×
27.05.2014
216.012.cb55

ИНЕРЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента динамической вязкости текучих сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от скорости сдвига, давления и температуры. Способ измерения вязкости включает прокачку испытуемой среды через канал круглой формы поперечного сечения и определение параметров движения среды, а именно касательного напряжения и сдвиговой скорости деформации на поверхности канала, по которым определяют вязкость среды. При этом канал имеет замкнутую форму тора, а прокачка испытуемой среды происходит под действием сил инерции и трения среды, возникших в результате резкой остановки вращающегося вокруг своей оси тора. Техническим результатом является повышение точности определения вязкости сред со сложными реологическими свойствами, зависящими одновременно от скорости сдвига, давления и температуры в широком диапазоне перечисленных параметров. 3 табл.
Основные результаты: Способ измерения вязкости, включающий прокачку испытуемой среды через канал круглой формы поперечного сечения и определение параметров движения среды, а именно касательного напряжения и сдвиговой скорости деформации на поверхности канала, по которым определяют вязкость среды, отличающийся тем, что канал имеет замкнутую форму тора, а прокачка испытуемой среды происходит под действием изменяющихся во времени сил инерции и трения среды, возникших в результате резкой остановки вращающегося вокруг своей оси тора.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента динамической вязкости текучих сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от скорости сдвига, давления и температуры.

Известен способ измерения коэффициента динамической вязкости (далее вязкости) сред, включающий определение момента силы трения на поверхности погруженного в испытуемую среду шпинделя формы цилиндр (конус, диск) при различных скоростях сдвига для испытуемой и эталонной сред (Мидлман С. Течение полимеров. Пер. с англ. Ю.Н.Панова под ред. А.Я.Малкина. - М.: Мир, 1971. - 360 с.). Способ реализован в ротационных вискозиметрах (Мидлман С. Течение полимеров. Пер. с англ. Ю.Н.Панова под ред. А.Я.Малкина. - М.: Мир, 1971. - 360 с.). Недостатком способа является невозможность создания на поверхности шпинделя условий однородности полей механических величин, что ведет к возникновению погрешности расчета касательных напряжений, сдвиговых скоростей деформаций и, как следствие, вязкости. Другим недостатком способа является сложность конструкции устройства, реализующего измерение вязкости при различных значениях гидростатического давления в испытуемой среде. Существенным совпадающим признаком аналога с заявляемым изобретением является процедура измерения момента силы трения на поверхности контакта среды и элемента устройства измерения вязкости.

Наиболее близким по физическим условиям течения испытуемой среды является способ, включающий прокачку испытуемой среды через канал известного размера и определение напряжения и скорости сдвига на стенке канала (Патент СССР №1716388, МПК G01N 11/04, опубл. 1992 г.). Способ реализован в капиллярных вискозиметрах. Недостатком способа является невозможность создания в объеме и на поверхности канала условий однородности гидростатического давления, так как процесс течения испытуемой среды обеспечивается именно перепадом давления по длине канала, что ведет к невозможности исследования сред, реологические свойства которых зависят от величины гидростатического давления. Существенными совпадающими признаками аналога (прототипа) с заявляемым изобретением являются физические условия течения, а именно реализация Пуазейлевского течения (Мидлман С. Течение полимеров. Пер. с англ. Ю.Н.Панова под ред. А.Л.Малкина. - М.: Мир, 1971. - 360 с.), а также наличие процедуры определения касательного напряжения и сдвиговой скорости деформации на поверхности канала.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в получении способа измерения вязкости сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от скорости сдвига, давления и температуры.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от прототипа течение испытуемой среды происходит в замкнутом канале формы тор под действием сил инерции и трения. Такое течение при определенных геометрических, кинематических и статических параметрах устройства обеспечивает с требуемой точностью выполнение требуемых условий однородности полей термомеханических величин. Определение величин касательного напряжения, скорости сдвиговой деформации и температуры испытуемой среды на поверхности тора, а также гидростатического давления во всем объеме тора, позволяет определить величину вязкости при различных значениях выше перечисленных параметров. Предлагаемый способ заключается в плавном разгоне и резкой остановке тора с испытуемой средой с последующим в процессе инерционного торможения измерением момента силы трения и профиля скорости среды вблизи стенки тора.

Сущность изобретения заключается в следующем.

По сути, вязкость является коэффициентом пропорциональности между компонентами девиатора напряжений и девиатора скоростей деформаций в обобщенном законе Р.Гука, описывающем реологическое поведение изотропных вязкопластичных сред в рамках основных положений механики сплошных сред и безмоментной теории напряжений (Кучеряев Б.В. Механика сплошных сред (теоретические основы обработки давлением композитных металлов с задачами и решениями, примерами и упражнениями): Учебник для вузов. М.: МИСиС, 2006. - 604 с.):

где Dσ - девиатор напряжений с компонентами sij;

µ - вязкость;

Dξ - девиатор скоростей деформаций с компонентами eij.

