
【化】 concentric cylinder viscosimeter
同心圓筒式粘度計(Concentric Cylinder Viscometer)是一種廣泛應用于流體粘度測量的旋轉流變儀,其核心原理基于庫埃特流動(Couette flow)。以下是其詳細解釋:
結構組成
儀器由兩個同心圓筒組成:内筒(轉子)與外筒(定子)。被測流體填充于兩筒間的環形間隙中。内筒通過電機驅動旋轉,外筒固定,通過扭矩傳感器測量流體阻力。
工作原理
當内筒以角速度 (omega) 旋轉時,流體在環形間隙内發生層流剪切。粘度 (eta) 通過測量扭矩 (M) 和角速度計算得出,公式為: $$ eta = frac{M cdot (R_o - R_i)}{4pi h R_i R_o omega} $$ 其中 (R_i)、(R_o) 分别為内筒與外筒半徑,(h) 為浸入深度。
精确剪切速率控制
環形間隙的均勻幾何結構确保剪切速率分布一緻,適用于牛頓流體和非牛頓流體的流變分析(如剪切稀化行為)。
低剪切應力測量
窄間隙設計可測量低粘度流體(如溶劑)和高粘度流體(如聚合物熔體),符合ASTM D2196等國際标準。
公式說明:牛頓流體粘度計算基于扭矩與角速度的線性關系,非牛頓流體需修正剪切速率項(參考Journal of Rheology 相關研究)。
同心圓筒式粘度計是一種基于同軸圓筒旋轉剪切原理測量流體粘度的儀器,屬于旋轉粘度計的一種。以下是其核心原理和特點的綜合說明:
同心圓筒式粘度計由兩個同軸圓柱筒(内筒和外筒)組成,兩筒之間填充被測流體。測量時,通過旋轉其中一個圓筒(内筒或外筒),流體因粘滞性産生剪切力,另一圓筒通過傳感器或彈簧系統測量所受轉矩或偏轉角度,從而計算粘度值。
根據牛頓内摩擦定律,剪切應力($tau$)與剪切速率($dot{gamma}$)成正比,公式為:
$$
tau = eta cdot dot{gamma}
$$
其中,$eta$為流體粘度。
對于同心圓筒結構,若内筒以角速度$Omega$旋轉,外筒固定,則粘度計算公式為:
$$
eta = frac{M cdot (r_2 - r_1)}{4pi L Omega r_1 r_2}
$$
式中,$M$為轉矩,$r_1$和$r_2$分别為内外筒半徑,$L$為圓筒浸入深度。
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