<< Пред. стр. 14 (из 116) След. >>
Список литературы по разделу
October, 1970, vol. 8, N 1-2;
- Lederer C.М., Shirly V. S. Table of Isotopes. Ed. 7, 1978;
- Helmer R.G., etc. Standards for gamma - ray energy
calibration. - Atomic Data and Nuclear Data Tables, 1979, vol.24,
p. 39-48;
- Nuclear Data Sheets, 1973, vol. 10, N. 4-1982, vol.36, N 4.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
Основные положения
Вязкость (внутреннее трение) - свойство текучих тел оказывать
сопротивление перемещению одной их части относительно другой.
Реология жидкостей изучает их деформационные свойства, способы
исследования этих свойств, а также физико - химическую природу
жидкостей. Основными кинематическими переменными для жидкостей
служат деформация и ее скорость. Поэтому для изучения
реологических характеристик жидких сред устанавливают связь между
приложенными внешними нагрузками и кинематическими параметрами.
Важнейшей характеристикой простых жидкостей и растворов
является вязкость "эта", которая определяется отношением
напряжения сдвига "тау" к скорости сдвига G:
"тау"
"эта" = ----.
G
Жидкости, для которых "эта" зависит только от концентрации и
температуры, называются ньютоновскими, а все другие жидкости
называются неньютоновскими.
Различают динамическую, кинематическую, относительную,
удельную, приведенную и характеристическую вязкости.
Динамическую вязкость "эта" обычно выражают в пуазах (пз) или
сантипуазах (1 спз = 0,01 пз). Жидкость имеет вязкость 1 пз, если
-1
напряжение сдвига 1 дин/кв. см создает скорость сдвига 1 с . В
системе СИ динамическая вязкость выражается в паскалях за 1 с
(Па х с), имеющих размерности (Н х с)/кв. м.
Когда плотность исследуемой жидкости "ро" включена
непосредственно в измерение вязкости, то в этом случае получают
кинематическую вязкость "ни":
"эта"
"ни" = -----.
"ро"
Выражается она в стоксах (ст) или сантистоксах (1 сст =
2 -1
= 0,01 ст), в системе СИ - в единицах м с .
В ряде случаев требуется определить вязкость одной жидкости
относительно другой - относительную вязкость "эта .
отн"
Часто вязкость выражают как удельную вязкость "эта , которая
уд"
показывает, какая часть вязкости раствора обусловлена присутствием
в нем растворенного вещества:
"эта" - "эта0" "эта"
"эта " = -------------- = ------ - 1 ="эта " - 1,
уд "эта0" "эта0" отн
где "эта" - вязкость раствора; "эта0" - вязкость растворителя.
Удельная вязкость, отнесенная к единице концентрации раствора,
называется приведенной вязкостью "эта ":
прив
"эта "
уд
"эта " = -------,
прив с
где с - концентрация раствора.
Для растворов полимеров вязкость является функцией
молекулярных масс, формы, размеров и гибкости макромолекул. Чтобы
определить структурные характеристики полимеров, приведенную
вязкость экстраполируют к нулевой концентрации. В этом случае
вводится понятие характеристической вязкости ["эта"]:
"эта "
уд
["эта"] = lim "эта " = lim -------.
с->0 с->0 при с
Характеристическая вязкость выражается в единицах, обратных
единицам концентрации.
Методы определения вязкости жидкостей
Измерение вязкости на капиллярных вискозиметрах
Для измерения кинематической вязкости применяются капиллярные
вискозиметры типа Оствальда и Уббелоде с различными модификациями.
Если известна плотность исследуемой жидкости "ро", то, зная "ни",
можно вычислить динамическую вязкость "эта". Следует отметить, что
капиллярные вискозиметры обычно используются для определения
вязкости при одном значении скорости сдвига. Поэтому такие
вискозиметры применяются в основном для исследования ньютоновских
жидкостей. Капиллярные вискозиметры просты и удобны в обращении.
Стеклянные капиллярные вискозиметры, соответствующие ГОСТу
10028-81, предназначены: 1) серии ВПЖ и ВПЖТ - для определения
вязкости прозрачных жидкостей, 2) серии ВПЖМ и ВПЖТМ - для
определения вязкости малых объемов прозрачных жидкостей, 3) серии
ВНЖ и ВНЖТ - для определения вязкости непрозрачных жидкостей.
На рис. 6 <*> представлен общий вид вискозиметра серии ВПЖ.
Вискозиметр состоит из капилляра с радиусом R и длиной L , через
который под действием силы тяжести протекает жидкость объема V.
