Способ определения динамической вязкости жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01N11/14 

СО

с

Изобретение относится к технике измерения вязкостных характеристик жидкостей, в частности к ротационным вискозиметрам. Способ заключается в помещении исследуемой жидкости в неподвижный наружный цилиндр, вращении внутреннего цилиндра, замере крутящего момента и. последующем расчете коэффициента динамической вязкости. При этом перед вращением внутренний цилиндр перемещают с постоянной скоростью поступательно относительно соосно расположенного наружного цилиндра в направлении оси с фиксацией усилия перемещения и положения внутреннего цилиндра и определяют величину пьезокоэффициента вязкости и коэффициент динамической вязкости. 1 ил

Изобретение относится к технике измерения вязкостных характеристик жидкостей, в частности, к ротационным вискозиметрам,

Известен способ определения вязкости с помощью соосно-цилиндрических (ротационных) вискозиметров. Исследуемую жидкость помещают в зазор между двумя вертикально расположенными соосно цилиндрами 1, при этом фиксируется крутящий момент. По известному крутящему моменту, для заданных размеров цилиндров и известной угловой скорости вращения, определяется вязкость исследуемой жидкости.

Недостатком известного способа является недостаточная точность определения коэффициента вязкости. При реализации способа вискозиметр помещается в жидкость, которая заполняет зазор между подвижным и неподвижным цилиндрами. Расчет вязкости при этом по известным

формулам приведет к значительной погрешности из-за неучета течения исследуемой жидкости на торце подвижного цилиндра.

Способ определения динамической вязкости жидкости, включающий в себя помещение исследуемой жидкости в неподвижный наружный цилиндр, вращение внутреннего цилиндра, замер крутящего момента и последующий расчет коэффициента динамической вязкости 2, выбран за прототип,

Недостатком прототипа является возможность определения только динамической вязкости. Кроме динамической вязкости к вязкостным характеристикам относят пьезокоэффициент вязкости, который определяет влияние давления в жидкости на ее динамическую вязкость в соответствии с формулой /и ju о е р , где /J 0 вязкость при атмосферном давлении, а- пьезокоэффициент вязкости, р - давление в

жидкости. Знание пьезокоэффициента вязкости необходимо для жидкостей, работающих в условиях повышенных давлений, например смазок при обработке металлов давлением, смазок в парах трения и т.п.

Цель изобретения - дополнительное определение пьезокоэффициента вязкости и повышение точности определения вязкости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения вязкостных характеристик, основанному на помещении исследуемой жидкости в неподвижный наружный цилиндр, вращении внутреннего цилиндра, замере крутящего момента и последующем расчете коэффициента динамической вязкости, перед вращением внутренний цилиндр перемещают с постоянной скоростью поступательно относительно соосно расположенного наружного цилиндра в направлении оси с фиксацией усилия перемещения и положения внутреннего цилиндра, величину пьезокоэффициента вязкости при этом определяют из решения уравнения

(

где а- пьезокоэффициент исследуемой жидкости;

vo - скорость поступательного перемещения внутреннего цилиндра;

Hi - высота кольцевого зазора; }i о - коэффициент динамической вязкости исследуемой жидкости при атмосферном давлении

М (RH2 Ro2)ln |-й - (RH2 - Ro2),

К о

Р - усилие перемещения внутреннего цилиндра;

RO - радиус внутреннего цилиндра;

RH - внутренний радиус наружного цилиндра,

а коэффициент динамической вязкости определяют по формуле

м

КО

ТП

« + 2Н„/Ј„Ј)

по

где Мкр - крутящий момент, прикладываемый к внутреннему цилиндру;

(О- угловая скорость вращения внутреннего цилиндра;

FO - площадь сечения внутреннего цилиндра;

На - расстояние от торца внутреннего цилиндра до дна наружного цилиндра.

На чертеже изображена схема реализации способа.

Сообщение внутреннему цилиндру поступательного движения с постоянной скоростью относительно соосно расположенного наружного цилиндра в направлении оси вискозиметра приводит к

увеличению давления в объеме жидкости, заполняющей неподвижный цилиндр вискозиметра. Давление будет увеличиваться по мере опускания внутреннего цилиндра, при этом жидкость начнет вытесняться изпод внутреннего цилиндра через кольцевой зазор. Увеличению давления соответствует определенное усилие сопротивления жидкости, которое зависит от вязкостных харак- теристик жидкости, геометрических

соотношений вискозиметра. Из закономерностей течения исследуемой жидкости в кольцевом зазоре определяется распределение скорости vx течения жидкости в кольцевом зазоре

v,

&in/R

fnP

StisrW-usSr.

