций позволяет повысить точность определения вязкости материалов до 2%0 1 таблс

9

Изобретение относится к определению и исследованию реологических свойств материалов, в частности определению вязкости, по их реакции на сдвиговое деформирование между коаксиальными цилиндрическими рабочими поверхностями в условиях термогидродинамического равновесия и при изотермичности одной и адиабатичности другой поверхности. Цель изобретения - повышение точности определения вязкости материалов за счет введения температурной поправки. Определяют зависимость вязкость - температура на основе опыта через определение превышения температур среднего слоя в неизотермическом течении с учетом теплофизических свойств материала, геометрических размеров слоя и интенсивности энергии деформирования, определяют характерные температуры состояний неизотермического течения и параметров ориентировочной зависимости вязкость - температура, определяют температуру реального течения с учетом корректирующего влияния зависимости вязкость - температура. Предложенная совокупность операций позволяет повысить точность определения вязкости материалов до 2%. 1 табл.

Изобретение относится к исследованию и измерениям реологических характеристик материалов и может использоваться в частности для определения вязкости ньютоновских материалов преимущественно жидкостей.

Целью изобретения является повышение точности определения вязкости материалов за счет введения температурной поправки.

При сдвиговом деформировании материала между коаксиальными цилиндрами, например, в ротационных васкози- метрах вязкость при заданной температуре определяется по крутящему мо менту и относительной круговой частоте вращения рабочих поверхностей цилиндров с учетом фактора формы испытуемого материала.

Диссипация энергии в процессе деформирования материала приводив к повышению температуры течения слоев Реальная температура Т; течения материала определяется путем введения температурной поправки &Тц : Т, Тц + ДТ1; , где Т ц - температура цилиндра.

Температурная поправка определяет- ся из двух или более измерений при разных температурах, причем в опытах поддерживается постоянство диссипации, энергии в единицу времени путем изменения относительной скорости вращения рабочих поверхностей цилиндров. Так как выделяемая энергия в единицу времени ньютоновских сред пропорциональну крутящему моменту, то в опытах поддерживается постоянство момента. Температура в опытах изменяется в относительно узком интервале температур, в котором сохраняется постоянство теплофизических характеристик испытуемого материала: теплопроводное- ти, теплоемкости и температуропроводности, например, в пределах 20-50°С,

Температурная поправка определяется из зависимости

п

итоцк;/т;х+1)

слоя, напряжения сдвига

Јо,

р

радиуса ротоРа Rp удельной интенсивности тепло- - gT/M3f и вязкости Ч0 ,

35

гп П

Lo i

выделения q, u-r/w , определяемой из соотношения 0- const, где п - показатель степени, из параметров деформирования по крутящему моменту и частоте вращения1; Т0; Тп + UT0j- Тпл - характерная40

температура течения материала, определяемая с учетом температуры плавления ТПЛ и поправки к температуре

т Lo

еизотермического течения;

0,375 -г--- вычисляемой из иненсивности диссипативншх потерь W, с учетом теплопроводности материала и геометрических факторов - толщины слоя о и поверхности среднего слоя F, представляющей собой превышение температуры среднего слоя материала над температурой цилиндра; RU - радиус цилиндра; /Rc

кг

- 1/Кц

(с +R|)(I 1 )

RpRu,RpRU;

геометрическая постоянная.

В узком диапазоне температур известное соотношение Ј const справедливо и из него определяется показатель степени п.

Температурная поправка &Т составляет (0,9+1) &ТГ-- поправки к температуре неизотермического течения0 Температурная поправка ДТТ; существенно нелинейна интенсивности деформирования и получена из пропорциониро- вания градиентов температур в среднем слое соответствующим поправкам

, JQ 20

15 &Т0;(Ј const и ATi;/f f(T),

Q 0

Определение вязкости производят после проведения подготовительных работ.

Поиск или определения Л , Тпл ,

,R

5

0

5

0

5

0

5

определения Kj, величины (--) и др„

Ru,

Порядок операций в определении взякости следующий.

