Методы изучения свойств ньютоновских и неньютоновских сред
advertisement
Метод решения хорош, если с самого начала мы можем предвидеть и далее подтвердить то, что, следуя этому методу, мы достигнем цели. Г. Лейбниц 1.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ Если вы хотите научиться плавать, то смело входите в воду, а если хотите научиться решать задачи, то решайте их! Д. Пойа 1.4.1. ОСОБЕННОСТИ ВИСКОЗИМЕТРИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СРЕД Методы изучения свойств ньютоновских и неньютоновских сред, изложены в литературе, указанной в п. 1.1, а более детально с ними можно ознакомиться, например, в [17, 86, 87, 150, 151, 167]. Методы делятся на стационарные, в которых характеристики течения и пр. не меняются со временем, и нестационарные. К первом типу относятся, например, капиллярный и ротационный методы, метод падающего тела, а ко второму – методы, связанные с колебаниями зонда около изучаемой жидкости: вибрационный метод, метод крутильных колебаний и пр. Вискозиметрическая теория должна обеспечивать как абсолютный, так и относительный, градуировочный, варианты реализации метода. К тому же внутри каждого метода возможно деление на различные виды, исходя из геометрии элементов системы, реализации внутренней и внешней гидродинамичкой задачи, способам инициализации движения и др. Измерение вязкости высокотемпературных расплавов является серьезной задачей из-за необходимости принимать во внимание ряд явлений, обычно не происходящих при низких температурах (см., например, [246] и пр.). Исследования свойств металлургических расплавов, т.е. металлов и шлаков, проводятся в приближении ньютоновских жидкостей, и их значения вязкости лежат в интервале 0.001–10 Па•с, что не позволяет проводить измерения одним прибором при близкой малой погрешности, к тому же в средах могут присутствовать в некотролируемых количествах нерастворимые газовые PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com примеси. Число конструкционных материалов для элементов вискозиметра ограничивается высокими температурами и возможностью взаимодействия химически активной среды с ними. Эти условия и вытекающие из них проблемы термостатирования, вакуумирования, герметизации образца и пр. ограничивают круг методов, приемлемых для изучения свойств металлургических расплавов. Вопросы вискозиметрии расплавов широко обсуждались в литературе, начиная с середины прошлого века [12, 15, 34, 39, 78], а все возможные для этого случая методы детально рассмотрены в [42, 141, 166, 164, 177, 200]. Для измерения вязкости представляется расплавленных наиболее металлов подходящим крутильный инструментом и вискозиметр его детальное обсуждение будет проведено в гл. 2, а в гл. 3 будет рассмотрен вибрационный метод, которым получено большинство результатов о поведении оксидных и шлаковых систем. Для высокотемпературных сред может быть использован вискозиметр с падающем телом, представляющий собой трубку, вертикальную или наклоненную под некоторым углом к вертикали (обычно ~ 10 o ), заполненную исследуемой жидкостью. В основе математического описания лежит закон Стокса, связывающий силу вязкого сопротивления, действующую на шар, движущийся в бесконечной жидкости. Теория метода в настоящее время корректно может быть примена к исследованию свойств только ньютоновских жидкостей в связи со сложным для описания полем скоростей в трубке и то при условии соблюдения ряда условий, в т.ч. традиционных и перечисленных в п.1.2.2. Для изучения свойств металлов этот метод не применим, т.к. их вязкость не попадает в интервал, в котором возможна ее надежная оценка. Применение метода для изучения свойств шлаковых расплавов затрудняется неточностью в измерении радиуса шара, обусловленной в т.ч. изменением формы при налипании расплава и трудностью его изготовления правильной сферической формы, сложностью термостатирования и пр. Наиболее часто PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com исследования расплавов проводятся капиллярным или ротационным методами. Рассмотрим их теорию подробнее. PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com
