Методы изучения свойств ньютоновских и неньютоновских сред

реклама
Метод решения хорош, если с самого начала мы
можем предвидеть и далее подтвердить то, что,
следуя этому методу, мы достигнем цели.
Г. Лейбниц
1.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Если вы хотите научиться плавать, то смело
входите в воду, а если хотите научиться решать
задачи, то решайте их!
Д. Пойа
1.4.1. ОСОБЕННОСТИ ВИСКОЗИМЕТРИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СРЕД
Методы изучения свойств ньютоновских и неньютоновских сред,
изложены в литературе, указанной в п. 1.1, а более детально с ними можно
ознакомиться, например, в [17, 86, 87, 150, 151, 167]. Методы делятся на
стационарные, в которых характеристики течения и пр. не меняются со
временем,
и
нестационарные.
К
первом
типу
относятся,
например,
капиллярный и ротационный методы, метод падающего тела, а ко второму –
методы, связанные с колебаниями зонда около изучаемой жидкости:
вибрационный метод, метод крутильных колебаний и пр. Вискозиметрическая
теория
должна
обеспечивать
как абсолютный, так и относительный,
градуировочный, варианты реализации метода. К тому же внутри каждого
метода возможно деление на различные виды, исходя из геометрии элементов
системы, реализации внутренней и внешней гидродинамичкой задачи,
способам инициализации движения и др.
Измерение вязкости высокотемпературных расплавов является серьезной
задачей из-за необходимости принимать во внимание ряд явлений, обычно не
происходящих при низких температурах (см., например, [246] и пр.).
Исследования свойств металлургических расплавов, т.е. металлов и шлаков,
проводятся в приближении ньютоновских жидкостей, и их значения вязкости
лежат в интервале 0.001–10 Па•с, что не позволяет проводить измерения одним
прибором при близкой малой погрешности, к тому же в средах могут
присутствовать в некотролируемых количествах нерастворимые газовые
PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com
примеси. Число конструкционных материалов для элементов вискозиметра
ограничивается высокими температурами и возможностью взаимодействия
химически активной среды с ними. Эти условия и вытекающие из них
проблемы термостатирования, вакуумирования, герметизации образца и пр.
ограничивают
круг
методов,
приемлемых
для
изучения
свойств
металлургических расплавов.
Вопросы вискозиметрии расплавов широко обсуждались в литературе,
начиная с середины прошлого века [12, 15, 34, 39, 78], а все возможные для
этого случая методы детально рассмотрены в [42, 141, 166, 164, 177, 200]. Для
измерения
вязкости
представляется
расплавленных
наиболее
металлов
подходящим
крутильный
инструментом
и
вискозиметр
его
детальное
обсуждение будет проведено в гл. 2, а в гл. 3 будет рассмотрен вибрационный
метод, которым получено большинство результатов о поведении оксидных и
шлаковых систем.
Для высокотемпературных сред может быть использован вискозиметр с
падающем
телом,
представляющий
собой
трубку,
вертикальную
или
наклоненную под некоторым углом к вертикали (обычно ~ 10 o ), заполненную
исследуемой жидкостью. В основе математического описания лежит закон
Стокса, связывающий силу вязкого сопротивления, действующую на шар,
движущийся в бесконечной жидкости. Теория метода в настоящее время
корректно может быть примена к исследованию свойств только ньютоновских
жидкостей в связи со сложным для описания полем скоростей в трубке и то при
условии соблюдения ряда условий, в т.ч. традиционных и перечисленных в
п.1.2.2. Для изучения свойств металлов этот метод не применим, т.к. их
вязкость не попадает в интервал, в котором возможна ее надежная оценка.
Применение метода для изучения свойств шлаковых расплавов затрудняется
неточностью в измерении радиуса шара, обусловленной в т.ч. изменением
формы при налипании расплава и трудностью его изготовления правильной
сферической формы, сложностью термостатирования и пр. Наиболее часто
PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com
исследования расплавов проводятся капиллярным или ротационным методами.
Рассмотрим их теорию подробнее.
PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com
Скачать