Chuong 2 nhot ke ong

Chương 2: NHỚT KẾ LOẠI ỐNG (Tube Viscometer) 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer • NỘI DUNG 2.1. GIỚI THIỆU 2.2. PHƯƠNG TRÌNH RABINOWITSCH - MOONEY 2.3. PROFIL VẬN TỐC Ở TRẠNG THÁI CHẢY TẦNG 2.4. TIÊU CHUẨN CHO DÒNG CHẢY TẦNG 2.5. HIỆU CHỈNH SỐ LIỆU 2.6. XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT DƯ 2.7. PROFIL VẬN TỐC CHO TRẠNG THÁI CHẢY RỐI 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 2.1. GIỚI THIỆU • hữu ích việc thu thập số liệu lưu biến • chia làm loại chính: 1.mao quản áp suất cao 2.mao quản thủy tinh (thường gọi nhớt kế ống U), 3.nhớt kế ống Khác biệt loại mao quản loại ống đường kính ống.  loại mao quản thương mại khoảng 0,1 đến mm góc vào thay đổi từ 15 đến 90 0. Nhớt kế ống D=7 mm (từ 12 đến 32 mm thông dụng). Giá trò tỉ số L/D thay đổi từ 12 đến 400 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer • Nhớt kế ống U thiết kế hoạt động trọng lực. • Loại mao quản áp suất cao hoạt động piston nén khí nén. Có thể dùng bơm khí nén làm động lực cho nhớt kế Các số liệu thô: độ giảm áp (δP), lưu lượng thể tích (Q). khối lượng riêng ρ. Ở tập trung khảo sát cho lưu chất độc lập với thời gian. 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer Ostwald 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer Hình 2.2 Nhớt kế mao quản áp suất cao Piston Góc vào L R 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer Hình 2.3 Nhớt kế hoạt động khí nén Cấp không khí Cánh khuấ y Đầu dò nhiệt độ XE L R Bộ chuyển đổi áp suất 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 2.2. PHƯƠNG TRÌNH RABINOWITSCH - MOONEY Các giả thiết thiết lập phương trình là: Dòng chảy tầng ổn đònh Hiệu ứng đột thu không đáng kể Lưu chất không chòu nén Các tính chất không biến đổi theo áp suất thời gian Nhiệt độ không đổi Không có tượng trượt tường ống Các thành phần vận tốc theo phương bán kính tiếp tuyến không. 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer Xét lưu chất chảy qua ống nằm ngang có L R, tạo nên độ giảm áp δP. Cân lực ứng suất tạo nên dòng chảy ứng suất chống lại dòng chảy phân tố lưu chất có bán kính r, chiều dài L là: (δP)πr2 = 2τπrL (2.1) giải theo ứng suất: ( δP) πr ( δP)r = τ = f(r) = (2.2) 2πrL 09/09/15 2L Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer (2.2) cho thấy ứng suất biến dạng thay đổi từ tâm ống (r = 0) đến cực đại tường (r = R). Giá trò ứng suất biến dạng cực đại tường ( δP)R τt = (2.3) 2L 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 10 (4). Áp dụng cho lưu chất Herschel - Bulkley τ = K.γn + τ 1/ n  πD  4n  τt  • Q =      32  3n + 1 K    09/09/15 1/ n  τ0  1−   τt   τ / τ  2n  τ  nτ   t 0     − + +         2n +  n +  τt  τt   Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 22 2.3. PROFILE VẬN TỐC Ở TRẠNG THÁI CHẢY TẦNG  Tính chất lưu biến ảnh hưởng nhiều lên profile vận tốc.  Xác đònh profile vận tốc bước quan trọng để tính toán thiết kế trình xác đònh chiều dài ống thích hợp cho trình xử lý nhiệt.  Vì nhớt kế ống hoạt động chế độ chảy tầng nên trình bày profile vận tốc chế độ chảy tầng. 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 23 2.4. TIÊU CHUẨN CHO DÒNG CHẢY TẦNG  phải hoạt động chế độ chảy tầng. Trạng thái chảy rối xãy nhớt kế mao quản áp suất cao vấn đề cho nhớt kế ống có đường kính lớn hay lưu chất có nhớt thấp.  Tiêu chuẩn: lưu chất Newton Re < 2.100, chuyển tiếp Re = 1225 -ø 3000. 