教学课件PPT流变学测量原理.ppt

5 流变测量基本原理 5.1 毛细管流变仪 5.1.1 牛顿流体 假设：(1) 稳态流动 (2) 流速充分发展 (3) 壁上无滑移 由力平衡关系得： 由牛顿黏度定律： 5.1.2 纯黏性非牛顿流体 (2) 幂律流体 (3) 流动方程不明确的场合的处理(Krieger方法) 由测量 、 ，由式(34)计算 ， 以上的Krieger方法适用各种流动模型 如对于牛顿流体: 对于宾汉流体: 5.2 回转黏度计 5.2.1 同轴回转黏度计 在柱坐标中，连续性方程为： 稳态时，M为常数，任意r处的M将相等。设内筒半径Rb、外筒半径 Rc, 液深L。 右边第一项表示如果没有剪切发生时装置上所有各点的角速度，而第二项引起内应力，因此剪切速率： 于是： 代入式(46)得： 5.2.1 牛顿流体场合 5.2.2 幂律流体的场合 两边取对数： 5.2.3 宾汉流体的场合 牛顿流体与塑性流体的 是不同的 5.2.4 一般非牛顿流体的场合 (1) 多球法 利用上式可以求出一般纯黏性非牛顿流体剪切应力和剪切速率的关系，具体方法是： 在保持 不变的情况下(即在外筒直径不变下，使扭矩也保持不变)，改变多个λ值（即取几个不同直接的内筒），求得相应的Ω值； 由Ω与λ的一一对应关系，利用数值微分或图解微分求得 也可将式(5.64)变成另一形式： 将式(63)与牛顿流体 相比，可知 相当于1/η，则一般意义的非牛顿流体的流动率相当于牛顿流体的流动率加一校正项，是流体非牛顿性的量度。 求解方式与前述类似，也可得到剪切速率和剪切应力关系。 5.2.2 锥板黏度计 优点： 剪切速率相当 数据处理简单 测量范围广 假设：a. 边界层无滑移 b. 层流 c. 圆板以恒定角速度低速旋转，惯性可忽略 5.2.3 圆盘—平板流变仪 (2) 非牛顿流体 由于剪切速率 是r的函数，转矩M不再与黏度成线性正比关系，流体转矩的积分式为： 将上式对 微分，应用莱布尼茨定律，得到： 5.3 其它流变仪 5.3.1 小振幅的动态流变仪 复黏度 (2) 拉伸振动流变仪 试样一端施加恒定振幅的正弦拉伸应变，在试样另一 端检测响应的正弦周期拉伸应力 拉伸蠕变仪 . . 内筒壁和外筒壁上剪切应力等于Ky时，扭矩分别为： 内筒： 外筒： 液体能发生运动的最大半径rp (5.59) (5.60) (5.61) 将式(58)、(59)代入 积分得Reiner-Riwlin方程： Ω=0 缝隙中所有的物料都 静止不动 当 当 当 (5.62) · M 牛顿流体 保持τc不变，将上式两边对λ求偏导，则得： 将 关系代入上式，则得： (5.63) (5.64) (5.65) . 即 关系 . 用多个内筒，“多球法” 定义表观流动率 或 则 因为 于是 (5.66) (2) 双球法 (3) 单球法 ?一定时 严格：末端效应 折合成当量圆筒长度 双圆筒黏度计在聚合研究中的应用举例 Haake VT550型流变仪 MMA本体聚合过程中转化率、反应速率和粘度的变化 50℃，(■) 粘度，(▲) 转化率（x）,(▼) 反应速率（dx/dt） MMA本体聚合体系粘度实验值与 模型预测值的比较 圆锥和圆板间夹角θ0非常小，sinθ0=tgθ0=θ0,一般θ03? 线速度rΩ 剪切速率： 与r无关 . 对牛顿流体， 在微元面积rdrdΦ内由黏性产生的扭矩力 为仪器常数 当θ0足够小，对非牛顿流体也适用 . HR, 低转速 (1) 牛顿流体 盘板间旋转流动的周向速度 和剪切切速率 是圆盘向径r的函数 . . 可测知旋转流体的转矩和转速，再根据盘板系统的几何 参量得到 可测得旋转流体的转矩和转速，再根据盘板系统的几何参量得到： . 将上式的变量 r 转化为 ，得： . . . . 这里 为 在r = R时的剪切速率 . . . . . . . . . . 盘间旋转流动的非牛顿流体的黏度方程： . . . 流体剪切速率较低场合： . . 式中n=1时，可得牛顿流体黏度，测得黏度精确程度 取决于流动指数n。 黏弹性 只能通过动态实验 理想