где dp/dx - градиент давления жидкости в направлении оси вискозиметра; г - текущая координата. Определяя расход жидкости через произвольное по высоте сечение кольцевого за- зора

2Я RH

q / J vxrdrdp(2)

о R о

после подстановки выражения (1), интегрирования и упрощений, находят градиент давления dp/dx. Выражение для градиента dp/dx интегрируется относительно р с учетом изменения вязкости от давления

.(3)

после решения дифференциального уравнения и определения постоянной интегрирования из граничного условия р|Х - о О определяют распределение давления по высоте кольцевого зазора, которое при х Hi

дает давление жидкости под внутренним цилиндром вискозиметра. Суммируя давление по площади цилиндра и касательные напряжения, действующие на поверхности внутреннего цилиндра, находим условие сопротивления поступательному перемещению внутреннего цилиндра, из которого получается уравнение для определения пьезокоэффициента вязкости

«Wtp0 l l}-e- P№(

При проведении исследований замеряется р как функция переменного Hi. Максимальное значение р будет соответствовать максимальному Hi.

На второй стадии испытаний дается выдержка по времени в течение 3-5 с для выравнивания давления под внутренним цилиндром и производится вращение внутреннего цилиндра по аналогии с прототипом. При этом фиксируется крутящий момент, который складывается из момента на преодоление сопротивления вязкого течения в кольцевом зазоре МКр1 и момента на преодоление сопротивления вязкого течения в донной части вискозиметра МКр2- Из закономерностей течения жидкости рассчитываются МКр1 и МКр2, находится суммарный момент, через который определяется динамический коэффициент вязкости

м

КР

cOF0(,,,-)

С помощью формулы (5) определяется динамическая вязкости, после подстановки в уравнение (4) и его решения определяется пьезокоэффициент вязкости исследуемой жидкости.

Пример. Исследовались вязкостные характеристики минерального масла инду- стриального-20 (веретенное-3). Масло при температуре 25°С залили в наружный цилиндр вискозиметра с RH 52 мм, затем установили внутренний цилиндр с Но 50 мм и стали перемещать его поступательно со скоростью v 0,1 м/с. Масло начало выдавливаться в кольцевой зазор, по мере опускания усилие стало возрастать и в конечной стадии сдавливания оказалось рав- ным Р 245 Н, Этому усилию соответствовало Hi 50 мм и На 50 мм. Движение внутреннего цилиндра прекратили, после выдержки 5 с усилие Р снизилось до нуля, что свидетельс.твовало о выравни- вании давления под внутренним цилиндром. Вращение внутреннего цилиндра со скоростью tw 10 привело к возникновению Мкр 0,0162 Н м. Зафиксировав Р и Мкр, выполнили расчет динамической вяз- кости р о - 8 х Па -с, после подстановки в уравнение и его решения получили значение пьезокоэффициента вязкости а 25хЮ 9м2/Н.

По сравнению с известными способами определения вязкостных характеристик изобретение позволяет определить не только коэффициент динамической вязкости

жидкостей, но и значение пьезокозффици- ента вязкости; повысить точность определения динамической вязкости путем учета влияния донной части вискозиметра. Формула изобретения

Способ определения динамической вязкости жидкости, включающий в себя помещение исследуемой жидкости в неподвижный наружный цилиндр, вращение внутреннего цилиндра, замер крутящего момента и последующий расчет коэффициента динамической вязкости, о т- личающийся тем, что, с целью дополнительного определения пьезокоэф- фициента вязкости и повышения точности

определения вязкости, перед вращением внутренний цилиндр перемещают с посто- янной скоростью поступательно относительно соосно расположенного наружного цилиндра в направлении оси вискозиметра

с фиксацией усилия перемещения и положения внутреннего цилиндра, величину пьезо- коэффициента вязкости при этом определяют из уравнения

где а- пьезокоэффициент вязкости исследуемой жидкости;

vo - скорость перемещения внутреннего цилиндра;

Hi - высота кольцевого зазора; ц о коэффициент динамической вязкости исследуемой жидкости при атмосферном давлении

М (Rr2 + R02)ln - (RH2 - R02); к о

Р - усилие перемещения внутреннего цилиндра;

RO - радиус внутреннего цилиндра;

RH - внутренний радиус наружного цилиндра;

а коэффициент динамической вязкости определяют по формуле

м

КР

еОРв(2/2Нг 2Н„/ | -;

где Мкр - крутящий момент, прикладываемый к внутреннему цилиндру;

о)- угловая скорость вращения внутреннего цилиндра;

Нг - расстояние от торца внутреннего цилиндра до дна наружного цилиндра;

FO - площадь сечения внутреннего цилиндра.