Способ определения реологическихСВОйСТВ жидКОСТЕй Советский патент 1981 года по МПК G01N11/08 

1

Изобретение относится к капиллярной вискозиметрии и может найти применение при определении реологических свойств ньютоновских и неньютоновских жидкостей, суспензий, эмульсий, растворов и расплавов .

Известно устройство для исследования реологических свойств полимерных материалов, в котором реализован способ, позволяющий определять профиль скорости потока пластмассы по деформации в полости цилиндра подкрашенного материала 1.

Недостатком устройства является сложность конструкции его и длительность измерений, связанных с остановкой потока, выделением из него деформированного столбика подкреаиенного материала, построения профиля скорости и его численного или графического дифференцирования для определения зависимости градиента скорости от касательных напряжений.

Наиболее близким техническим решением является способ капилярной вискозиметрии жидкостей, осно- . ванный на измерении зависимости расхода жидкости при прохождении через

капилляр от градиента давления и позволяющий по формуле ВейссеябергаРабиновича-Муни перейти к зависимости градиента скорости на стенке капилляра от касательных напряжений 1.2 J.

Однако определение реологической кривой течения по этому способу процесс трудоемкий и длитeльный

0 так как требует многочисленных опытов для определения зависимости расхода исследуемой жидкости через капилляр при различных грещиентах давления, построения промежуточного графика зависимости среднего градиейта скорости от касательных напряжений на стенке капилляра и его графического или численного дифференцирования.

Цель изобретения - повышение скорости и упрощение процесса измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения реологических свойств жидкостей, состоящем в измерении градиента давления исследуемой жидкости при прохождении ее через капилляр, на вход капилляра вводят индикатор ,. определяют зависилюсть конщентрации индикатора от времени его пребывания в капилляре и по полученным данным находят зависимость градиента скорости от касательных напряжений по формулам;

«(.fcutdt)VjC tdt/Cut

аг

(Jcutdt

APR. ±H

-nr

Cutdt

tH -градиент скорости, с ; -длина капилляра, м; -ра,диус капилляра, м; -функция распределения времени пребывания индикатора в капилляре, мм; начальное и конечное время функции распределения , с; касательное напряжение градиент давления, н/м Снятие функции распределения времени пребывания и ее использование для определения зависимости градиента скорости от касательных напряжени по предлагаемым формулам упрощает и ускоряет процесс измерения реологических свойств, так как значительно уменьшает число опытов, время проведения экспериментов и обработки экс периментальных данных. Определение реологических свойст жидкостей по предлагаемому способу начинается с измерения градиента да ления и снятия функции распределения времени пребывания. Методика сн тия последней заключается в подаче вход капилляра индикатора (раствора соли, кислоты, радиоактивных изотопов и др.) и автоматической записи на вьргоде из капилляра концентрации его. Затем по известному градиенту давления и функции распределения пребывания, представляквдей собой график зависимости концентрации Си индикатора от времени t, опр деляе1ся зависимость градиента скорости от касательных напряжений по формулам |l.(a:Jj1:utd7)/7cutdt/cuti; а г т Чн н

/Jcutdt

flPR MM TL

J Cutc/t

iH

которые при численном интегрировании преобразуются к виду

(Q §f H-V YzVucptcputj-VxCucptcpAt/Cut (1) IWiiji4м H XCucp J. Cucp tepAt Пример. По предлагаемому способу проводят измерение реологических свойств 5% раствора карбоксиметилцеллюлозы в воде. Для этого при течении раствора в капилляре длиной 1 м и внутренним диаметром 4 мм при перепаде давления 65 мм вод.ст. снимают функцию распределения времени пребывания (см.чертеж) по известной методике. В начало капилляра вводят в качестве индикатора 1 мл насыщенного поваренной солью того же раствора карбоксиметилцеллюлозы, затем концентратомером, установленным на выходе из капилляра, автоматически измеряют концентрацию частиц индикатора и вычерчивают график функции распределения времени пребывания. Градиент давления рассчитывают по .формуле 64140 X 10 9,81, где Н показания чашечного водяного дифманометра, Н 64 мм вод.ст.; р 1000 кг/м - плотность воды; „ 9,81 М/с - ускорение свободного падения. Функцию распределения времени пребывания разбивают на интервалы сначала через 2 с, затем через 10 с и в каждой точке разбиения определяют соответствующую ей концентрацию Си в миллиметрах. Результаты измерений приведены в таблице

125 178 26 154 14870 14,25 0,263

227 140 28 122,5 20570 16,65 0,301

8000 9,7 0,189

tcput 89430 н

де Су - функция распределения времени пребывания;

Сиср среднее значение функции Си в интервале; среднее значение времени

ср в интервале;

t - время;

at - интервал разбиения времени ;

dv - градиент скорости; dr.

- касательное напря/хение. В таблице представлены результаты

dV асчетов градиента скорости - по

ормуле (1), а также - касательньк напряжений f по формуле (2).

Так как L 1 м, R 2д10 м,

tdV

XCucptcpAt 89430, то jp

ч

2,99 loVjCucptcpAt/Cut /

н в рассматриваемом примере

-а

628 н/м,

R 2 10 м;

tH

тогда С- 2,1 loV CueptcpAt /М н

В том же капилляре проведена серия опытов по определению зависимости расхода жидкости от градиента давлений, по методике., соответствующей известному способу: устанавливается расход жидкости д по ротаметру и определяется соответствующий ему напор Н по чашечному дифмано-. 1метру.

Продолжение таблицы

.Использование предлагаемого способа по сравнению с известным при равной точности дает возможность значительно уменьшить число необходимых опытов, упрощает расчеты, так как не требует построения промежуточного графика и его графического или численного дифференцирования,облегчает определение вискозиметрической кривой течения и ускоряет процесс проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных в 4-5 раз.

Формула изобретения

Способ определения реологических свойств жидкостей, состоящий в измерении градиента давления исследуемой жидкости при прохождении ее через капилляр, отличающийся тем, что, с целыа повышения скорости

и упрощения процесса измерений,

на вход капилляра вводят индикатор, определяют зависимость концентрации индикатора от времени его пребывания в капилляре и по полученным данным находят зависимость градиента cjcopocTH от касательных напряжений по формулам: ,

f,та./| .

Г

др,, MCu-tdt

IK jCutdt

f r..

tu

-4

dV dr L

-градиент скорости, с

где

-длина капилляра, м;

-радиус капилляра,м;

-функция распределения времени пребывания индикатора в капилляре;

-время, с;

-касательное напряжение,

/ Л

-градиент давления, н/м ;

IH и Гц- начальное и конечное

время регистрации инди20

го Va КО во т fWtK tfffx)

ч

катора на выходе капилляра/ с.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Милдман С. Течение полимеров. М., Мир, 1971, с... 24 (прототип).