閉じ込められていない狭間性界面活性剤ベースの剪断間粘弾性流体における球状粒子の沈降速度の実験的測定

この手順の全体的な目標は、さまざまな学数の非有界面活性剤ベースの粘弾性流体中の球状粒子の終末沈降速度を測定することです。これは、さまざまな濃度の界面活性剤ベースの粘弾性流体を調製して、広範囲の実際の論理特性を得ることによって達成されます。2番目のステップは、直径のビーカー内の非境界流体中の粒子の沈降速度を測定することです。これは、広範囲の流体放射線特性にわたって粒子よりもはるかに大きいです。

次に、プレキシガラス製の平行板実験セルに平行な壁が存在する状態で、粒子の沈降速度を測定します。最後のステップは、流体の放射線特性を測定することです。terを使用すると、特性は粒子の整定速度と相関します。

最終的に、この実験は、非有界粘弾性界面活性剤流体の沈降速度を、その実際の論理特性の関数として測定するのに役立ちます。このデータは、沈降速度に対する流体の弾性の影響を定量化するための基礎となります。この手法を視覚的に実証することは、私たちが実験で実証していることを他の研究室が再現できるようにするために不可欠です。

水圧破砕、製薬業界での製造、半導体加工など、多くの実用的なアプリケーションでは、これらの測定で高い精度を得ることが非常に重要です。粒子の沈降流体と粘弾性流体の正確な実験結果は、粒子の抗力に対する弾性の影響を計算する数値シミュレーションを検証するための基礎をさらに形成できます。最初のステップとして、この実験で使用する2成分の光学的に透明な粘弾性流体を準備します。

その成分の一つが、オニック界面活性剤であるキシレンスルホン酸ナトリウムです。もう1つの成分は、オン性界面活性剤、NNNトリメチル1オクタデ塩化アンモニウムです。蒸留水を使用して、界面活性剤、濃度を変化させ、さまざまな粘度にまたがります。

まず、必要な量の蒸留水にオニック界面活性剤を加えます。混合後、この混合物にカチオン性界面活性剤を加え、さらに2〜3分間混合します。混合物が調製されたら、測定のために気泡を放出するために2〜6時間休ませ、直径1〜5ミリメートルの範囲のガラス球を得る。

高解像度の顕微鏡を使用して球の直径を測定し、球が滑らかでほぼ完璧であることを確認します。ビーズの沈降速度に対する閉じ込め壁の影響を最小限に抑えるため。使用する球の直径の少なくとも25倍の直径のガラス容器に粘弾性流体を堆積させます。

実験室の温度計で室温と流体温度を記録し、容器の側面に沿ってメータースティックを取り付けます。三脚に取り付けられた高解像度カメラを使用して、流体中の粒子の動きを記録します。ガラス球を液体にそっと浸し、沈殿したら放出します。

録音が完了したら、プロセスを記録します。画像解析プログラムを使用して、さまざまな時間での球体の位置を追跡します。球の垂直位置を時間の関数としてプロットします。

次に、ラインの傾きからターミナル整定速度を計算します。同じ球体で同じ条件下で実験を少なくとも3回繰り返します。次に、異なる直径の球に対して手順を繰り返します。

この例では、エラーバーが各球の 3 つの測定値の変動を示唆しているように、収集したデータを使用して、整定速度と球の直径をプロットします。整定速度は、球の直径パラメータとともに増加することに注意してください。この測定では、壁が互いに完全に平行で、上部と下部にアクセスポートがある滑らかなプレキシガラスのセルを構築します。

このセルは壁の間に8ミリメートルの隙間があり、隙間と水平方向の長さの比率は小さくなければなりません。アクセスポートの1つをシールし、セルに粘弾性流体を充填します。高解像度カメラで記録する準備ができている実験室用温度計を使用して室温と流体温度を記録し、セルを横に置きます。

セル内のガラスビーズをポートから静かに放出し、ゴム栓でポートをシールします。球体が落ち着き、セルの中央に到達するのを待ちます。セルを回転させて、セルが垂直になり、球が落ち着くようにします。

メーターを置きます。高解像度のビデオカメラを使用して、運動球を記録するに沿って貼り付けます。画像解析プログラムを使用して、以前と同様に整定速度を決定します。

流体の特性を評価するには、TERを使用して、その粘度を純粋な速度の関数として測定します。まず、カップの温度が実験中に測定された温度と同じであることを確認してください。次に、速度を 0.1/秒から 800/秒まで変化させます。

沈降実験の流体と球体について、10年ごとに少なくとも10回の測定を行います。ここで定義した表面平均粒子せん断速度を計算します。Vは整定速度、DPは球の直径です。

次に、粘度のせん断速度にパワーロック曲線を定義します。ここで、K はフロー整合性インデックス、N はフロー動作インデックスです。この曲線を、計算されたせん断速度に近い値の粘度対せん断速度プロットに当てはめます。

動的振動を実行して、特性評価を続行します。周波数範囲にわたる純粋な測定。0.1 rad/秒から 100 rad/秒。

弾性率と粘性弾性率を 10 年ごとに最小で測定し、mod I と Maxwell モデルの比率を適合させて、流体の緩和時間を決定します。流体の弾性の影響の調査を開始するには、非拘束の非弾性流体の沈降粘度を求めます。これを行うには、特性評価研究のKとn、流体密度、およびレイノルズ数を使用します。

べき乗則流体に落下する球の場合、べき乗則粘度に基づいて、偏向速度に対する無制限の流体の実験的な整定速度として定義される速度比を計算することによって続行します。k と n の値を使用して、速度比をさまざまな流体の球の直径の関数としてプロットします。この場合、小さな球体は抗力の減少を経験し、大きな球体は抵抗の軽減を経験します。

抗力強化は、壁が存在する場合の整定速度を無制限の流体の整定速度で割ることにより、特定の直径の球の壁係数を決定します。特定の流体プロットでは、ここに示すように、壁は球の直径と壁の間隔の比率Rの関数として因数分解されます。これらのデータは、Rの値の増加とともに壁の係数が減少することを示しており、これは、球の直径が壁の間隔に匹敵するほど壁の遅延効果が増加することを示しています。

ウォール係数は、ニュートン流体とは異なり、Rの値では一意ではなく、ウォールの間隔に依存することに注意してください。この手順を試みる際には、流体放射線が温度の強い関数であることを覚えておくことが重要です。実験が行われる温度は正確に記録し、流体学は同じ温度で測定する必要があります。

実験家にとって、これらの実験を一部のモデルシステムで行うことにより、測定の精度と再現性を確認することが非常に重要です。たとえば、グリセロールなどの溶液に粒子が沈殿するなど、よく理解されています。また、これらの測定を3回または4回繰り返すことで、測定の再現性と測定の精度を把握できることも重要です。