GIỚI THIỆU• rất hữu ích trong việc thu thập số liệu lưu biến • chia ra làm 3 loại chính: 1.mao quản áp suất cao 2.mao quản thủy tinh thường gọi là nhớt kế ống U, 3.nhớt kế ống Khác b
Trang 1Chương 2:
NHỚT KẾ LOẠI ỐNG
(Tube Viscometer)
Trang 209/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Tube Viscometer
2
• NỘI DUNG
2.1 GIỚI THIỆU
2.2 PHƯƠNG TRÌNH RABINOWITSCH - MOONEY
2.3 PROFIL VẬN TỐC Ở TRẠNG THÁI CHẢY TẦNG
2.4 TIÊU CHUẨN CHO DÒNG CHẢY TẦNG
2.5 HIỆU CHỈNH SỐ LIỆU
2.6 XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT DƯ
2.7 PROFIL VẬN TỐC CHO TRẠNG THÁI CHẢY
RỐI
Trang 32.1 GIỚI THIỆU
• rất hữu ích trong việc thu thập số liệu lưu biến
• chia ra làm 3 loại chính:
1.mao quản áp suất cao
2.mao quản thủy tinh (thường gọi là nhớt kế ống U), 3.nhớt kế ống
Khác biệt chính giữa loại mao quản và loại ống là đường kính ống
loại mao quản thương mại trong khoảng 0,1
đến 4 mm và góc vào thay đổi từ 15 đến 900
Nhớt kế ống D=7 mm (từ 12 đến 32 mm nhưng ít thông dụng) Giá trị tỉ số L/D thay đổi từ 12
Trang 409/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Tube Viscometer
4
• Nhớt kế ống U được thiết kế hoạt động do trọng lực
• Loại mao quản áp suất cao hoạt động do một piston nén
hoặc khí nén Có thể dùng bơm hoặc khí nén làm động lực cho nhớt kế
Các số liệu thô:
độ giảm áp ( δ P),
lưu lượng thể tích (Q)
khối lượng riêng ρ
Ở đây tập trung khảo sát cho các lưu chất độc lập với thời gian
Trang 5Ostwald
Trang 609/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Trang 7Hình 2.3 Nhớt kế hoạt động bằng khí nén
Đầu dò nhiệt
Trang 809/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Tube Viscometer
8
2.2 PHƯƠNG TRÌNH RABINOWITSCH - MOONEY
Các giả thiết khi thiết lập phương trình là:
Dòng chảy tầng và ổn định
Hiệu ứng đột thu không đáng kể
Lưu chất không chịu nén
Các tính chất không biến đổi theo áp suất hoặc thời gian
Nhiệt độ không đổi
Không có hiện tượng trượt tại tường ống
Các thành phần vận tốc theo phương bán kính và tiếp tuyến bằng không.
Trang 9Xét lưu chất chảy qua ống nằm ngang có L và
Cân bằng lực giữa ứng suất tạo nên dòng chảy và ứng suất chống lại dòng chảy trên một
phân tố lưu chất có bán kính r, chiều dài L là:
và giải ra theo ứng suất:
L 2
r
P rL
2
r
P 2 = δ π
π δ
Trang 1009/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Tube Viscometer
10
(2.2) cho thấy ứng suất biến dạng thay đổi từ 0 tại tâm ống (r = 0) đến cực đại tại tường (r = R)
Giá trị ứng suất biến dạng cực đại tại
tường là
L 2
R P
δ
Trang 11Xác định suất biến dạng xét phân tố lưu
chất có thể tích dQ với bán kính r và r +
dr
dQ = u2 π rdr (2.4)
u là vận tốc dài tại r
Lưu lượng thể tích được xác định bằng cách lấy tích phân (2.4) theo r
u.2r.dr
Q
Trang 1209/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
2 r
0
2 r
2
Trang 13phương trình Rabinowitsch - Mooney cho suất
biến dạng tại tường
= τ
=
γ
t
3 t
3 t
.
d
) R /
Q (
d R
Q
3 )
( f
=
γ
t
t t
.
d
d 4
4
3 )
( f
Ph tr trên có thể biểu diễn theo suất biến dạng tại tường biểu kiến Γ
Trang 1409/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
=
γ
t
tt
d
d 4
4
3 )
( f
=
γ
) (ln
d
) (ln
d 4
1 4
3 )
(f
tt
1 '
n 3
.
trong đó n' =
) (ln
d
) (ln
Γ τ
Trang 15• n' là hệ số góc của đường biểu diễn ln( τ t ) theo ln( Γ )
• lưu chất phi Newton tuân theo luật lũy thừa,
đường biểu diễn là đường thẳng có hệ số góc n' =
n Ngoài ra, đường biểu diễn trên tọa độ logarit hơi cong có thể được bỏ qua.
