вискозиметрия

ВИСКОЗИМЕТРИЯ (от лат. viscosus — клейкий, вязкий и греч. metred — измеряю)

совокупность методов измерения вязкости жидкостей и газов. При абс. измерениях проводят независимые параллельные определения касательного напряжения вискозиметрия и скорости сдвига вискозиметрия. Рис. 2 при течении исследуемой среды; вязкость вискозиметрия. Рис. 3 вычисляют по формуле вискозиметрия. Рис. 4 При относит. измерениях результаты определения параметра, зависящего от вязкости, сравнивают с результатом, полученным при аналогичной процедуре определения того же параметра для жидкости (или газа) известной вязкости. В случае неньютоновских жидкостей определяемая величина вискозиметрия. Рис. 5 наз. эффективной или кажущейся вязкостью (т. к. она зависит от вискозиметрия. Рис. 6 и вискозиметрия. Рис. 7 ). При этом измерения необходимо выполнять при разл. скоростях деформации. Ниж. предела изменения скорости не существует; верх. предел связан с возникновением неустойчивости потока, напр. для маловязких сред — с появлением инерц. турбулентности, для полимерных систем — с упругими деформациями.

В. основывается на двух эксперим. принципах: измеряется сопротивление движению, обусловленное вязкостью среды, либо при протекании исследуемого вещества в канале той или иной геометрич. формы, либо при движении твердого тела в среде, вязкость которой определяют. Наиб. распространены капиллярная, ротационная, вибрационная В., метод падающего шарика, пенетрация и пластометрия.

В капиллярной В. измеряют перепад давления вискозиметрия. Рис. 8 между концами капилляра и соответствующую объемную скорость истечения Q при ламинарном течении исследуемой жидкости через капиллярный канал длиной L c известной и постоянной формой поперечного сечения. Обычно применяют цилиндрич. трубку с внутр. радиусом R. Вязкость рассчитывают по формуле Гагена — Пуазейля: вискозиметрия. Рис. 9 вискозиметрия. Рис. 10 . Реже используется плоскощелевой канал шириной b и высотой вискозиметрия. Рис. 11 ; тогда вискозиметрия. Рис. 12 , Для ньютоновской жидкости вискозиметрия. Рис. 13 = const и, следовательно, вискозиметрия. Рис. 14 = const; для неньютоновской жидкости эффективная вязкость зависит от условий эксперимента. Обычно измеряют Q при вискозиметрия. Рис. 15 = const (метод постоянного давления) либо вискозиметрия. Рис. 16 при Q = const (метод постоянного расхода), хотя есть приборы, в которых в ходе эксперимента непрерывно изменяется как вискозиметрия. Рис. 17 , так и Q. При измерении вязкости газов учитывают изменение давления вдоль капилляра (в случае практически несжимаемых жидкостей влиянием давления можно пренебречь).

Часто используют вариант капиллярной В., в котором характеристикой вязкости служит продолжительность истечения определенного (стандартизованного) объема жидкости под действием собственного веса через калиброванный капилляр. С помощью этого метода определяют вязкость нефтепродуктов, молекулярную массу полимеров и т. д. Поскольку сопротивление протеканию среды по капилляру зависит не только от ее вязкости, в формулы, используемые для расчета вискозиметрия. Рис. 18 , вводят поправки, которые учитывают возможные погрешности, связанные, напр., с изменением кинетич. энергии струи, с накоплением упругой энергии, разогревом системы.

В ротационной В. измеряют крутящий момент М и угловую скорость вращения вискозиметрия. Рис. 19 В одном из осн. вариантов метода слой исследуемой жидкости высотой Н находится между двумя коаксиальными цилиндрами с внутр. радиусами R_i и R_о (R_i < R_o) которые вращаются один относительно другого. Вязкость вычисляется по формуле Маргулеса: вискозиметрия. Рис. 20 , где вискозиметрия. Рис. 21 =R₀ /R_i. Обычно зазор между цилиндрами мал [(R₀ — R_i)/R₀1], что обеспечивает однородность условий деформирования в исследуемом образце. В этом осн. преимущество ротационной В. перед капиллярной, поскольку в капилляре неизбежно распределение скоростей и напряжений по радиусу канала. Если наружный цилиндр отсутствует вискозиметрия. Рис. 23 , вязкость вычисляют по формуле: вискозиметрия. Рис. 24 . Образец можно помещать также между конусом и плоскостью, между двумя конусами или сферами. Для ньютоновских жидкостей вискозиметрия. Рис. 25 = const. При расчете вискозиметрия. Рис. 26 вводят всевозможные поправки, в первую очередь на краевые эффекты.