Определение вязкости в неизотерми„ „ м;

ческом течении уп г

О1(д/J

Определение величин ДТ0; 0,375х W; §

ч -я™ , целесообразности последующих

операций (при 2°С. Т; Т +

+ ы0;)°

Определение характерных температур течения Т0; Тц + &Т0; + Tnfto

Определение показателя степени п из равенства

, . тЛ - У) ТПtot i 60,ni Ao,i-n .

Определение поправки в реальном ( Ј; Ј const) неизотермическом течении bTj; .

Определение температуры реального неизотермического течения Т; Т + UTj-; для вязкости 0; . ,

Пример, Производили измерения вязкости на ротационном приборе, реализующем изотермический способ. Исходные данные: Ј 2625 мм; К 0,09086 1/м}, Материал - касторовое масло. ТПЛ -18°С; F .

Данные измерений сведены в табли- ЧУ.

При заданной интенсивности деформирования -v 0,6 Вт/см3 превышение темслоя над Tu coc-

в неизотермическом

I

течении и без учета теплового эффекта ошибка в определении вязкости составит 40%. С учетом теплового эффекта указанная ошибка остается в пределах 2%, причем в этом случае поправка должна быть определена из уравнения

М,

1-(тп

1 v -оц 1 ос

, Ц

RCT /RU+I) к/v,

01

-(R /Ru+ Kt

9,8°С,

так как & Тг; &Т05 , поправка UT0 9°С велика. Таким образом, в данном случае поправка Tj примерно на 10 выше ДТ0 и этой величиной пренебрегать недопустимо.

Как видно из таблицы относительная погрешность измерений при удельной интенсивности всего qv&0,l Вт/ /см3 улучшилась с 11 до 1,5%.

Способ дает возможность определять границы применимости расчетных зависимостей изотермического течения для неизотермических течений сопровождающихся существенным тепловыделением, без ущерба для заданной точности измерений и может быть использован при разработке приборов и стандартизации измерений

Формула изобретения

Способ определения вязкости материалов по реакции на сдвиговое дефор мирование между коаксиальными цилинд рическими рабочими поверхностями в условиях термогидродинамического рав новесия при изотермнчности одной из рабочих поверхностей и адиабатичнос- ти другой, включающей определение вязкости по крутящему моменту при за данной скорости вращения рабочей поверхности с учетом температуры материала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, крутящий момент измеряют в интервале температур жидкого состояния материалов при нескольких темпе

ратурах в условиях постоянства дис- сипативных потерь, а температуру Т; материала определяют из уравнения Т; Тц+ ДТГ; , где Тц - температур ра цилиндра,°С; Ы1; - температурная поправка, которую определяют из соотношения

,

10

ЬТГ1 &Т0;

-(Т.Х

/т.

Oi Ц

+1) KI

1-(Нс/Нц + О Кг

5

где Rc Ггс р

R Кр

п

01

ер

-радиус среднего слоя, м;

-напряжение сдвига, Па;

-радиус ротора, м;

-удельная интенсивность тепловыделения, Вт /мэ;

25

-В| .,. „.,.,

Rp Кц RpR4

геометрическая постоянная; Нц - радиус цилиндра, м; Тоц Тц- Тпл - характерная температура цилиндра,°С; Тпд- температура плавления материала,

С; ДТ0. 0,375

н±Ј

F

поправка

40

45

к температуре неизотермического течения при постоянной вязкости; W; - диссипативные потери, Вт; О - толщина слоя материала, м; - теплопроводность материала,

Вт/м град;

F - поверхность среднего слоя, м; 0; - вязкость в неизотермическом течении, определяемая по крутящему моменту и частоте вращения из зависимости const;

50

01 п + То1 тпл

п - показатель степени, определяемый из зависимости fp; T j const для интервалов 20-50К0

55

Ol

28 39978 0,464 0,52 10,8 3,05 0,1791,6 46 47,6 1,63 3,62 29,6 0,522 +0,380,113 g

47 210 139 0,13730,152 10,6 0,1767 1,5565 65,55 1,583,6248,550,15 -1,50,1

Примечание: Т,1 - температуры неизотермического течения, определены при const,

так как ATQ- мал0, т0е„ Тг- Тц + ДТ0; .