Экспериментальное измерение скорости урегулирования сферических частиц в неограниченных и ограниченных Surfactant основе стрижки тоньше вискоэластических жидкостей

Общая цель этой процедуры заключается в измерении конечных скоростей осаждения сферических частиц в вязкоупругих жидкостях различной логии на основе неограниченных и ограниченных поверхностно-активных веществ. Это достигается путем приготовления вязкоупругих жидкостей на основе поверхностно-активных веществ различной концентрации для получения широкого спектра вещественных логических свойств. Второй шаг заключается в измерении скоростей осаждения частиц в неограниченных жидкостях в стаканах диаметром, значительно превышающим диаметр частицы по широкому диапазону радиологических свойств жидкости.

Далее измеряется скорость осаждения частиц при наличии параллельных стенок в экспериментальной ячейке с параллельной пластиной, изготовленной из оргстекла. Заключительным этапом является измерение радиологических свойств жидкостей. С помощью тера свойства коррелируют со скоростями осаждения частиц.

В конечном счете, эксперимент помогает измерить скорости осаждения в неограниченных и ограниченных вязкоупругих поверхностно-активных жидкостях в зависимости от их реальных логических свойств. Полученные данные могут быть положены в основу количественной оценки влияния упругости жидкости на скорости осаждения. Визуальная демонстрация этого метода необходима для того, чтобы другие лаборатории могли воспроизвести то, что мы демонстрируем в наших экспериментах.

Чрезвычайно важно получить хорошую точность этих измерений для многих практических применений, таких как гидравлический разрыв пласта, производство в фармацевтической промышленности, обработка полупроводников и так далее. Точные экспериментальные результаты для осаждения частиц и вязкоупругих жидкостей могут в дальнейшем стать основой для валидации численного моделирования, в котором рассчитывается влияние упругости на сопротивление частиц. В качестве первого шага приготовьте двухкомпонентные оптически прозрачные вязкоупругие жидкости, которые будут использоваться в этом эксперименте.

Одним из компонентов является ионное поверхностно-активное вещество, ксилолсульфонат натрия. Другой компонент представляет собой ионное поверхностно-активное вещество, NNN триметил, один хлорид Окта-де-аммония. Используйте дистиллированную воду для варьирования поверхностно-активного вещества, концентраций и диапазона вязкости.

Начните с добавления ионного поверхностно-активного вещества в необходимое количество дистиллированной воды. После смешивания добавьте в эту смесь катионное поверхностно-активное вещество и перемешивайте еще две-три минуты. Как только смесь будет приготовлена, дайте ей отдохнуть от двух до шести часов, чтобы выпустить пузырьки воздуха для измерения, получите стеклянные сферы диаметром от одного до пяти миллиметров.

Используйте микроскоп с высоким разрешением, чтобы измерить диаметр сфер и убедиться, что они гладкие и почти идеальные. Свести к минимуму влияние ограничивающих стенок на скорости оседания валиков. Поместите вязкоупругую жидкость в стеклянный контейнер диаметром, по крайней мере, в 25 раз превышающим диаметр используемых сфер

Запишите температуру в помещении и температуру жидкости с помощью лабораторного термометра, закрепив измерительную палочку вдоль боковой части контейнера. Используйте камеру высокого разрешения, установленную на штативе, чтобы записывать движение частицы в жидкости. Осторожно погрузите стеклянную сферу в жидкость и отпустите ее, когда она осядет.

Запишите процесс после завершения записи. Используйте программу для анализа изображений, чтобы отслеживать положение сферы в разное время. Постройте график вертикального положения сферы в зависимости от времени.

Затем рассчитаем конечную скорость установления от наклона линии. Повторите эксперимент в тех же условиях с той же сферой не менее трех раз. Затем повторите действия для сфер разного диаметра.

Используйте собранные данные для построения графика зависимости скорости установления от диаметра сферы, так как в этом примере полосы погрешностей указывают на изменчивость трех измерений для каждой сферы. Обратите внимание, что скорость осаждения увеличивается с параметром диаметра сферы. Для этого измерения соорудите ячейку из гладкого оргстекла со стенками, которые идеально параллельны друг другу и имеют доступ к портам сверху и снизу.