Поэтому для определения вязкости необходимо знать значения соответствующих компонент тензора напряжений и скоростей деформаций в какой-либо малой окрестности движущейся среды. В случае если поля физических величин обладают свойством однородности на какой-то поверхности и (или) в каком-то объеме, то значения выше названных компонент могут быть определены по сравнительно легко измеряемым интегральным характеристикам. Например, по известному моменту силы трения на поверхности контакта с испытуемой средой при условии, что вид напряженного состояния известен и напряженное состояние является однородным, на этой поверхности можно легко найти значение касательного напряжения.

Рассмотрим изотермическое инерционное тормозящееся течение вязкой несжимаемой среды в канале формы тор, характеризуемом радиусом образующей окружности r и расстоянием от центра оси симметрии тора до центра образующей окружности R. Среда закачана в тор под давлением . Исследуется инерционное движение среды, возникшее в результате резкой остановки тора. До момента остановки тор достаточное количество времени вращался с угловой скоростью ω0, поэтому угловая скорость всех материальных частиц среды одинакова и равна ω0, средняя линейная скорость составляет V00R. В начальный момент времени тор останавливается, среда при этом продолжает движение под действием сил инерции и трения. Предполагается, что в исследуемый промежуток времени действие силы гравитации незначительно, а движение среды происходит по стационарным линиям тока, образованным множеством соосных окружностей. Вводятся криволинейные ортогональные координаты: β1 - радиальная координата в плоскости образующей окружности, 0≤β1≤r; β2 - угловая координата в плоскости, перпендикулярной оси тора, 0≤β2≤2π; β3 - угловая координата в плоскости образующей окружности, перпендикулярной оси тора, 0≤β3≤2π. Коэффициенты Г.Лямэ hi преобразования координат составят:

В криволинейных координатах скорость движения среды характеризуется однокомпонентным вектором скорости , компоненты девиатора скоростей деформаций согласно формуле Дж.Стокса (Кучеряев Б.В. Механика сплошных сред (теоретические основы обработки давлением композитных металлов с задачами и решениями, примерами и упражнениями): Учебник для вузов. М.: МИСиС, 2006. - 604 с.) определяются по формуле:

Уравнения движения с учетом симметрии полей исследуемых термомеханических величин относительно оси тора ∂/∂β2=0, что для поля скоростей совпадает с условием несжимаемости среды, имеют вид:

где p0 - гидростатическое давление;

ρж - плотность среды (жидкости).

Используя аппарат теории подобия и анализа размерностей, можно выполнить оценку геометрических параметров тора, начальной скорости его вращения, а также свойств среды, при которых характеристики напряженно-деформированного состояния движущейся среды на поверхности тора и поле давления во всем объеме тора будут с достаточной степенью точности однородны. Процедура обезразмеривания переменных величин представлена в таблице 1. В качестве обезразмеривающей величины вязкости µ0 предлагается использовать вязкость, близкой по свойствам ньютоновской жидкости, а в качестве обезразмеривающей величины времени t0 - время инерционного движения среды с момента остановки тора до момента остановки среды.

Компоненты градиента скорости ∂V2/∂β1 и (1/h3)(∂V2/∂β3) вблизи поверхности тора можно сравнить в начальный момент времени, тогда компонента ∂V2/∂β1 обусловлена перепадом в результате условия прилипания среды к неподвижной стенке тора и при допущении о линейности составит приблизительно ∂V2/∂β1≈ω0R/r, компонента (1/h3)(∂V2/∂β3) обусловлена разницей окружных скоростей и составит приблизительно (1/h3)(∂V2/∂β3)≈ω02r/πr. Отношение компонент градиента составит приблизительно R/r, поэтому при значительной разнице радиусов вкладом компоненты градиента (1/h3)(∂V2/∂β3) в вектор градиента можно пренебречь.

Таблица 1
Обезразмеривание параметров уравнений (1)-(4)
Обозначение безразмерной величины Способ определения безразмерной величины Пределы изменения безразмерной
величины (если известны)
β1/r
β2/2π
β3/2π
h2/r
h3/r
V2/V 0
ij/V0 -
-
-
t/t0

С целью оценки значимости отдельных членов в уравнениях (1)-(4) вводятся безразмерный геометрический критерий γ=r/R, число Рейнольдса Re=(rV0ρж)/µ0, число Струхаля Sh=r/(t0V0) и аналог числа Эйлера . Порядок величин компонент девиатора скоростей деформаций и правых частей уравнений движения представлен в таблице 2.

