Метод наблюдения кинематики течения структурированных золей и суспензий

Реологические кривые неньютоновских жидкостей не указывают на природу сил сопротивления течению этих жидкостей и обычно позволяют судить о существовании предела текучести только путем экстраполяции. Такие измерения необходимо дополнить исследованиями кинематики течения, в частности распределения скоростей и локальной зависимости градиента скорости от касательных напряжений. Работы по визуализации кинематической структуры потока методами реперных точек (М. П. Воларович, Д. М. Толстой, П. Роллер и Ж. Стодард), двойного лучепреломления1 (Г. В. Виноградов, Е. Хаузер, Дж. Эдсалл, А. Петерлин) и др. позволили выяснить ряд интересных особенностей исследованных систем. Представляется, что такие методы заслуживают дальнейшего развития не только для выявления законов течения, но и для исследования взаимодействия частиц.

В разработанной установке можно наблюдать кинематику течения и определять отдельные элементы динамики потока. Основная ее часть — миниатюрный гидродинамический лоток, выполненный в виде коаксиального вискозиметра с широким зазором (60 мм) и неподвижным внешним цилиндром. Внутренний цилиндр (R = 50мм) вращается с постоянной скоростью (от 0,2 до 60 об/мин) или под действием известного крутящего момента. На поверхности испытуемой жидкости, по радиусу цилиндра, с помощью соответствующего устройства, размещаются через каждые 0,5-1,5 мм репервые точки (нерастворимые плавающие крупинки или капли жидкости), которые позволяют измерять локальные скорости сдвига. Для определения локального напряжения сдвига служат жесткие пластинки (площадь — 1см2, толщина — 0,08мм), размещенные непосредственно под поверхностью жидкости, перпендикулярно направлению течения. Подвес пластинки крепится на миниатюрных опорах с малым, известным трением. Упругий элемент (часовая спираль — волосок) компенсирует крутящий момент, приложенный к пластинке. При установившемся режиме течения момент измерялся величиной компенсирующего усилия волоска, в неустановившемся потоке — углом поворота подвеса пластинки при постоянном усилии волоска. Во втором случае, подвес связан со шторкой фотоэлемента, колебание тока которого записывается шлейфовым осциллографом. Каретка с продольным и поперечным микрометрическими винтами позволяет перемещать пластины (погрешность установки < 0,1 мм) по радиусу внешнего цилиндра. Для определения градиента напряжения служат две, три или четыре параллельные пластинки, между которыми реализуются условия близкие к однородному сдвигу (зазор от 0,5 до 2мм, погрешность 0,05мм).

сопоставлялись с вычисленными. В соответствии с теоретическими соображениями, развитыми Олдройдом, Страубриджем и Томсом, локальные характеристики течения вычислялись из следующих соотношений:

— угловая скорость вращения цилин-

дра,— крутящий момент, отнесенный к разности

=

где Rq — расстояние от центра, за которым движение реперных точек не наблюдается.

Н), радиальные движения жидкости, влияние толщины пластинок и краевой эффект зазора между ними. Но учитывая плохую воспроизводимость агрегирования исследованных систем и его чувствительность к внешним воздействиям, величина погрешностей при малой скорости вращения цилиндра лежит в допустимых пределах. Ошибка определения г не более 15%, v — 8%.