$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Вязкость — это мера сопротивления жидкости течению, а также полезный параметр при проектировании эффективной обработки продукции и контроля качества в широком спектре отраслей промышленности. Вязкость описывает внутреннее трение движущейся жидкости. Жидкость с высокой вязкостью сопротивляется течению, в то время как жидкость с низкой вязкостью течет легче. Вискозиметр со стеклянной трубкой обычно используется для определения вязкости, которая измеряет время, необходимое жидкости для прохождения через капиллярную трубку. Вращающиеся вискозиметры, такие как вискозиметры с параллельной геометрией, прикладывают усилия сдвига и измеряют крутящий момент, необходимый для вращения жидкости. В этом видео иллюстрируются принципы определения вязкости, демонстрируется, как использовать вискозиметр для определения неизвестной концентрации раствора пропиленгликоля, а также обсуждаются некоторые промышленные применения.
Для начала давайте рассмотрим принципы вязкости. Динамическая вязкость жидкости описывает силу на единицу площади поверхности, известную как напряжение сдвига, которое требуется для перемещения жидкости, в данном случае, параллельно плоскости. Жидкость, находящаяся в тесном контакте с нижней пластиной, остается в покое, а жидкость, соприкасающаяся с верхней пластиной, имеет ту же скорость, что и эта пластина. Этот градиент скорости обусловлен внутренним трением между слоями жидкости и известен как скорость деформации сдвига. Динамическая вязкость определяется как напряжение сдвига, деленное на скорость деформации сдвига. На вязкость могут влиять температура, плотность жидкости и состав. Однако изменения давления оказывают незначительное влияние. После того, как известна динамическая вязкость, кинематическая вязкость — это отношение динамической вязкости к плотности жидкости. Это мера сопротивления жидкости течению под действием силы тяжести. Некоторые приборы измеряют кинематическую вязкость экспериментально, например, вискозиметр Canon-Fenske. Этот аппарат состоит из большой водяной бани с регулируемой температурой и ребрами для поддержания постоянного терморавновесия. Капиллярные трубки разного размера используются в зависимости от приблизительной вязкости жидкости. С помощью этого аппарата жидкость заливается в трубку и всасывается мимо протравленной маркировки. Затем измеряется время, необходимое для того, чтобы жидкость прошла обратно по капиллярной трубке, известное как время оттока. Затем время оттока умножается на калибровочную константу вискозиметра, которая специфична для капиллярного стекла, используемого для придания кинематической вязкости. Теперь, когда вы знаете основы вязкости, давайте измерим кинематическую вязкость известных растворов пропиленгликоля, чтобы определить концентрацию неизвестного образца.
Начните эксперимент с подготовки семи растворов для калибровки с различными концентрациями пропиленгликоля и воды. Обозначьте все растворы концентрацией. Возьмите образец неизвестной концентрации и отложите его в сторону. Перед использованием проверьте все жидкие образцы на наличие ворса, пыли или твердых частиц и при необходимости отфильтруйте образец через центральный стеклянный фильтр. Далее очистите вискозиметр с помощью воды и высушите его отфильтрованным воздухом. Не забудьте использовать для вискозиметра стеклянную капиллярную трубку соответствующего размера, который зависит от приблизительной вязкости тестируемого раствора.
Теперь налейте образец в вискозиметр, затем протрите руку. Далее поместите вискозиметр в держатель и вставьте его в температурную ванну. Подождите от 10 до 15 минут, чтобы образец выровнялся до температуры ванны. Затем приложите отсасывание к руке и втяните образец в пробирку. Теперь возьмите секундомер и измерьте время, необходимое для того, чтобы образец свободно стекал по капиллярной трубке после выхода из отмеченной конечной точки. Это ваше время оттока. Повторите процедуру для каждого образца. Теперь, когда все вязкости были измерены, давайте посмотрим на результаты и определим концентрацию неизвестного образца.
Чтобы найти концентрацию неизвестного образца, используют данные известных образцов и интерполируют вязкость неизвестного раствора. Во-первых, определите кинематическую вязкость путем умножения измеренного времени на постоянную вискозиметра. Затем преобразуйте кинематическую вязкость в динамическую вязкость, умножив на плотность массы. Затем построите график кинематической вязкости в зависимости от молярностей известных образцов. На графике видно, что вязкость увеличивается с увеличением концентрации пропиленгликоля. Определить линейную зависимость между кинематической вязкостью и концентрацией пропилена. Затем интерполируйте концентрацию неизвестного образца с использованием его измеренной вязкости. В этой демонстрации неизвестный образец содержал 45 мольных процентов пропиленгликоля. Теперь, когда вы узнали, как вязкость используется для определения концентрации, давайте рассмотрим множество применений вязкости в промышленных условиях.
Тестирование вязкости важно во многих отраслях промышленности, начиная от нефтеперерабатывающей промышленности и производства солнечных батарей и заканчивая биомедицинскими приложениями и исследованиями. Точное измерение вязкости в нефтехимической промышленности имеет высокий приоритет, поскольку оно используется не только для определения состава сырой нефти, но и для оценки контроля качества нефтехимических продуктов. Вязкость варьируется от сырой нефти до жидких углеводородов, и ее необходимо учитывать для эффективной добычи, обработки и условий эксплуатации нефтеперерабатывающего завода. Реологическая характеристика высококонцентрированных суспензий также является обязательной для разработки продуктов с использованием сложных жидкостей, таких как те, которые используются при металлизации солнечных батарей. Свойства текучести проводящих паст должны быть тщательно отрегулированы, чтобы гарантировать бесперебойную обработку без дефектов и предотвратить осаждение и агрегацию частиц. В медицине микрореологические методы — это диагностические инструменты, которые исследуют деформируемость эритроцитов и выявляют заболевания крови, такие как серповидноклеточная анемия, которые влияют на вязкость крови. Протоколы, использующие микрофлюидики с регулируемой скоростью сдвига и обработкой изображений, используются для количественного определения агрегации эритроцитов в микроциркуляции. Эти протоколы также используются для определения характеристик тканей человека, таких как вещество мозга, для лучшего понимания структуры и разработки материалов, вдохновленных биологией.
Вы только что посмотрели введение JOVE в вязкость. Теперь вы должны знать фундаментальные принципы вязкости, уметь работать с вискозиметром и понимать важность вязкости в различных областях применения. Спасибо за просмотр.