Таким образом, при условии малости геометрического параметра (γ≤10-2) можно с погрешностью порядка γ утверждать, что компоненты девиатора скоростей деформаций (3) имеют вид:

Девиатор скоростей деформаций (5) однороден по всей поверхности тора. Для выполнения с заданной точностью условия однородности поля давления p0 по всему объему тора гидродинамический напор следует выбирать согласно рекомендациям, приведенным в таблице 3.

Таблица 2
Порядок величин членов уравнений (1)-(4)
Элемент математической модели Физическая величина или слагаемое уравнения Порядок величины Примечание
Девиатор скоростей деформаций γ≤10-2
Уравнение движения:
проекция на ось β1 γ≤10-2
проекция на ось β2 γ≤10-2
проекция на ось β3 γ≤10-2

Таблица 3
Условия однородности поля давления
γ Рекомендуемая величина гидродинамического напора, Па Порядок величины перепада давления по направлению, Па
0≤β1≤r 0≤β3≤π
10-2 105
10-3 105
10-2 106
10-3 106

Таким образом, при выполнении условий малости геометрического параметра (γ≤10-2), а также кинематических и статических условий

таблицы 3 можно с точностью порядка 100% и меньше определять вязкость испытуемой среды по формуле:

Компонента девиатора напряжений s12 является, по сути, касательным напряжением на поверхности тора, возникающим по причине инерционного тормозящегося течения испытуемой среды, и может быть определена на поверхности тора по известному моменту силы трения М:

Градиент скорости ∂V2/∂β1 может быть определен по результатам измерения скорости течения с помощью доплеровского измерителя скорости (Мидлман С. Течение полимеров. Пер. с англ. Ю.Н.Панова под ред. А.Я.Малкина. - М.: Мир, 1971. - 360 с.).

Способ осуществляется следующим образом.

В тор под давлением закачивается испытуемая среда. Затем тор плавно разгоняется до угловой скорости ω0, удовлетворяющей рекомендациям по величине гидродинамического напора (таблица 3), и резко останавливается. После остановки тора жидкость продолжает движение, в течение этого времени показания датчиков скорости и крутящего момента передаются на ЭВМ. Затем в фиксированный момент времени вычисляется величина касательного напряжения на поверхности тора по формуле (7) и градиент скорости жидкости на поверхности тора в виде конечно-разностного аналога производной: ∂V2/∂β1≈ΔV2/Δβ1. По формуле (6) определяется вязкость.

Предложенный способ измерения вязкости позволяет исследовать вязкость сред со сложными реологическими свойствами, зависящими одновременно от скорости сдвига, давления и температуры в широком диапазоне выше названных параметров. Выработанные рекомендации по выбору параметров и условий исследования позволяют производить высокоточные измерения вязкости.

Способ измерения вязкости, включающий прокачку испытуемой среды через канал круглой формы поперечного сечения и определение параметров движения среды, а именно касательного напряжения и сдвиговой скорости деформации на поверхности канала, по которым определяют вязкость среды, отличающийся тем, что канал имеет замкнутую форму тора, а прокачка испытуемой среды происходит под действием изменяющихся во времени сил инерции и трения среды, возникших в результате резкой остановки вращающегося вокруг своей оси тора.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 70.
10.01.2013
№216.012.1973

Газораспределительный механизм

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Механизм газораспределения содержит распределительный вал с кулачками, взаимодействующими с регулировочными шайбами толкателей, и клапаны, состоящие из стержня и головки. В толкателях расположены клапаны, которые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472007
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1974

Газораспределительный механизм двс

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Газораспределительный механизм ДВС состоит из распределительного вала с кулачками, рычагов привода клапанов, и клапанов. Кулачки взаимосвязаны с опорными тарелками пружин клапанов при помощи рычагов привода клапанов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472008
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1975

Газораспределительный механизм

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Газораспределительный механизм ДВС содержит клапаны с головками и стержнями, подвижно расположенными в направляющих втулках головки блока цилиндров ДВС. В стержнях выполнены продольные вертикально расположенные каналы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472009
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.02.2013
№216.012.268e

Адаптивная торсионная рессора

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств. Адаптивная торсионная рессора содержит стержень с рычагом, брус, поршень. Внутри стержня выполнен канал прямоугольного сечения с расположенным в нем подобного сечения брусом. Брус через двуплечий рычаг связан с кузовом рельсового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475390
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.06.2013
№216.012.4b18

Кабинет системной реабилитации женщин после радикального лечения по поводу рака молочной железы

Изобретение относится к медицине. Кабинет содержит распределенные зоны воздействий, в которых сгруппированы средства воздействия и средства коммутации. Распределенные зоны воздействий выполнены в виде обособленных помещений для осуществления обучающих воздействий на нескольких обучаемых....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484806
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.08.2013
№216.012.5c79

