
【化】 concentric cylinder viscosimeter
同心圆筒式粘度计(Concentric Cylinder Viscometer)是一种广泛应用于流体粘度测量的旋转流变仪,其核心原理基于库埃特流动(Couette flow)。以下是其详细解释:
结构组成
仪器由两个同心圆筒组成:内筒(转子)与外筒(定子)。被测流体填充于两筒间的环形间隙中。内筒通过电机驱动旋转,外筒固定,通过扭矩传感器测量流体阻力。
工作原理
当内筒以角速度 (omega) 旋转时,流体在环形间隙内发生层流剪切。粘度 (eta) 通过测量扭矩 (M) 和角速度计算得出,公式为: $$ eta = frac{M cdot (R_o - R_i)}{4pi h R_i R_o omega} $$ 其中 (R_i)、(R_o) 分别为内筒与外筒半径,(h) 为浸入深度。
精确剪切速率控制
环形间隙的均匀几何结构确保剪切速率分布一致,适用于牛顿流体和非牛顿流体的流变分析(如剪切稀化行为)。
低剪切应力测量
窄间隙设计可测量低粘度流体(如溶剂)和高粘度流体(如聚合物熔体),符合ASTM D2196等国际标准。
公式说明:牛顿流体粘度计算基于扭矩与角速度的线性关系,非牛顿流体需修正剪切速率项(参考Journal of Rheology 相关研究)。
同心圆筒式粘度计是一种基于同轴圆筒旋转剪切原理测量流体粘度的仪器,属于旋转粘度计的一种。以下是其核心原理和特点的综合说明:
同心圆筒式粘度计由两个同轴圆柱筒(内筒和外筒)组成,两筒之间填充被测流体。测量时,通过旋转其中一个圆筒(内筒或外筒),流体因粘滞性产生剪切力,另一圆筒通过传感器或弹簧系统测量所受转矩或偏转角度,从而计算粘度值。
根据牛顿内摩擦定律,剪切应力($tau$)与剪切速率($dot{gamma}$)成正比,公式为:
$$
tau = eta cdot dot{gamma}
$$
其中,$eta$为流体粘度。
对于同心圆筒结构,若内筒以角速度$Omega$旋转,外筒固定,则粘度计算公式为:
$$
eta = frac{M cdot (r_2 - r_1)}{4pi L Omega r_1 r_2}
$$
式中,$M$为转矩,$r_1$和$r_2$分别为内外筒半径,$L$为圆筒浸入深度。
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