Лаб2. Лабораторная 2 - Фицай Т.В (копия). Лабораторная работа 2 Определение вязкости и напряжения сдвига с помощью ротационного вискозиметра
 Скачать 1.37 Mb.
|
|
Лабораторная работа 2 Определение вязкости и напряжения сдвига с помощью ротационного вискозиметра Цель работы: Определение динамической вязкости неньютоновских жидкостей, упруго-вязкопластических масс. Построение по результатам эксперимента полной реологической кривой. 1. Введение  Закон Ньютона σ =  справедлив для жидкостей с небольшой молекулярной массой, вязкость которых является функцией температуры и давления, но не зависит от скорости сдвига . У таких жидкостей, носящих название ньютоновских, зависимость σ, от (кривая течения) является линейной (рисунок 2, линия 1).Рисунок 2 - Зависимость напряжения внутреннего трения отскорости сдвига; 1— ньютоновские жидкости;2—бингамовские жидкости; 3 — псевдопластические жидкости;4—дилатаитные жидкости. Жидкости, обнаруживающие зависимость вязкости от скорости сдвига (коллоидные суспензии, высокомолекулярные соединения), называются неньютоновскими; их кривая течения является нелинейной. Различают такие жидкости со следующими свойствами: 1) скорость сдвига в данной точке зависит только от напряжения в этой точке (реологически стационарные жидкости); 2) скорость сдвига зависит от продолжительности действия напряжения (реологически нестационарные жидкости); 3) сочетание свойств твердого тела и жидкости, проявляющееся в виде упругого восстановления формы после снятия напряжения (вязкоупругие жидкости). Жидкости первой группы подразделяются на три типа по характеру функциональной зависимости σ = f ( ): 1) бингамовские (линия 2 на рисунок 3.1); 2) псевдопластические (линия 3 на рисунок 6.1); 3) дилатантные (линия 4 на рисунок 6.1).Для бингамовских жидкостей, как видно из рисунка 2, справедлива следующая зависимость:  .Величина σm выражает предел напряжения, превышение которого приводит к вязкому течению; угловой коэффициент δ называется пластической вязкостью. Отмеченное поведение бингамовских жидкостей (к их числу относятся, например, густые шламы, буровые растворы, масляные краски и т. п.) объясняется их жесткой пространственной структурой. При σ > σm последняя разрушается и жидкость течет как ньютоновская с касательным напряжением σ > σm. Псевдопластические жидкости не имеют предела текучести и отличаются падением кажущейся вязкости (меры консистенции) ηк сростом скорости сдвига: σ =к ( )а, причем, а < 1 (а, можно рассматривать как меру отклонения от ньютоновской жидкости, для которой, а=1). К псевдопластическим жидкостям относятся суспензии, содержащие асимметричные частицы, и растворы высокополимеров, например производные целлюлозы. С возрастанием скорости сдвига асимметричные частицы или молекулы постепенно ориентируются, своими большими осями вдоль направления потока и при этом их кажущаяся вязкость падает; по окончании этого процесса кривая течения становится линейной.Дилатантные жидкости подобно псевдопластическим не имеют предела текучести, но их кажущаяся вязкость растет с увеличением скорости сдвига (а>1). Примером жидкостей данного типа могут служить суспензии с большим содержанием твердой фазы. Неньютоновские жидкости второй группы разделяются на два класса: 1) тиксотропные и 2) реопектические. У первых напряжение сдвига падает, а у вторых — растет со временем (в обоих случаях при постоянной скорости сдвига). Такое поведение тиксотропных жидкостей объясняется постепенным разрушением их структуры при деформации в условиях постоянной скорости сдвига. Тиксотропия является обратимым свойством; после снятия напряжения структура жидкости постепенно восстанавливается. В отличие от тиксотропных реопектическим жидкостям свойственно постепенное структуро-образование при сдвиге. Например, 42%-ная смесь воды и гипса после встряхивания (разрушения структуры) затвердевает по истечении 40 мин, а при медленном перекатывании (способствующем образованию структуры) — по истечении 20 с. Наконец, вязкоупругие жидкости проявляют одновременно вязкое течение и упругое восстановление формы (например, смолы, высоковязкие эмульсии и суспензии). Следует заметить, что кроме приведенных выше, известны другие виды неньютоновских жидкостей, для которых предложены выражения функциональной зависимости σ = f ( ), базирующиеся на иных физических моделях. 