Trang 1609/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Tube Viscometer
16
(1) Áp dụng vào lưu chất Newton
• Tích phân cho
• Thay biểu thức ứng suất cắt tại tường vào
phương trình trên ta được phương trình Hagen - Poiseuille
•
µ
τ
= µ
= π
τ
4 4
1 R
0
4
3 t 3
R ) P (
Trang 17• Ngoài ra nếu phương trình này được viết theo
biểu thức định nghĩa của lưu chất Newton ( τ t =
µ γ) thì công thức để định nghĩa suất biến dạng tại tường là
Trang 1809/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Tube Viscometer
18
(2) Áp dụng vào lưu chất theo luật lũy thừa
• Giải ph tr tổng quát cho lưu chất theo luật lũy
thừa bằng cách thay γ = f( τ ) = ( τ /K)1/n
∫
τ
τ τ
= τ
= π
t t
0
n
12n
/1
3t0
n/
12
3t
K
1 d
K
1 R
Q
Trang 19• Viết ph tr trên theo định nghĩa của lưu chất
theo luật lũy thừa ( τ t = K γ tn ) thì công thức để tính suất biến dạng tại tường là Phương
.
3 t
R
Q
4 n
4
1 n
Trang 2009/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
τ
−
τ τ
+ τ τ
= π
0 0
0
23
t0
23
τ µ
τ
−
τ τ
= π
0
0
d
1 R
Q
B
0
23
t3
Trang 21• Vì suất biến dạng bằng không khi ứng suất biến
dạng nhỏ hơn ứng suất dư, ph.tr đơn giản còn
τ
τ τ
τ
2 3
3
1
d R
Q
B t
Trang 2209/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
τ
τ +
+ +
0 t
0
n /1
t
0
n
/1 t
1 n
n
2 1
1 n 2
/ 1
1 K
1 n 3
n
4 32
D
Trang 232.3 PROFILE VẬN TỐC Ở TRẠNG THÁI CHẢY
xác định chiều dài ống thích hợp cho
quá trình xử lý nhiệt.
Vì nhớt kế ống hoạt động trong chế độ chảy tầng nên ở đây chỉ trình bày profile vận tốc ở chế độ chảy tầng
Trang 2409/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Tube Viscometer
24
2.4 TIÊU CHUẨN CHO DÒNG CHẢY TẦNG
phải hoạt động trong chế độ chảy tầng Trạng
thái chảy rối ít khi xãy ra trong nhớt kế mao quản
áp suất cao nhưng có thể là vấn đề cho nhớt kế ống có đường kính lớn hay lưu chất có nhớt thấp.
Tiêu chuẩn:
lưu chất Newton là Re < 2.100,
chuyển tiếp Re = 1225 -ø 3000
Trang 25• Với lưu chất phi Newton theo luật lũy thừa chảy
tầng khi (Ryan và Johnson, 1959)
• ReLT < = ReLT tới hạn
n22
n 2
1 n
3 1
n 646
Trang 2609/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Trang 272.5 HIỆU CHỈNH SỐ LIỆU
Có nhiều sai số có thể mắc phải khi sử dụng nhớt kế loại ống
Tổn thất áp suất hiệu dụng
Tổn thất năng lượng do tính nhớt và tính đàn hồi khi lưu chất vào và ra hai đầu ống mao quản
Tổn thất năng lượng do biến dạng đàn hồi cuả lưu chất
Chung Chung
Lưu chất đàn hồi nhớt
Trang 2809/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Trang 29Yếu tố sai số Nguyên nhân Khả năng ứng
Sự biến đổi thời gian đi trong mao quản
Lưu chất nhiều pha (huyen phu)
Lưu chất thixotropy và rheopectic
Trang 3009/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Tube Viscometer
30
2.6 XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT DƯ
• Xác định ứng suất dư từ nhớt kế ống bằng cách
đo ứng suất bắt đầu tạo nên dòng chảy Đo Tổn thất áp suất tối thiểu (ΔPmin) trên nhớt kế ống và tính τ0
2L
P) (
Trang 312.7 PROFIL VẬN TỐC CHO TRẠNG THÁI CHẢY RỐI
r/R
u/
Trang 3209/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
n=1,0
n=2,0
Profil vận tốc cho lưu chất theo luật lũy thừa với giá
trị khác nhau của n
Trang 33Profil vận tốc chảy tầng cho chất dẻo Bingham
với các trị số khác nhau của c = τ0 / τt
c=0,8c=0,6c=0,4c=0,2c=0,0
Trang 3409/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Tube Viscometer
34
Xác định hiệu ứng đột thu cho mỗi bán kính
Hiệu chỉnh số liệu độ giảm áp
Tính ứng suất tại tường Xác định hệ số trượt
Hiệu chỉnh số liệu lưu lượng
Tính suất biến dạng tại tường Xây dựng giản đồ lưu biến
Trình tự phân tích số liệu nhớt kế loại ống cho lưu chất độc lập thời gian
Trang 35Độ nhớt biểu kiến của dung dịch Carbopol 0.11%k.l , pH=6.2 , mô hình Herschel - Bulkley cho vùng suất biến
Trang 3609/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong -
Tube Viscometer
36
