在线粘度计SRV进行非牛顿流体粘度测量
许多(如果不是大多数的话)流体表现出非牛顿行为。 当流体的测得粘度取决于进行测量的剪切速率时,则称其为非牛顿流体。
1.非牛顿流体简介
粘度定义为当流体受到均匀剪切时的剪切应力与剪切速率之比,如图1所示:
图1:在两个平行板之间剪切的牛顿流体
当阻力(剪切应力)与下板速度(剪切速率)成比例时,该流体称为牛顿流体。 其粘度与阻力与速度之比成正比。 因此,粘度不取决于剪切的速度。 剪切应力只会增加以与剪切速率保持一致。 剪切应力与剪切速率之比越大,粘度越高(下图2中的两条直线):
图2:牛顿流体和剪切稀化流体的行为
牛顿流体和非牛顿流体
针对 牛顿流体,改变施加在流体上的力不会改变其粘度。 随着施加力的变化,粘度保持恒定。 在一个 牛顿流体 剪切应力和剪切速率之间的关系是线性的,通过原点,比例常数是粘度系数。
非牛顿 流体的粘度随施加在流体上的力的大小而变化。 粘度随着施加力的变化而变化。 在一个 非牛顿流体 剪切应力与剪切速率之间的关系是不同的,甚至可能与时间有关(与时间有关的粘度)–无法为非牛顿流体定义恒定的粘度系数,因为对于牛顿流体可能无法定义恒定的粘度系数。
对于非牛顿流体,通常在流体力学中用来表征流体剪切特性的粘度概念还不够充分。 取而代之的是,通过其他几种流变特性对它们进行最佳研究,这些特性与在许多不同流量条件下使用不同设备或流变仪测量的应力和应变率张量有关。
参考– https://www.wikilectures.eu/w/Non-Newtonian_fluid (图片–知识共享许可)
许多流体共有的一种非牛顿行为是,随着粘度计的剪切速率上升,测得的粘度降低。 这称为剪切稀化行为。 剪切稀化液的剪切应力与剪切速率之比开始时较高,但随着剪切速率的增加而变小。 在上面的图2中,剪切稀化液的剪切应力与剪切速率的曲线开始于平行于高粘度流体的曲线,并逐渐平行于低粘度流体的曲线。 流体变得稀薄,因此剪切得更快。
大多数流体在剪切应力和剪切速率之间表现出非线性关系。 这意味着测得的粘度取决于用于测量的粘度计的类型。 SRV的剪切速率比大多数旋转杯式,毛细管杯式和流出杯式粘度计高得多。 因此,SRV经常会显示出与实验室旋转仪器不同的粘度。
以下段落描述了典型剪切稀化流体的测量,以及使用 Rheonics SRV。
2.稀疏材料的粘度测量
浓缩洗涤剂溶液,例如洗发水、洗洁精和织物柔软剂,通常表现出剪切稀化行为。 当使用旋转粘度计(例如Brookfield DV)测量它们的粘度时,指示的粘度随着转子转速的增加而降低。 以下chart,图 3,说明了这种剪切稀化行为:
图3(a)典型的旋转粘度计– Brookfield DV3(b) 指示粘度与粘度计主轴转速的关系,用于在旋转粘度计上进行织物软化
尽管大多数粘度计的剪切速率没有明确定义,但可以证明振动粘度计的剪切速率,例如 Rheonics SRV 比典型的 Brookfield、Fann 或其他旋转粘度计高一百倍以上。 这意味着 SRV 在剪切速率曲线的高剪切尾部运行。 它指示的粘度明显低于大多数其他非振动粘度测量过程。
当用一个测量 Rheonics SRV 粘度计,织物柔软剂给出的指示粘度为 9.7 cPs。 低得多的值可以追溯到图 1 中看到的相同现象,即粘度随着主轴速度的增加而降低。 该材料是剪切稀化的,SRV 的剪切速率比典型旋转粘度计所能达到的剪切速率高出大约两个数量级。 因此,除了严格牛顿流体(即与剪切速率无关的流体)之外,不可能在 SRV 和旋转粘度计之间获得数值匹配。
这对流体高度依赖剪切的应用意味着什么? 这在很大程度上取决于SRV的用途。
图4.在线粘度计(左)并安装在用于在线应用的流水线适配器中
在线粘度计的一种典型用途是监测产品的粘度,以验证其粘度是否保持恒定。 然后操作员可以调整工艺参数以将粘度保持在指定范围内。 在这种情况下,可以推导出一个转换公式,允许 Rheonics SRV 读数与定义剪切条件下的实验室测量结果相关。
或者, Rheonics SRV 可用作控制回路中的传感器,自动调节一个或多个工艺参数,以将产品粘度保持在指定限度内。 典型的应用是柔版印刷机或轮转凹版印刷机,其中 Rheonics SRV用于保持印刷油墨的粘度恒定。
无论哪种情况,当监测或控制高度非牛顿流体,例如含肥皂和表面活性剂的产品时,SRV必须在流过传感器的流体中运行。 如果仅将其浸入产品烧杯中,将不会产生可再现的读数。 当在包含流动产品的生产线中使用时,它将对产品粘度的任何变化给出清晰且可重复的响应。
注意: 流态(一致性)对于获得可靠和准确的监测非常重要oring 在非牛顿过程流体中。 使流体流过传感器,并通过在所有测量期间具有相似的流体速度和横截面来确保一致的流态。
3. 测试适用性的建议 Rheonics SRV 到非牛顿流体的测量
评估时 Rheonics SRV 对于特定的在线测量,必须在实际过程条件下操作 SRV。 SRV 必须放置在产品流动的生产线中,并记录生产线运行期间的粘度和温度。
绝对不要基于静态测量来评估SRV,这是绝对必要的。 将SRV放在固定液体的烧杯中,通常不会给出与实际过程管线中的测量值一致的测量结果,而实际生产线上的测量值通常与该过程的操作速率相同。
对于不清楚是否 Rheonics SRV 将提供有用的测量结果,请联系 Rheonics 安排试用您应用中的 SRV 传感器之一。
图5.在管道中安装SRV和SRD