2. Принцип действия и принципиальная схема реотеста. Реологические характеристики можно исследовать при помощи цилиндрических измерительных устройств.  У цилиндрического измерительного устройства (рисунок 3) измеряемый материал помещается в кольцевую цель, образующуюся между двумя коаксиальными цилиндрами.Рисунок 3 - Коаксиальная цилиндрическая система Наружный, неподвижный цилиндр радиусом R выполнен в качестве измерительной ёмкости. В него помещается измеряемый материал. Внутренний цилиндр радиусом r и длиной l, вращающийся со скоростью вращения , соединён через измерительный вал с цилиндрической винтовой пружиной, отклонение которой является мерой для вращающего момента, действующего на внутренний цилиндр. Отклонение пружины воспроизводится потенциометром, включённым в мостовую схему, причём изменение тока, протекаемого по диагонали мостовой схемы, является пропорциональным вращающему моменту М пружины. Сдвигающее напряжение и скорость сдвига поддаётся в случае коаксиальной цилиндрической системы точному расчёту:сдвигающее напряжение:  (2)скорость сдвига:  (3)вязкость:  (4)3. Последовательность проведения работы 3.4. Сдвигающее напряжение r, действующее в исследуемом материале, рассчитывается по следующей формуле: r =z, (5) где r - сдвигающее напряжение (10-1 Па); z - постоянная цилиндра (10-1 Па / дел. шкалы, см. инструкцию к прибору); z =0,973 - отсчитываемое значение шкалы на индикаторном приборе (дел. шкалы). Скорость сдвига (с-1), называемая часто "скоростью деформации", указывает перепад (градиент) скоростей в кольцевой щели, определяется по инструкции к прибору. По измеренным показателям: сдвигающему напряжению r и скорости сдвига можно вычислить динамическую вязкость. , (6)где - динамическая вязкость (мПа.с); r - сдвигающее напряжение (10-1 Па); - скорость сдвига (с-1).Для неньютоновских жидкостей путем данного расчёта получается значение "аномальной вязкости" исследуемого материала. На основания полученных данных для шоколадной массы: -рассчитывают значения по формуле (5), z определяют по таблице инструкции к прибору (z = 0,973), а также находят значения скорости деформации (Dr), соответствующие показаниям ступеней передач, найденные значения заносят в соответствующие графы таблицы 4;- строят график зависимости σ = f( ) (на миллиметровой бумаге формата а4, развернуть альбомно, х- 10 клеточек-50 с-1, у- σ 10 клеточек 1 мПа) при возрастании и убывании скорости деформации (кривая гистерезиса), определяют значения вязкости по формуле (6);- определяют реологические особенности образцов: если зависимость σ= f( ) линейно зависит от и проходит через начало координат, то образец относится к ньютоновской, в противном случае образец обладает свойствами структурированной системы;- делают вывод об особенности исследуемого объекта как структурированной системы; - строят полную реологическую кривую как зависимость ∼f(). Таблица 4 – Результаты измерений
 Вывод: Шоколадная масса является структурированной дисперсной системой, относится к не ньютоновским жидкостям, так как зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига не линейная. При скорости сдвига 1050 структура шоколадной массы разрушена, масса обладает тиксотропными свойствами, поскольку при снижении скорости сдвига частично восстанавливает свои свойства. Работу выполнил студент ________________________(_Фицай Т.В._) Работу принял преподаватель ____________________(_Поснова Г.В.___) «_20_» ______мая__________ 2020 г | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||