Методы ротационной вискозиметрии

Распространение получили два метода:

- метод коаксиальных цилиндров (метод Куэтта);

- метод «конус - плоскость».

Непосредственно измеряемыми величинами являются:

- крутящий момент Мк, действующий на одну из контактирующих с жидкостью рабочих поверхностей;

- угловая скорость одной из рабочих поверхностей w;

- геометрические размеры рабочих поверхностей.

Для цилиндрического кольцевого зазора (рис. 16.) при малых значениях h и рабочей высоты Н внутреннего цилиндра, погруженного в жидкость, вязкость которой измеряется, напряжение сдвига в слое радиусом r определяется по формуле

t = Мк/(2pr2Н).

Рис. 16. Схемы ротационных вискозиметров:

а – системы концентрических цилиндров (1 – наружный цилиндр радиусом Rн, 2 – внутренний цилиндр радиусом Rв, 3 – центрирующая ось, 4 – дно рабочего цилиндра); б– системы конус - плоскость (1 – цилиндр, 2 – конус, 3 – ось)

Скорость сдвига

g = 2dw/dr,

где w - угловая скорость ламинарно перемещающихся слоев среды.

Для ньютоновских жидкостей

                                         (8)

поэтому

                                                                    (9)

Для неньютоновских жидкостей

                                    (10)

В случае малых значений h = Rн – Rв в условиях ламинарного потока можно принять, что

g » w Rв/h.

В связи с тем, что существенное влияние на результаты оказывает дно прибора, в расчеты вносят поправку в виде некоторой величины Н0, которую суммируют с рабочей высотой Н. Поэтому при вычислении hэф и t учитывают величину Н¢ = Н + Н0. Значения Н0 находят, проведя ряд измерений МК и w при различных Н и экстраполируя эту зависимость к МК/w ® 0.

В вискозиметрах типа «конус - плоскость» (см. рис. 16, б) угол между образующей конуса и плоскостью a составляет лишь несколько градусов, и поэтому силовое поле в зазоре между ними достаточно однородно.

h = 3aМк/(2pR3w).