מדידה ניסיונית של מהירות יישוב של חלקיקים כדוריים בנוזלים ויסקואלסטיים לא מכופתרים ומרותקים על בסיס חומרים פעילי שטח

המטרה הכוללת של הליך זה היא למדוד את מהירויות השיקוע הסופיות של חלקיקים כדוריים בנוזלים ויסקו-אלסטיים מבוססי פעילי שטח בלתי מוגבלים ומוגבלים בעלי תצורה משתנה. זה מושג על ידי הכנת נוזלים ויסקו-אלסטיים מבוססי פעילי שטח בריכוזים שונים כדי להשיג מגוון רחב של תכונות לוגיות אמיתיות. השלב השני הוא למדוד את מהירויות השקיעה של חלקיקים בנוזלים בלתי מוגבלים בכוסות בקוטר, גדולות בהרבה מהחלקיק על פני מגוון רחב של תכונות רדיולוגיות נוזליות.

לאחר מכן, מהירות השקיעה של החלקיקים נמדדת בנוכחות קירות מקבילים בתא ניסוי לוח מקביל עשוי פרספקס. השלב האחרון הוא מדידת התכונות הרדיולוגיות של הנוזלים. באמצעות ter, התכונות מתואמות עם מהירויות השקיעה של חלקיקים.

בסופו של דבר, הניסוי מסייע במדידת מהירויות השיקוע בנוזלים פעילי שטח ויסקו-אלסטיים בלתי מוגבלים ומוגבלים כפונקציה של התכונות הלוגיות האמיתיות שלהם. הנתונים יכולים להוות בסיס לכימות השפעת גמישות הנוזל על מהירויות התייצבות. הדגמה חזותית של שיטה זו חיונית כדי להבטיח שמעבדות אחרות יוכלו לשחזר את מה שאנו מדגימים בניסויים שלנו.

חשוב ביותר לקבל דיוק טוב במדידות אלו עבור יישומים מעשיים רבים כגון שבירה הידראולית, ייצור בתעשיית התרופות, עיבוד מוליכים למחצה וכן הלאה. תוצאות ניסוי מדויקות עבור שקיעת חלקיקים ונוזלים ויסקו-אלסטיים יכולות להוות בסיס לאימות סימולציות מספריות המחשבות את השפעת האלסטיות על הגרר על חלקיקים. כצעד ראשון, הכינו את שני הנוזלים הויסקו-אלסטיים השקופים אופטית שישמשו בניסוי זה.

מרכיב אחד הוא חומר פעילי שטח אוני, נתרן קסילן סולפונט. המרכיב השני הוא חומר פעילי שטח אוניק, NNN trimethyl one Okta de ammonium chloride. השתמש במים מזוקקים כדי לגוון את פעילי השטח, הריכוזים ולהקיף מגוון של צמיגות.

התחל בהוספת חומר פעילי שטח אוניק לכמות הנדרשת של מים מזוקקים. לאחר הערבוב, הוסיפו לתערובת זו את פעילי השטח הקטיוניים וערבבו במשך שתיים-שלוש דקות נוספות. לאחר הכנת התערובת, הניחו לה לנוח במשך שעתיים עד שש שעות כדי לשחרר בועות אוויר למדידה, השיגו כדורי זכוכית בקוטר שנע בין מילימטר אחד לחמישה מילימטרים.

השתמש במיקרוסקופ ברזולוציה גבוהה כדי למדוד את קוטר הכדורים ולהבטיח שהם חלקים וכמעט מושלמים. כדי למזער את השפעת הקירות התוחמים על מהירויות השיקוע של החרוזים. הפקידו את הנוזל הויסקו-אלסטי במיכל זכוכית בקוטר פי 25 לפחות מקוטר הכדורים לשימוש.

רשום את טמפרטורת החדר ואת טמפרטורת הנוזל בעזרת מדחום מעבדה, התקן מקל מטר לאורך צד המיכל. השתמש במצלמה ברזולוציה גבוהה המותקנת על חצובה כדי להקליט את תנועת החלקיק בנוזל. טבלו בעדינות כדור זכוכית בנוזל ושחררו אותו כשהוא מתייצב.

הקלט את התהליך לאחר השלמת ההקלטה. השתמש בתוכנת ניתוח תמונות כדי לעקוב אחר מיקום הכדור בזמנים שונים. שרטט את המיקום האנכי של הכדור כפונקציה של זמן.

לאחר מכן חשב את מהירות שקיעת המסוף משיפוע הקו. חזור על הניסוי באותם תנאים עם אותו כדור לפחות שלוש פעמים. לאחר מכן חזור על השלבים עבור כדורים בקטרים שונים.

