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旋轉粘度計測量非牛頓流體流變參數的誤差分析

導讀:旋轉粘度計的剪切速率與外筒轉速的比值為 1.703,實際上這一關系只適用于牛頓流體。使用旋轉粘度計進行非牛頓流體測量時,二者關系將發生變化。從流體的動量平衡微分方程出發,


返回列表 來源:未知 發布日期:2021-03-22 14:00【
上海昌吉地質儀器有限公司淺析,旋轉粘度計的剪切速率與外筒轉速的比值為 1.703,實際上這一關系只適用于牛頓流體。
使用旋轉粘度計進行非牛頓流體測量時,二者關系將發生變化。從流體的動量平衡微分方程出發,
對旋轉粘度計的工作原理進行了闡述。同時推導出了賓漢流體冪律 流體和卡森流體,三種流體測
量時剪切速率與外筒轉速的關系式。 并以此計算出了各流變模式下流變參數的修正公式。
結果表明,具有屈服值的流體,其屈服值測量誤差在 6%以上。
泥漿現場及實驗室內測定泥漿流變性常用同軸圓筒旋轉粘度計。其設計是基于牛頓流體在旋轉庫特流
(Couette)流場中的流動行為。測定牛頓流體時,在流動達到穩態條件下,粘度計內筒筒壁處的剪切
速率與外筒轉速成正比。 其比值為 1.703。 而對于非牛頓流體,由于其流型的改變,內外筒間的環隙
處流場將隨之發生改變。理論計算發現,此時內筒壁處的剪切速率與外筒轉速的比值不再是固定值 1.703。
除水等大多數純液體、油類、低分子化合物為牛頓流體外,一般泥漿都屬于賓漢流體、冪律流體、卡森流體等非牛頓流體。
因此,有必要對旋轉粘度計所測泥漿流變參數結果進行修正。
(1)使用同軸圓筒旋轉粘度計測量非牛頓流體的流變參數時, 其測量結果與流體的實際流變參數存在一定偏差。
這是由于旋轉粘度計是按照牛頓流體的流動行為設計的。
(2)對于賓漢流體,塑性粘度 μ 的測量值與實際值無偏差,動切力 τ0 的測量值比實際值偏高 6.35%;對于冪律流體,
稠度系數 K 和流型指數 n 的測量結果與實際值偏差不大,可以忽略;對于卡森流體,極高限剪切粘度的 μ∞ 的測量值無誤差,
卡森屈服值 τc 的測量誤差取決于所選取的外筒轉速和對應的剪切應力值。
(3)實例計算表明,具有屈服值類型的流體,其屈服值測量誤差較大,一般高于 6%,應進行修正。

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