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如何分析非依時(shí)性的非牛頓流體?

作者: 上海倍迎 編輯: Ametek 來(lái)源: Brookfield 發(fā)布日期: 22-12-10
信息摘要:
如何分析非依時(shí)性的非牛頓流體?到目前為止,我們提出的方程將為牛頓流體和非牛頓流體產(chǎn)生精確定義的粘度數(shù) ...

如何分析非依時(shí)性的非牛頓流體

到目前為止,我們提出的方程將為牛頓流體和非牛頓流體產(chǎn)生精確定義的粘度數(shù)據(jù)。對(duì)于牛頓流體,這就是所有必要的分析,因?yàn)榧羟兴俾实淖兓瘜?duì)流體的粘度沒(méi)有影響。

然而,當(dāng)流體是非牛頓流體時(shí),情況就更復(fù)雜了。雖然方程允許完整定義一個(gè)讀數(shù)轉(zhuǎn)子在某個(gè)速度下,用另一個(gè)轉(zhuǎn)子和/或速度獲得的數(shù)字很可能是不同的。哪一組數(shù)字是“正確”的??jī)烧呒?有之!這些不同的數(shù)字是流體流變描述的一部分,因此在分析過(guò)程中必須加以考慮。在本節(jié)中,

 

比率方法

表征和量化非牛頓流動(dòng)的常用方法是計(jì)算在兩種不同速度下(使用相同轉(zhuǎn)子)測(cè)量的流體粘度的比率。這些測(cè)量通常在相差 10 倍的速度下進(jìn)行(例如,2 和 20 RPM、10 和 100 RPM 等),但可以確定任何因素。

在構(gòu)造比率時(shí),應(yīng)將較低速度的粘度值放在分子中,將較高速度的粘度值放在分母中。因此,對(duì)于假塑性(剪切稀化)流體,隨著假塑性行為程度的增加,該比率將超過(guò) 1.0。相反,對(duì)于膨脹(剪切增稠)流體, 隨著膨脹程度的增加,該比率將小于 1.0。

這個(gè)過(guò)程通常被稱為“觸變指數(shù)”。該名稱具有誤導(dǎo)性,因?yàn)樵摫嚷柿炕伺c時(shí)間無(wú)關(guān)的非牛頓行為,?不是觸變性,這是一種與時(shí)間相關(guān)的現(xiàn)象。 5.4 節(jié)詳細(xì)介紹了時(shí)間相關(guān)屬性的分析。

類似的方法無(wú)需計(jì)算粘度,只需使用刻度盤/顯示扭矩讀數(shù)即可得出所謂的“粘度比”:

image 

圖形方法

分析非牛頓流動(dòng)的最基本的圖形方法是繪制粘度與轉(zhuǎn)子速度的關(guān)系圖(對(duì)所有讀數(shù)使用相同的轉(zhuǎn)子)。通常,粘度沿 Y 軸繪制,速度(RPM) 沿 X 軸繪制。所得曲線的斜率和形狀將指示流動(dòng)行為的類型和程度。

 

另一種方法是將粘度計(jì)讀數(shù)(在 X 軸上)繪制為速度(在 Y 軸上)的函數(shù)。如果圖表是在對(duì)數(shù)紙上繪制的,結(jié)果通常是一條直線。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí),線的斜率(表示非牛頓流動(dòng)的類型和程度)及其與 X 軸的截距(表示其屈服值,如果有的話)可以用作經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

當(dāng)剪切速率和剪切應(yīng)力已知時(shí),如圓柱形轉(zhuǎn)子或同軸圓柱幾何形狀, 這些值可以代替上述方法中的速度和粘度計(jì)讀數(shù)。因此,可以通過(guò)在特定轉(zhuǎn)子幾何形狀可用的值之間內(nèi)插或外插來(lái)預(yù)測(cè)在其他剪切速率下的粘度。

將這些方法用于圓盤轉(zhuǎn)子幾何形狀時(shí),最好使用同一轉(zhuǎn)子進(jìn)行所有測(cè)量。關(guān)于剪切速率的一個(gè)假設(shè)是,對(duì)于給定的轉(zhuǎn)子,剪切速率與速度成正比。因此(例如)30 RPM 的剪切速率是 3 RPM 的剪切速率的 10 倍。

 

模板法

用于分析非牛頓流體的更復(fù)雜的技術(shù)涉及使用“模板”。

它的使用僅限于遵循“冪律”的流體,即顯示一種非牛頓流動(dòng)的流體,而不是隨著剪切速率的變化?從一種類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N類型。例如, 當(dāng)超過(guò)某個(gè)剪切速率時(shí),從假塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎浟鲃?dòng)的材料在測(cè)量的  整個(gè)剪切速率范圍內(nèi)不會(huì)遵循冪律。模板方法僅適用于使用圓柱形轉(zhuǎn)子或同軸圓柱體生成的數(shù)據(jù)。

 

將數(shù)據(jù)擬合到模板以確定稱為“STI”的常數(shù)。 STI 是表征非牛頓流動(dòng)的便捷方式,與粘度指數(shù)非常相似。使用中的粘度計(jì)和 STI 的某些參數(shù)被安裝到第二個(gè)模板上,然后用于預(yù)測(cè)流體在任何選定剪切速率下的粘度。這是一種有用的方法,可用于預(yù)測(cè) Brookfield 粘度計(jì)無(wú)法達(dá)到的剪切速率下的粘度,以及表征特定條件下的流體行為。

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