Вибрационная В. основана на измерении сопротивления колебательному (с постоянной частотой) движению тела в исследуемой среде. Часто определяют скорость затухания колебаний (или интенсивность поглощения энергии колебаний). Этот метод особенно удобен для измерения вязкости расплавов металлов и солей при высоких температурах и других сред, в которых колебания затухают сравнительно медленно.

В лаб. практике распространен простой метод падающего шарика, основанный на измерении скорости U равномерного падения шарика в исследуемой среде. Вязкость вычисляют по формуле Стокса: вискозиметрия. Рис. 27 где d_l и d₂- соотв. плотности материала, из которого изготовлен шарик, и среды, R — радиус шарика, вискозиметрия. Рис. 28 -ускорение своб. падения. При этом необходимо вводить поправки на инерц. эффект и на влияние стенок сосуда, в котором производятся измерения. В разл. вариантах этого метода вместо шарика используют тела иной формы (напр., цилиндр), исследуют не своб. падение, а скатывание шарика по стенке цилиндрич. трубки (относит. метод). Метод особенно удобен для измерения вязкости под давлением.

Для измерения вязкости высоковязких сред применяют методы пенетрации и пластометрии. В первом случае в среду вдавливают твердое тело (напр., конус, цилиндр, сферу) и по скорости его движения или величине приложенного усилия судят о вязкости. В методах второй группы исследуют: сдвиговое течение жидкости между двумя плоскопараллельными пластинками, смещающимися одна параллельно другой; растекание жидкости при сдавливании двух плоскопараллельных пластинок ("сжимающие пластометры"); т. наз. телескопич. сдвиг, состоящий в том, что исследуемую жидкость помещают между соосными цилиндрами, один из которых движется вдоль их общей оси. Во всех пластометрич. методах о вязкости судят по отношению силы, вызывающей движение твердого тела, к скорости его движения.

Для высоковязких неньютоновских сред измеряют также продольную вязкость вискозиметрия. Рис. 29 , равную отношению растягивающего напряжения к градиенту скорости при одноосном растяжении образца. В случае ньютоновских жидкостей нет необходимости специально определять продольную вязкость, т. к. для них выполняется закон Трутона: вискозиметрия. Рис. 30

Очень широкий диапазон значений вязкости (от ~ 10⁻⁵ Па∙с у газов до ~10¹² Па∙с у стеклующихся жидкостей), необходимость выполнения измерений при разных температурах и давлениях, а также для сред с разл. свойствами (сжиженные газы, агрессивные кислоты и щелочи, расплавленные металлы и соли, полимеры, коллоидные системы и др.) обусловливают огромное разнообразие конструкций вискозиметров. В. часто сочетается с измерениями др. реологич. свойств жидкостей (см. реология).

При прецизионных измерениях вязкости погрешность может составлять 0,1%; в большинстве случаев погрешность ~ 1%; в техн. приложениях допускаются еще более грубые измерения. Поверку вискозиметров (т. е. установление правильности градуировочных характеристик или их возобновление) обычно проводят с помощью относит. измерений с использованием стандартных жидкостей известной вязкости. Наиб. точный эталон в В. — дистиллированная вода, вязкость которой при 20 °C составляет 1,002 мПа∙с.

^{Лит.: Малкин А. Я., Чалых А. Е., Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения, М., 1979.}

_{А. Я. Малкин}

Источник: Химическая энциклопедия на Gufo.me

вискозиметрия

Значения в других словарях