Эта клетка имеет зазор в восемь миллиметров между стенками, соотношение зазора и длины по горизонтали должно быть небольшим. Загерметизируйте один из входных отверстий и заполните ячейку вязкоупругой жидкостью. Зарегистрируйте температуру в помещении и температуру жидкости с помощью лабораторного термометра с камерой высокого разрешения, готовой к записи, положите ячейку на бок.

Аккуратно выпустите стеклянную бусину в ячейке через порт и запечатайте порт резиновой пробкой. Дайте сфере осесть и дойдите до середины клетки. Поверните ячейку так, чтобы она была вертикальной, и сфера могла оседать.

Поставьте измеритель. Придерживайтесь вдоль записи сферы движения с помощью видеокамеры высокого разрешения. Используйте программу анализа изображений для определения скорости осаждения, как и раньше.

Чтобы определить характеристики жидкости, используйте TER для измерения ее вязкости в зависимости от чистой скорости. Во-первых, убедитесь, что температура чашки такая же, как и измеренная во время эксперимента. Затем измените чистую скорость от 0,1 до 800 в секунду.

Проводите не менее 10 измерений жидкости и сфер в экспериментах по осаждению. Рассчитайте заданную здесь усредненную скорость сдвига поверхностных частиц. V — скорость осаждения, а DP — диаметр сферы.

Затем определите кривую блокировки мощности в скорости сдвига для вязкости. Где K — это индекс согласованности потока, а N — индекс поведения потока. Подогнайте эту кривую к графику зависимости вязкости от скорости сдвига для значений, близких к расчетной скорости сдвига.

Продолжите определение характеристик, выполнив динамическое колебание. Чистые измерения в диапазоне частот. От 0,1 рад в секунду до 100 рад в секунду.

Измерьте модуль упругости и модуль вязкости при минимуме 10 точек за декаду, а затем подгоните отношение модуля I к модели Максвелла, чтобы определить время релаксации жидкости. Начните исследование влияния упругости жидкости с нахождения вязкости осаждения в неограниченной неупругой жидкости. Для этого используются K и n из характеристических исследований, плотности жидкости и числа Рейнольдса.

Для сферы, падающей в жидкость по степенному закону, продолжим расчет отношения скоростей, определенного как экспериментальная скорость установления в неограниченной жидкости над скоростью осаждения, основанной на вязкости по степенному закону. Используя значения k и n, мы построим график отношения скоростей в зависимости от диаметра сферы для различных жидкостей. В этом случае меньшие сферы испытывают уменьшение сопротивления, а большие сферы испытывают сопротивление.

Усиление лобового сопротивления определяет коэффициент стенки для сферы заданного диаметра путем деления скорости осаждения в присутствии стенок на скорость осаждения в неограниченной жидкости. Для данного графика жидкости стенка учитывается как функция отношения диаметра сферы к расстоянию между стенками R, как показано здесь. Эти данные показывают, что факторы стенки уменьшаются с увеличением значения R. Это говорит о том, что эффекты замедления стенок увеличиваются по мере того, как диаметры сфер становятся сопоставимыми с расстоянием между стенками.

Обратите внимание, что коэффициент стенки не является уникальным при значении R, в отличие от ньютоновских жидкостей, и зависит от расстояния между стенками. При проведении этой процедуры важно помнить, что жидкостная радиология является сильной функцией температуры. Температура, при которой проводится эксперимент, должна быть точно зафиксирована, и флюидология должна быть измерена при той же температуре.

Для экспериментатора очень важно проверить точность и повторяемость измерений, проводя эти эксперименты на некоторых модельных системах, таких как осаждение частиц в неограниченной жидкости в растворах, таких как глицерин, которые хорошо изучены. Также важно повторить эти измерения три или четыре раза, чтобы вы могли получить представление о повторяемости и точности измерений.