القياس التجريبي لسرعة تسوية الجسيمات الكروية في السوائل اللزوجة غير المحصورة والمقيدة بالتخلص من السطحي

الهدف العام من هذا الإجراء هو قياس سرعات الترسيب الطرفية للجسيمات الكروية في سوائل لزجة مرنة قائمة على الفاعل بالسطح غير محدودة ومحدودة من علم متفاوت. يتم تحقيق ذلك عن طريق تحضير سوائل لزجة مرنة قائمة على الفاعل بالسطح بتركيزات مختلفة للحصول على مجموعة واسعة من الخصائص المنطقية الحقيقية. تتمثل الخطوة الثانية في قياس سرعات ترسيب الجسيمات في سوائل غير محدودة في أكواب قطرها ، أكبر بكثير من الجسيم على نطاق واسع من الخصائص الإشعاعية للسوائل.

بعد ذلك ، يتم قياس سرعة ترسيب الجسيمات في وجود جدران متوازية في خلية تجريبية متوازية مصنوعة من زجاج شبكي. الخطوة الأخيرة هي قياس الخصائص الإشعاعية للسوائل. باستخدام ter ، ترتبط الخصائص بسرعات ترسيب الجسيمات.

في النهاية ، تساعد التجربة في قياس سرعات الترسيب في سوائل الفاعل بالسطح اللزجة غير المحدودة والمحددة كدالة لخصائصها المنطقية الحقيقية. يمكن أن تكون البيانات أساسا لقياس تأثير مرونة السوائل على سرعات الترسيب. يعد العرض المرئي لهذه الطريقة ضروريا لضمان أن المختبرات الأخرى يمكنها إعادة إنتاج ما نعرضه في تجاربنا.

من المهم للغاية الحصول على دقة جيدة في هذه القياسات للعديد من التطبيقات العملية مثل التكسير الهيدروليكي والتصنيع في صناعة الأدوية ومعالجة أشباه الموصلات وما إلى ذلك. يمكن أن تشكل النتائج التجريبية الدقيقة لترسيب الجسيمات والسوائل اللزجة المرنة أساسا للتحقق من صحة المحاكاة العددية التي تحسب تأثير المرونة على السحب على الجسيمات. كخطوة أولى ، قم بإعداد المكونين من السوائل اللزجة المرنة الشفافة بصريا التي سيتم استخدامها في هذه التجربة.

أحد المكونات هو خافض للتوتر السطحي ، سلفونات زيلين الصوديوم. المكون الآخر هو خافض للتوتر السطحي ، NNN ثلاثي ميثيل واحد Okta de كلوريد الأمونيوم. استخدم الماء المقطر لتغيير المادة الخافضة للتوتر السطحي والتركيزات وتمتد على مجموعة من اللزوجة.

ابدأ بإضافة الفاعل بالسطح الوريدي إلى الكمية المطلوبة من الماء المقطر. بعد الخلط ، أضف الفاعل بالسطح الكاتيوني إلى هذا الخليط واخلطه لمدة دقيقتين إلى ثلاث دقائق إضافية. بمجرد تحضير الخليط ، اتركه يرتاح لمدة ساعتين إلى ست ساعات لإطلاق فقاعات هواء للقياس ، والحصول على كرات زجاجية بأقطار تتراوح من واحد إلى خمسة ملليمترات.

استخدم مجهرا عالي الدقة لقياس أقطار الكرات والتأكد من أنها ناعمة وقريبة من الكمال. لتقليل تأثير الجدران المحصورة على سرعات ترسيب الخرز. قم بإيداع السائل اللزج المرن في وعاء زجاجي بقطر لا يقل عن 25 ضعف قطر الكرات المراد استخدامها.

سجل درجة حرارة الغرفة ودرجة حرارة السائل باستخدام مقياس حرارة المختبر ، قم بتركيب عصا متر على طول جانب الحاوية. استخدم كاميرا عالية الدقة مثبتة على حامل ثلاثي القوائم لتسجيل حركة الجسيم في السائل. اغمر كرة زجاجية برفق في السائل وحررها عندما تستقر.

سجل العملية بمجرد اكتمال التسجيل. استخدم برنامج تحليل الصور لتتبع موضع الكرة في أوقات مختلفة. ارسم الوضع الرأسي للكرة كدالة للوقت.

ثم احسب سرعة الترسيب الطرفي من ميل الخط. كرر التجربة في نفس الظروف مع نفس الكرة ثلاث مرات على الأقل. ثم كرر الخطوات للمجالات بأقطار مختلفة.