Измерения проводят следующим образом. В колено 2 вискозиметра
наливают измеренный объем жидкости и вискозиметр помещают в
термостат. Когда жидкость в вискозиметре примет заданную
температуру (с точностью +/-0,01 град. С), производят подсасывание
через отверстие 1 до тех пор, пока жидкость не поднимется выше
отметки М1. Тогда подсасывание прекращают, и жидкость опускается.
Время t, которое требуется, чтобы мениск прошел расстояние между
отметками М1 и М2, замеряют. Если Н - средняя высота жидкости, g -
ускорение силы тяжести, то:
4
"эта" "пи"R gH
"ни" = ---- = ------------- t = Kt,
"ро" 8LV
4
"пи"R gH
где K = ---------- - постоянная прибора, обычно выражаемая в
8LV
-2
кв. мм х с (при этом поправками на концевые эффекты и
кинетическую энергию пренебрегают).
--------------------------------
<*> Рис. 6. Вискозиметр стеклянный капиллярный серии ВПЖ. 1 -
трубка; 2 - трубка; 3 - измерительный резервуар; М1, М2 - отметки
измерительного резервуара. (Рисунок не приводится).
Для определения вязкости в каждом конкретном случае
капиллярные вискозиметры выбирают в соответствии с таблицей ГОСТ
10028-81 по известным значениям К и V в зависимости от характера
изучаемой жидкости, ее объема и значения вязкости.
Измерения времени t проводят не менее 5-7 раз. При этом
разность между наибольшим и наименьшим временем истечения жидкости
между отметками не должна превышать 0,3% среднего его значения.
Для определения относительной вязкости жидкости измеряют время
tоср истечения между верхней и нижней меткой мениска той жидкости,
относительно которой проводят измерения "эта ". Затем в том же
отн
чистом и сухом вискозиметре при тех же условиях определяют время
истечения tср исследуемой жидкости. Одновременно измеряют
плотности изучаемых жидкостей пикнометром ПЖ по ГОСТу 22524-77 -
"ро " и "ро" и рассчитывают относительную вязкость по формуле:
0
tср "ро"
"эта "= ----------- .
отн tоср "ро "
0
Для измерения характеристической вязкости готовят не менее
пяти различных концентраций исследуемого раствора. При этом должно
выполняться условие возможности линейной экстраполяции приведенной
вязкости к нулевой концентрации, т.е. концентрации раствора
следует выбирать минимальными в пределах чувствительности и
точности метода измерения. Для каждой концентрации раствора
определяют tср и рассчитывают приведенную вязкость. Затем строят
зависимость "эта " от концентрации "с" и графически или
прив
линейным методом наименьших квадратов экстраполируют приведенную
вязкость к нулевой концентрации, т.е. находят характеристическую
вязкость.
ИЗМЕРЕНИЕ ВЯЗКОСТИ НА РОТАЦИОННЫХ ВИСКОЗИМЕТРАХ
Ротационные вискозиметры обычно используют для измерения
динамической вязкости. Они представляют собой системы с жесткими
соосно расположенными цилиндрами, конусами или дисками, в которых
осуществляется сдвиговое течение (рис. 7). <*> Ротационные
вискозиметры позволяют определять реологические свойства жидкостей
в широком диапазоне скоростей сдвига, что особенно важно для
неньютоновских жидкостей.
------------------------------------
<*> Рис. 7. Геометрия ротационных вискозиметров.
а: М - момент сопротивления; R - радиус внутреннего цилиндра;
"дельта" - внешний цилиндр; L - высота исследуемой жидкости;
"ОМЕГА" - угловая скорость вращения внешнего цилиндра; б: М -
момент сопротивления: R - радиус внутреннего конуса; "фи" - угол
внутреннего конуса; L - высота цилиндрической части внутреннего
конуса; "дельта" - внешний цилиндр; "ОМЕГА" - угловая скорость
вращения внешнего цилиндра. (Рисунок не приводится).
Для экспресс - анализов вязкости ньютоновских и неньютоновских
-4
жидкостей в диапазонах вязкости от 5 х 10 до 2 Па х с и от 2
4
до 10 Па х с предназначен ротационный погружной вискозиметр
"Полимер РПЭ-1" (технические условия - 5И2.842.018 Ту от 01.01.84
г.). Он обеспечивает измерение вязкости при восьми скоростях
сдвига и выпускается в двух модификациях - "Полимер РПЭ-1.1" и
"Полимер РПЭ-1.2.". Вискозиметр имеет диапазон рабочих температур
от 20 до 200 град. С.