השתמש בנתונים שנאספו כדי לשרטט את מהירויות השיקוע לעומת קוטר הכדור, שכן בדוגמה זו, פסי השגיאה מציעים את השונות בשלוש המדידות עבור כל כדור. שימו לב שמהירות השקיעה עולה עם פרמטר קוטר הכדור. למדידה זו, בנה תא של פרספקס חלק עם קירות מקבילים לחלוטין זה לזה ויציאות גישה בחלק העליון והתחתון.

בתא זה יש פער של שמונה מילימטרים בין הקירות, היחס בין הפער והאורך האופקי צריך להיות קטן. אטום את אחת מיציאות הגישה ומלא את התא בנוזל ויסקו-אלסטי. רשום את טמפרטורת החדר ואת טמפרטורת הנוזל באמצעות מדחום מעבדה עם המצלמה ברזולוציה גבוהה מוכנה להקלטה, הנח את התא על צדו.

שחרר בעדינות חרוז זכוכית בתא דרך היציאה ואטום את היציאה עם פקק גומי. אפשר לכדור להתיישב ולהגיע לאמצע התא. סובב את התא כך שיהיה אנכי והכדור יוכל להתייצב.

הניחו מטר. היצמד לאורך הקלטת כדור התנועה באמצעות מצלמת הווידאו ברזולוציה גבוהה. השתמש בתוכנית ניתוח התמונה כדי לקבוע את מהירות ההתייצבות כמו קודם.

כדי לאפיין את הנוזל, השתמש ב-TER כדי למדוד את הצמיגות שלו כפונקציה של קצב עצום. ראשית, ודא שטמפרטורת הכוס זהה לטמפרטורה שנמדדה במהלך הניסוי. לאחר מכן שנה את הקצב העצום מ-0.1 לשנייה ל-800 לשנייה.

בצע לפחות 10 מדידות בעשור עבור הנוזל והכדורים בניסויי השיקוע. חשב את קצב הגזירה הממוצע של החלקיקים על פני השטח המוגדר כאן. V היא מהירות ההתייצבות ו-DP הוא קוטר הכדור.

לאחר מכן, הגדר עקומת נעילת כוח בקצב הגזירה עבור הצמיגות. כאשר K הוא מדד עקביות הזרימה ו- N הוא מדד התנהגות הזרימה. התאם עקומה זו לתרשים הצמיגות לעומת קצב הגזירה עבור ערכים הקרובים לקצב הגזירה המחושב.

המשך באפיון על ידי ביצוע תנודה דינמית. מדידות עצומות על פני טווח התדרים. 0.1 רד, לשנייה עד 100 רד, לשנייה.

מדוד את המודול האלסטי ואת המודול הצמיג במינימום של 10 נקודות לעשור ואז התאם את היחס בין המוד I למודל מקסוול כדי לקבוע את זמן ההרפיה של הנוזל. התחל לחקור את השפעת גמישות הנוזל על ידי מציאת הצמיגות המשקעת בנוזל לא אלסטי לא מוגבל. עשה זאת על ידי שימוש ב-K ו-n ממחקרי האפיון, צפיפות הנוזל ומספר ריינולדס.

עבור כדור הנופל בנוזל חוק כוח, המשך בחישוב יחס המהירות המוגדר כמהירות השקיעה הניסיונית בנוזל בלתי מוגבל על מהירות השיקוע בהתבסס על צמיגות חוק הכוח. באמצעות ערכי k ו-n משרטטים את יחס המהירות כפונקציה של קוטר הכדור עבור נוזלים שונים. במקרה זה, כדורים קטנים יותר חווים הפחתת גרר וכדורים גדולים יותר חווים.

שיפור גרר קובע את גורם הקיר עבור כדור בקוטר נתון על ידי חלוקת מהירות השקיעה בנוכחות קירות במהירות השקיעה בנוזל הבלתי מוגבל. עבור תרשים נוזל נתון, הקיר גורם כפונקציה של קוטר הכדור ליחס מרווח הקיר R כפי שמוצג כאן. נתונים אלה מראים שגורמי הקיר יורדים עם עליית הערך של R.זה מצביע על כך שהשפעות עיכוב הקיר גדלות ככל שקוטר הכדור הופך להיות דומה למרווח הקירות.

שימו לב שגורם הקיר אינו ייחודי בערך R בניגוד לנוזלים ניוטוניים ותלוי במרווח הקירות. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור כי רדיולוגיה נוזלית היא פונקציה חזקה של הטמפרטורה. יש לרשום במדויק את הטמפרטורה בה מבוצע הניסוי, ולמדוד את הנוזלים באותה טמפרטורה.

חשוב מאוד לניסוי לבדוק את הדיוק ואת יכולת החזרה של המדידות על ידי ביצוע ניסויים אלה במערכות מודל מסוימות כגון שקיעה של חלקיקים בנוזל בלתי מוגבל בתמיסות כגון גליצרול המובנות היטב. חשוב גם לחזור על מדידות אלו שלוש או ארבע פעמים כדי שתוכל לקבל מושג מהי יכולת החזרה של המדידות ודיוק המדידות.