Прицеп

Изобретение относится к области безрельсовых транспортных средств. Прицеп содержит кузов и шасси с подкатной тележкой с установленным на ней поворотным кругом. Верхнее кольцо поворотного круга снабжено зубьями, взаимосвязанными с зубчатым колесом, закрепленным на упругом стержне, размещенном в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489294
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5dba

Комбинированный радиально-осевой газодинамический лепестковый подшипник скольжения

Изобретение относится к турбомашиностроению и может быть использовано в качестве опор высокоскоростных роторов машин и агрегатов, нагруженных радиальными и осевыми нагрузками, при необходимости обеспечить большую несущую способность при сохранении устойчивого положения ротора, в системах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489615
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.5f03

Машина для пиковки матрацев

Изобретение относится к оборудованию, применяемому в швейной промышленности, в частности для производства матрацев. Машина для пиковки матрацев включает в себя привод, механизм подъема и опускания иглы с клапаном, установленной эксцентрично на игловодителе, прижимную лапку, нитенабрасыватель,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489955
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.613b

Реверсивная комбинированная опора

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в роторных машинах, к которым предъявляются повышенные требования по быстроходности, возможности многократных пусков (остановов) и возможности реверсивности движения. Комбинированная опора содержит корпус и размещенные в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490523
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.6c4f

Механизм газораспределения двс

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания содержит клапан, стержень (8) которого снабжен резьбой (9) и одним своим концом жестко присоединен к круглой формы пластине (13), взаимодействующей с поверхностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493378
Дата охранного документа: 20.09.2013
Показаны записи 1-10 из 73.
10.06.2013
№216.012.4765

Устройство статико-импульсного раскатывания внутренней дорожки наружного кольца шарикоподшипника

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к деформирующим устройствам. Устройство содержит раскатку с оправкой и деформирующими элементами и гидроцилиндр. Гидроцилиндр выполнен с возможностью приложения к раскатке статической нагрузки. В гидроцилиндре расположены боек и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483857
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.4766

Способ статико-импульсного раскатывания внутренней дорожки наружного кольца шарикоподшипника

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к раскатыванию внутренней дорожки наружного кольца шарикоподшипника. Сообщают раскатке, содержащей оправку и деформирующие элементы, продольную подачу с помощью гидроцилиндра статической нагрузки и гидроцилиндра периодической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483858
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.08.2013
№216.012.5f03

Машина для пиковки матрацев

Изобретение относится к оборудованию, применяемому в швейной промышленности, в частности для производства матрацев. Машина для пиковки матрацев включает в себя привод, механизм подъема и опускания иглы с клапаном, установленной эксцентрично на игловодителе, прижимную лапку, нитенабрасыватель,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489955
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.613b

Реверсивная комбинированная опора

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в роторных машинах, к которым предъявляются повышенные требования по быстроходности, возможности многократных пусков (остановов) и возможности реверсивности движения. Комбинированная опора содержит корпус и размещенные в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490523
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.01.2014
№216.012.9351

Устройство для диагностики функционального состояния периферических сосудов

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для диагностики функционального состояния периферических сосудов содержит блок источников первичного оптического излучения, систему транспортировки первичного и вторичного излучения к биологической ткани и обратно, оптико-электронную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503407
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.03.2014
№216.012.acb5

Комбинированная опора

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в быстроходных роторных машинах, к которым предъявляются повышенные требования по быстроходности и возможности многократных пусков (остановов). Комбинированная опора состоит из корпуса, в котором установлены подшипник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509928
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.05.2014
№216.012.c63b

Способ подготовки поверхности изделий под напыление

Изобретение относится к области технологии нанесения покрытий для придания заранее заданных свойств, например высокой адгезии, износостойкости. Создание микрорельефа проводят четырьмя сдвоенными роликами с выфрезерованными на поверхности треугольными зубьями, расположенными под углом 40° к оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516506
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.05.2014
№216.012.cb33

Датчик угла наклона

Использование: для определения углов наклона различных объектов. Сущность изобретения заключается в том, что датчик угла наклона содержит корпус с цилиндрической камерой, заполненной однородной жидкостью, внутри которой посредством двух осей и подшипников установлена маятниковая пластина,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517785
Дата охранного документа: 27.05.2014
10.07.2014
№216.012.daac

Способ изготовления внутренних резьб

Изобретение относится к обработке металлов давлением и резанием. Способ осуществляют вращающимся метчиком с резьбовыми деформирующими элементами с открытым контуром и участками, обеспечивающими снятие стружки. Внутренний диаметр резьбы метчика на участке заборного конуса выполнен меньше...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521758
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.de64

Инерционный вискозиметр

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента динамической вязкости текучих сред со сложными реологическими свойствами, зависящими от скорости сдвига, давления и температуры. Устройство измерения вязкости состоит из частично или полностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522718
Дата охранного документа: 20.07.2014
+ добавить свой РИД