Ротационные вискозиметры серии ВИР (микрореометры,
микроэлектрореометры) относятся к классу В, группе 2 по ГОСТу
20790-75, ГОСТу 13368-73 и ГОСТу 22968-78. Они предназначены для
определения реологических характеристик жидких сред в широком
-1
диапазоне скоростей сдвига от 0,197 до 156 с . Эти вискозиметры
выпускаются в различных модификациях - ВИР-75МБ, ВИР-72, ВИР-77МЭ,
ВИР-78МЭ. Для иллюстрации на рис. 8 <*> представлена
кинематическая схема микрореометра ВИР-75МБ.
--------------------------------
<*> Рис. 8. Кинематическая схема микрореометра ВИР-75МБ.
1 - торсионный элемент; 2 - воспринимающий цилиндр; 3 -
стрелка прибора; 4 - шкала прибора; 5 - синхронный двигатель; 6 -
внешний цилиндр; 7 - редуктор. (Рисунок не приводится).
Для измерения внешний цилиндр заполняют исследуемой жидкостью.
Замеры начинают при наименьшей скорости вращения внешнего
цилиндра. В качестве датчика используется гальванометр. Вязкость
ньютоновской жидкости определяется по формуле:
"эта" = m"альфа",
где "эта" - измеряемая вязкость; m - число делений,
отсчитываемое по шкале гальванометра; "альфа" - цена деления для
данного диапазона измерений.
При исследованиях неньютоновских жидкостей по шкале
гальванометра определяется величина момента сопротивления,
обусловленного вязкостью среды. Эффективное значение динамической
вязкости находится как отношение тангенциального напряжения сдвига
к скорости сдвига. Задавая различные скорости вращения внешнего
цилиндра, можно построить кривые зависимости вязкости от скорости
сдвига и напряжения сдвига от скорости сдвига.
ИЗМЕРЕНИЕ ВЯЗКОСТИ НА ВИСКОЗИМЕТРЕ
С ПАДАЮЩИМ ШАРИКОМ
Вискозиметры Гепплера с падающим шариком выпускаются фирмой
"Прюфгерете - Верк Мединген" (ГДР) - ASMW - VM-168-76. Измерение
вязкости на этих приборах основано на определении скорости падения
шарика в жидкости.
На рис. 9 <*> показан общий вид вискозиметра с падающим
шариком. В комплект вискозиметра входят шарики с диаметром от
10,00 до 15,80 мм, что обеспечивает измерение динамической
4
вязкости градуировочных жидкостей в диапазоне от 0,6 до 8 х 10
мПа х с.
--------------------------------
<*> Рис. 9. Вискозиметр с падающим шариком.
1 - калибровочные отметки; 2 - шарик. (Рисунок не приводится).
Для измерения вязкости исследуемую жидкость заливают в трубку,
опускают шарик и вискозиметр термостатируют при необходимой
температуре в течение примерно 30 мин с точностью +/-0,02 град. С.
Далее шарик ставят в исходное положение и включают секундомер,
когда нижняя часть шарика коснется верхней метки, и останавливают,
когда шарик достигнет нижней метки. Время движения шарика измеряют
не менее пяти - семи раз. При этом разность между наибольшим и
наименьшим значениями времени движения шарика не должна превышать
0,3% среднего его значения.
Динамическую вязкость исследуемой жидкости вычисляют по
формуле:
"эта" = К("ро " - "ро ")t ,
ш ж ср
где "эта" - динамическая вязкость; К - постоянная
вискозиметра; "рo " и "рo " - плотности шарика и жидкости
ш ж
соответственно; t - среднее время движения шарика между крайними
ср
метками.
Постоянная вискозиметра К определяется по формуле:
"эта0"
К = ---------------------,
("ро " - "ро ")t
ш 0ж 0ср
где "эта0" - динамическая вязкость градуировочной жидкости;
"ро " и "ро " - плотности шарика и градуировочной жидкости
ш 0ж
соответственно; t - среднее значение времени движения данного
0ср
шарика в градуировочной жидкости.
Число постоянных вискозиметра соответствует числу шариков,
входящих в комплект вискозиметра.
При необходимости постоянные прибора могут быть проверены по
вышеуказанной формуле с помощью градуировочных жидкостей с
известными значениями динамической вязкости (РД 50-366-82).
Плотность шариков "рo " вычисляют по формуле:
ш
6m
"ро " = --------,
ш 3
"пи"D
где m - масса шарика, определяемая взвешиванием; D - диаметр
шарика, измеряемый скобой типа СР по ГОСТу 11098-75.
Перед проведением измерений вискозиметр следует тщательно
промыть и высушить. Проверку вискозиметра производят в
соответствии с методическими указаниями (РД 50-366-82).
ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
ХРОМАТОГРАФИЯ
<< Пред. стр. 14 (из 116) След. >>
Список литературы по разделу