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 24 • Với lưu chất phi Newton theo luật lũy thừa chảy tầng (Ryan Johnson, 1959) • ReLT < 646n = ReLT tới hạn 2+ n  1+ n (1+ 3n)    + n 2 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 25 Giá trò Reynolds tới hạn biến đổi theo n 2600 2400 NRe,PL 2200 2000 1800 1600 1400 09/09/15 0.2 0.4 n 0.6 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 0.8 26 2.5. HIỆU CHỈNH SỐ LIỆU Có nhiều sai số mắc phải sử dụng nhớt kế loại ống Yếu tố sai số Tổn thất động Đột thu, đột mở Nguyên nhân Tổn thất áp suất hiệu dụng Khả ứng dụng Chung Tổn thất lượng tính Chung nhớt tính đàn hồi lưu chất vào hai đầu ống mao quản Tổn thất lượng biến Lưu chất đàn hồi dạng đàn hồi cuả lưu chất nhớt không hồi phục chuyển động qua mao 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong 27 n Tube Viscometer Năng lượng đàn hồi Yếu tố sai số Nguyên nhân Chảy rối Bắt đầu từ trạng thái chảy tầng Chất lỏng dư Chất lỏng dính vào tường bình chứa Hiệu ứng sức căng bề mặt Sự biến đổi sức căng bề mặt Nhớt kế mao quản từ lưu chất thí nghiệm thủy tinh đến lưu chất thí nghiệm khác Hiệu ứng nhiệt Sự biến đổi từ lượng áp suất thành nhiệt 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong khiTube chuyể n động Viscometer Khả ứng dụng Chung Nhớt kế mao quản thủy tinh Nhớt kế có biến dạng cao 28 Yếu tố sai số Nguyên nhân Hiệu ứng tường Hiện tượng bề mặt bề mặt tiếp xúc lưu chất tường ống Hiệu ứng tính chất phụ thuộc thời gian Sự biến đổi thời gian mao quản 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer Khả ứng dụng Lưu chất nhiều pha (huyen phu) Lưu chất thixotropy rheopectic 29 2.6. XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT DƯ • Xác đònh ứng suất dư từ nhớt kế ống cách đo ứng suất bắt đầu tạo nên dòng chảy. Đo Tổn thất áp suất tối thiểu (ΔPmin) nhớt kế ống tính τ0 R (∆P) τ0 = 2L 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 30 2.7. PROFIL VẬN TỐC CHO TRẠNG THÁI CHẢY RỐI u/ r/R 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 31 Profil vận tốc cho lưu chất theo luật lũy thừa với giá trò khác n 2.5 n=2,5 n=2,0 n=1,0 u/u n=0,7 n=0,4 1.5 n=0,1 0.5 -1 -0.5 0.5 r/R 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 32 Profil vận tốc chảy tầng cho chất dẻo Bingham với trò số khác c = τ /τ t c=0,0 c=0,2 c=0,4 1.5 u/ c=0,6 c=0,8 0.5 -1 -0.5 0.5 r/R 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 33 Trình tự phân tích số liệu nhớt kế loại ống cho lưu chất độc lập thời gian Xác đònh hiệu ứng đột thu cho bán kính Hiệu chỉnh số liệu độ giảm áp Tính ứng suất tường Xác đònh hệ số trượt Hiệu chỉnh số liệu lưu lượng Tính suất biến dạng tường Xây dựng giản đồ lưu biến 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 34 Độ nhớt biểu kiến dung dòch Carbopol 0.11%k.l , pH=6.2 , mô hình Herschel - Bulkley cho vùng suất biến dạng > 10 1/s 50oC 40oC Pa.s Độ nhớt biểu kiến , 30oC 20oC 10 210 410 Suất biến dạng , 1/s 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 35 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 36 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 37 [...]... thể tích dQ với bán kính r và r + dr dQ = u2πrdr (2. 4) u là vận tốc dài tại r Lưu lượng thể tích được xác đònh bằng cách lấy tích phân (2. 4) theo r Q Q= 09/09/15 ∫ dQ 0 = π r=R ∫ u.2r.dr r=0 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer (2. 5) 11 Vì 2r.dr = dr2 nên r 2 =R 2 Q =π ∫ r 2 =0 u.dr 2 (2. 6) Tích phân từng phần 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 12 phương trình Rabinowitsch - Mooney cho suất... luật lũy thừa chảy tầng khi (Ryan và Johnson, 1959) • ReLT < 646n = ReLT tới hạn 2+ n  1+ n 1 (1+ 3n)    2 + n 2 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 25 Giá trò Reynolds tới hạn biến đổi theo n 26 00 24 00 NRe,PL 22 00 20 00 1800 1600 1400 0 09/09/15 0 .2 0.4 n 0.6 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 0.8 1 26 2. 5 HIỆU CHỈNH SỐ LIỆU Có nhiều sai số có thể mắc phải khi sử dụng nhớt kế loại... tường Xây dựng giản đồ lưu biến 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 34 Độ nhớt biểu kiến của dung dòch Carbopol 0.11%k.l , pH=6 .2 , mô hình Herschel - Bulkley cho vùng suất biến dạng > 10 1/s 50oC 2 40oC Pa.s Độ nhớt biểu kiến , 3 30oC 1 20 oC 0 10 21 0 410 Suất biến dạng , 1/s 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 35 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 36 ... theo luật lũy thừa với giá trò khác nhau của n 2. 