Способ определения динамической вязкости жидкости

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 11/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ. И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835435/25 (22) 06.06,90 (46) 07;07.92. Бюл. N. 25 (71) Пермский политехнический институт (72) Г.Л, Колмогоров, Д.В, Кабиольский, Ф.И, Мухутдинов и А.Ю. Сартаков (53) 532,137 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

¹ 1157406, кл, G 01 N 11/14, 1985.

2. Авторское свидетельство СССР

N 1272182, кл. G 01 N 11/14, 1987. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к технике измерения вязкостных характеристик жидкоИзобретение 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. Ж 1746255 А1 стей, 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, формулам приведет к значительной погреш-. ности из-за неучета течения исследуемой жидкости на торце подвижного цилиндра.

Способ определения динамической вязкости жидкости, включающий в себя помещение исследуемой жидкости в. фь. неподвижный наружный цилиндр, вращение внутреннего цилиндра, замер крутяще- ) го 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 пьеэокоэффициент вязкости, который определяет влияние давления в жидкости на ее динамическую вязкость в соответствии с формулой,и =,и 0 е Р, где и 0 — вязкость при атмосферном давлении; а— пьезокоэффициент вязкости; р — давление в

1746255 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 пьеэокоэффициента вязкости и повышение точности определения вязкости, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения вяэкостных . 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

4о Н Н р =М (-е о о 1> где a — пьезокоэффициент исследуемой жидкости;

vo — скорость поступательного перемещения внутреннего цилиндра;

H> — высота кольцевого зазора; ,и о — коэффициент динамической вязкости исследуемой жидкости и ри атмосферном давлении

M = (йн + Ro )ln —" — (йн — Ro ), 0

P - усилие перемещения внутреннего цилиндра;

Ro — радиус внутреннего цилиндра;

R — внутренний радиус наружного цилиндра, а коэффициент динамической вязкости определяют по формуле . м„„, г (R !2н 2н„/ ") о где Map — крутящий момент, прикладываемый к внутреннему цилиндру; й)- угловая скорость вращения внутреннего цилиндра, Fo — площадь сечения внутреннего цилиндра;

Hz — 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, 5

10 заполняющей неподвижный цилиндр вискозиметра. Давление будет увеличиваться по мере опускания внутреннего цилиндра, при этом жидкость начнет вытесняться из15 под внутреннего цилиндра через кольцевой зазор; Увеличению давления соответствует.определенное усилие сопротивления жидкости, которое зависит от вязкостных характеристик жидкости, геометрических соотношений вискозиметра. Из закономерностей течения исследуемой жидкости в кольцевом зазоре определяется распределение скорости vx течения жидкости в кольцевом зазоре

25 гу p/яц 1 dя r a 2 1ян 2 1 1

- м- 4, г р ув р d " tnRo/ян

30 где dp/dx — градиент давления жидкости в направлении оси вискозиметра;

r — текущая координата.

Определяя расход жидкости через произвольное по высоте сечение кольцевого за35 зора гл R>

q= f J v>rdrdp (2)

o Ro после подстановки выражения (1), интегри40 рования и упрощений, находят градиент давления d p/dx. В ы ражение для градиента, dp/dx интегрируется относительно р с уче- том изменения вязкости от давления

М= р е Р, (3)

45 после решения дифференциального уравнения и определения постоянной интегриро. вания иэ граничного условия p x - o =. 0 определяют распределение давления по высоте кольцевого зазора, которое при х = Н

5р дает давление жидкости под внутренним цилиндром вискозиметра, Суммируя давление по площади цилиндра и касательные напряжения, действующие на поверхности внутреннего цилиндра, находим условие со55 противления поступательному перемещению внутреннего. цилиндра, из которого получается уравнение для определения пьезокоэффициента вязкости

1746255

При проведении исследований замеряется р как функция переменного Н>. Максимальное. значение р .будет соответствовать максимальному H>, На второй стадии испытаний дается вы- t0 держка 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 15 момент, который складывается из момента на преодоление сопротивления вязкого те.чения в кольцевом зазоре Мкр1 и момента

: на преодоление сопротивления вязкого течениЯ в донной части вискозиметРа М<р2, Из 20 закономерностей течения жидкости рассчитываютсЯ Мкр1 и Мкр2, нахоДитсЯ сУммаРный момент, через который определяется динамический коэффициент вязкости

30

ЫР/(н (К R„j

35 . где а — пьезокоэффициент вязкости исследуемой жидкости;

v0 — скорость перемещения внутреннего цилиндра;

40 Н1 — высота кольцевого зазора; ,и о — коэффициент динамической вязкости исследуемой жидкости при атмосферном давлении

45 M (ИР+йо)ь (Вн Ro) н 2 2.

P — усилие перемещения внутреннего цилиндра;

Яо — радиус внутреннего цилиндра; . RH — внутренний радиус наружного ци50 линдра; а коэффициент динамической вязкости определяют по формуле

4oCYоН,щ =phl)-å (< .км)Л

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 индустриального-20 (веретенное-3). Масло при. температуре 25 С залили в наружный цилиндр вискозиметра с RH = 52 мм, затем установили внутренний цилиндр с йо = 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 равным P = 245 Н, Этому усилию соответствовало Н1 = 50 мм и Н2 = 50 мм.

Движение внутреннего цилиндра прекратили, после выдержки 5 с усилие P снизилось до нуля, что свидетельствовало о выравнивании давления под внутренним цилиндром. Вращение внутреннего цилиндра со скоростью в= 10 привело к возникновению Мкр = 0,0162 Н м.. Зафиксировав Р и

М"Р, выполнили расчет динамической вязкости,и о =-8х10. Па с, после подстановки в уравнение и его решения получили . значение пьезокоэффициента вязкости а=

= 25 х 10 м2/Н.

По сравнению с известными способами определения вязкостных характеристик изобретение позволяет определить не только коэффициент динамической вязкости жидкостей, но и значение пьезокоэффициента 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 тл и ч а ю шийся тем, что, с целью . дополнительного определения пьезокоэффициента 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 положе. ния внутреннего цилиндра, величину пьезокоэффициента вязкости при этом определяют из уравнения

1746255

Составитель И.Павленко

Редактор H,Ëàçàðåíêo Техред М.Моргентал Корректор П.Гереши

Заказ 2389 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 где Мко — крутящий момент, прикладываемый к внутреннему цилиндру; со — угловая скорость вращения внутреннего цилиндра.

Н вЂ” расстояние от торца внутреннего цилиндра до дна наружного цилиндра;

Fp — площадь сечения внутреннего цилиндра,