استخدم البيانات التي تم جمعها لرسم سرعات الترسيب مقابل قطر الكرة ، كما في هذا المثال ، تشير أشرطة الخطأ إلى التباين في القياسات الثلاثة لكل كرة. لاحظ أن سرعة الترسيب تزداد مع معلمة قطر الكرة. لهذا القياس ، قم ببناء خلية من زجاج شبكي أملس بجدران موازية تماما لبعضها البعض ومنافذ الوصول في الأعلى والأسفل.

تحتوي هذه الخلية على فجوة ثمانية ملليمترات بين الجدران ، ويجب أن تكون نسبة الفجوة والطول الأفقي صغيرة. أغلق أحد منافذ الوصول واملأ الخلية بسائل لزج مرن. سجل درجة حرارة الغرفة ودرجة حرارة السائل باستخدام مقياس حرارة مختبري مع كاميرا عالية الدقة جاهزة للتسجيل ، ضع الخلية على جانبها.

حرر حبة زجاجية برفق في الخلية من خلال المنفذ وأغلق المنفذ بسدادة مطاطية. اسمح للكرة بالاستقرار والوصول إلى منتصف الخلية. قم بتدوير الخلية بحيث تكون رأسية ويمكن للكرة أن تستقر

ضع عداد. التزم على طول سجل مجال الحركة باستخدام كاميرا الفيديو عالية الدقة. استخدم برنامج تحليل الصور لتحديد سرعة الترسيب كما كان من قبل.

لتوصيف السائل ، استخدم TER لقياس لزوجته كدالة للمعدل الهائل. أولا ، تأكد من أن درجة حرارة الكوب هي نفس درجة الحرارة المقاسة أثناء التجربة. ثم قم بتغيير المعدل الهائل من 0.1 في الثانية إلى 800 في الثانية.

خذ ما لا يقل عن 10 قياسات في العقد للسوائل والكرات في تجارب الترسيب. احسب متوسط معدل قص الجسيمات السطحي المحدد هنا. V هي سرعة الترسيب و DP هو قطر الكرة.

بعد ذلك ، حدد منحنى قفل الطاقة في معدل القص للزوجة. مع كون K هو مؤشر تناسق التدفق و N هو مؤشر سلوك التدفق. قم بملاءمة هذا المنحنى مع مخطط اللزوجة مقابل معدل القص للقيم القريبة من معدل القص المحسوب.

استمر في التوصيف عن طريق إجراء التذبذب الديناميكي. قياسات مطلقة على مدى الترددات. 0.1 راد في الثانية إلى 100 راد في الثانية.

قم بقياس معامل المرونة والمعامل اللزج عند 10 نقاط لكل عقد كحد أدنى ، ثم قم بتركيب نسبة mod I إلى نموذج Maxwell لتحديد وقت استرخاء السائل. ابدأ في التحقيق في تأثير مرونة السوائل من خلال إيجاد لزوجة الترسيب في سائل غير مرن غير محصور. افعل ذلك باستخدام K و n من دراسات التوصيف وكثافة السوائل ورقم رينولدز.

بالنسبة للكرة التي تسقط في سائل قانون القدرة ، استمر بحساب نسبة السرعة المحددة على أنها سرعة الترسيب التجريبية في سائل غير محدود على سرعة الترسيب بناء على لزوجة قانون الطاقة. باستخدام قيم k و n ، ارسم نسبة السرعة كدالة لقطر الكرة للسوائل المختلفة. في هذه الحالة ، تشهد المجالات الأصغر تجربة تقليل السحب والمجالات الأكبر.

يحدد تحسين السحب عامل الجدار لكرة قطرها معين بقسمة سرعة الترسيب في وجود الجدران على سرعة الترسيب في السائل غير المحدود. بالنسبة لمخطط سائل معين ، فإن عوامل الجدار كدالة لقطر الكرة إلى نسبة تباعد الجدار R كما هو موضح هنا. تظهر هذه البيانات أن عوامل الجدار تنخفض مع زيادة قيمة R.This يشير إلى أن تأثيرات تأخر الجدار تزداد حيث تصبح أقطار الكرة قابلة للمقارنة مع تباعد الجدران.

لاحظ أن عامل الجدار ليس فريدا بقيمة R على عكس السوائل النيوتونية ويعتمد على تباعد الجدار. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن أشعة السوائل هي وظيفة قوية لدرجة الحرارة. يجب تسجيل درجة الحرارة التي يتم عندها إجراء التجربة بدقة ، ويجب قياس علم السوائل عند نفس درجة الحرارة.

من المهم جدا للتجريبي التحقق من دقة وتكرار القياسات عن طريق إجراء هذه التجارب على بعض الأنظمة النموذجية مثل ترسيب الجسيمات في سائل غير محدود في محاليل مثل الجلسرين المفهومة جيدا. من المهم أيضا تكرار هذه القياسات ثلاث أو أربع مرات حتى تتمكن من الحصول على فكرة عن قابلية تكرار القياسات ودقة القياسات.