5 n =2, 5 n =2, 0 n=1,0 2 u/u n=0,7 n=0,4 1.5 n=0,1 1 0.5 0 -1 -0.5 0 0.5 1 r/R 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 32 Profil vận tốc chảy tầng cho chất dẻo Bingham với các trò số khác nhau của c = τ 0 /τ t c=0,0 2 c=0 ,2 c=0,4 1.5 u/ c=0,6 c=0,8 1 0.5 0 -1 -0.5 0 0.5 1 r/R 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 33 Trình tự phân tích số liệu... còn τ  1  2 τ −τ 0 Q =  3  ∫τ dτ 3 πR τ t τ 0 µB 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 21 (4) Áp dụng cho lưu chất Herschel - Bulkley τ = K.γn + τ 0 3 1/ n  πD  4n  τt  • Q =      32  3n + 1 K    09/09/15 1/ n  τ0   1−   τ  t  τ / τ  2n  τ  nτ    0 t 0 0  1+  1+   1− 2n + 1  n + 1  τt  τt          Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer...   4n  πR  09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 19 (3).Áp dụng cho lưu chất dẻo Bingham γ = f(τ) = (τ - τ 0)/µ B • Lấy tích phân Ph tr tổng quát cho mỗi vùng để xác đònh Q τ0 τ0  1 2  1  2 τ − τ0 Q =  3  τ f(τ)dτ +  3  τ dτ 3 µB πR  τt  0  τt  0 ∫ ∫ τ0  1  2 τ − τ0 Q =  3 τ dτ 3 µB πR  τt  τ 0 ∫ 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 20 • Vì suất biến dạng bằng... phu) Lưu chất thixotropy và rheopectic 29 2. 6 XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT DƯ • Xác đònh ứng suất dư từ nhớt kế ống bằng cách đo ứng suất bắt đầu tạo nên dòng chảy Đo Tổn thất áp suất tối thiểu (ΔPmin) trên nhớt kế ống và tính τ0 R (∆P) min τ0 = 2L 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 30 2. 7 PROFIL VẬN TỐC CHO TRẠNG THÁI CHẢY RỐI u/ r/R 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 31 Profil vận tốc... dạng tại tường là 4Q γ= 3 πR 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 17 (2) Áp dụng vào lưu chất theo luật lũy thừa • Giải ph tr tổng quát cho lưu chất theo luật lũy thừa bằng cách thay γ = f(τ) = (τ/K)1/n τt 1/ n  1  2 τ  Q =  3 τ   3 πR  τt  0  K  ∫ 09/09/15 τt  1  dτ =  3 1 / n  τ  τ t K  0 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer ∫ 2+ 1 n dτ 18 • Viết ph tr trên theo đònh... ) =  Γ +   4 4  dτ t      trong đó Γ = 4Q/πR3 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 13  3   τ t  dΓ   Γ γ = f(τ t ) =   +   4   4Γ  dτ t       3   1  d(ln Γ)  γ = f(τ t ) =   +   Γ  4   4  d(ln τ t )   3n'+1 γ= Γ  4n'  trong đó 09/09/15 n' = d(ln τ t ) d(ln Γ) Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 14 • n' là hệ số góc của... Nhot ke ong Tube Viscometer 23 2. 4 TIÊU CHUẨN CHO DÒNG CHẢY TẦNG  phải hoạt động trong chế độ chảy tầng Trạng thái chảy rối ít khi xãy ra trong nhớt kế mao quản áp suất cao nhưng có thể là vấn đề cho nhớt kế ống có đường kính lớn hay lưu chất có nhớt thấp  Tiêu chuẩn: lưu chất Newton là Re < 2. 100, chuyển tiếp Re = 122 5 -ø 3000 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong Tube Viscometer 24 • Với lưu chất phi Newton . 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong - Tube Viscometer 5 Ostwald 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong - Tube Viscometer 6 Hình 2. 2 Nhớt kế mao quản áp suất cao Piston L R Góc vào 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong. 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong - Tube Viscometer 1 Chöông 2: NHÔÙT KE LOAÏI OÁNG (Tube Viscometer) 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong - Tube Viscometer 2 • NỘI DUNG 2. 1. GIỚI THIỆU 2. 2. PHƯƠNG. phân (2. 4) theo r Q = (2. 5) ∫∫ = = = R r 0 r 0 u.2r.dr dQ π Q 09/09/15 Chuong 2: Nhot ke ong - Tube Viscometer 12 Vì 2r.dr = dr 2 neân (2. 6) Tích phaân töøng phaàn ∫ = = = 2 R 2 r 0 2 r 2