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1、一、实验目的1 学会使用LVDV III流变仪。2 记录恒温条件下，不同转子转速下，流体的黏度值、扭矩白分值、剪切 应力及剪切率等，并绘制流体的流动曲线。3 求出流动籍律指数n和稠度系数K,并根据流动籍律指数n判定所测流 体性质。二、实验原理按照流体力学的观点，流体可分为理想流体和实际流体两大类。 理想流体在 流动时无阻力，故称为非粘性流体。实际流体流动时有阻力，即内摩擦力(或剪 切应力)，故乂称为粘性流体。根据作用于流体上的剪切应力与产生的剪切速率 之间的关系，粘性流体乂分为牛顿流体和非牛顿流体。研究流体的流动特性，对聚合物的加工工艺方面具有很强的指导意义。取相距为dy的两薄层流体，下层静止
2、，上层有一剪切力F,使其产生一速度du。由于流体间有内摩擦力影响，使下层流体的流速比紧贴的上一层流体的 流速稍慢一些，至静止面处流体的速度为零，其流速变化呈线性。这样，在运动 和静止面之间形成一速度梯度 du/dy,也称之为剪切速率。在稳态下，施于运 动面上的力F,必然与流体内因粘性而产生的内摩擦力相平衡， 据牛顿粘性定律， 施于运动面上的剪切应力 b与速度梯度du/dy成正比，即：er =F/A= t dUdy= r y式中：t一粘度系数，乂称为粘度；du/dy一剪切速率，用丫表示，以剪切 应力对剪切速率做图，所得的图形称为剪切流动曲线，简称流动曲线。(1) 牛顿流体的流动曲线是通过坐标原点
3、的一直线。其斜率即为粘度，即牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间的关系完全服从于牛顿粘性定律：T = 丫,水、洒精、醇类、酯类、油类等均届于牛顿流体。(2) 凡是流动曲线不是直线或虽为直线但不通过坐标轴原点的流体，都称 之为非牛顿流体。此时粘度随剪切速率的改变而改变，这时将粘度称为表观粘度， 用 中表示。聚合物浓溶液、熔融体、悬浮体、浆状液等大多届于此类。聚合物 流体多数届于非牛顿流体，它们与牛顿流体的确有不同的流动特性， 两者的动量 传递特性也有所差别。进而影响到热量传递、质量传递及反应结果。对于某些聚 合物的浓溶液通常用籍律定律来描述它的粘弹性，即：0- ="丫式中：n-流动籍律指数
4、；k-稠变系数(常数)。表观粘度乂可表示为：, n-1 华=k 丫，籍律定律在表征流体的粘弹性上的优点是通过n值的大小来判定流体的性质。n>1为胀塑性流体；n<1为假塑性流体；n= 1为牛顿流体。几种流体可以用图8-1表小。将er =k¥l（对数得lg。=lgk+nlg y用lg（M lg祚图得一直线,n值及k值即可定量求出图1几种典型的流变曲线三、实验仪器和材料1 仪器：LVDV III流变仪2 样品：聚乙烯醇浓溶液；甲基硅油四、实验步骤（1）仪器操作说明1 安装并放平流变仪将流变仪各部件按要求连接好，流变仪必须平放，用底座的三个水平螺 丝调整水平，调节到DV III+
5、气泡位丁圆圈中间，2 自动回零放置平稳后接通电源，空载调零。读数之前，流变仪必须自动回零，每次开机都要做，操作程序如下：打开电源，屏幕上显示出DV III +处丁 可独立应用状态（未与电脑连接），给出运行程序的版本（内置丁控制仪 器的程序）。不要按任何键，短暂的停顿之后，屏幕闪 15秒，然后DV III +自动回零。15秒后，显示自动回零结束，换上转子，按任何 键。主屏幕显示，DV III +可以使用。3 输入转子号数。按SELECT SPDL键，然后按数字键可输入 0 99有效的转子数。选择 错误时，可以通过按数字键来解决，那时使用者再按 SELECT SPDL键,4 装上转子将转子斜插入样
6、品(防止出现气泡)，并连接上主机电机杆，调节主机高 低使溶液液面到达转子凹槽部分。并插入温度探测器5 输入转速用数字键和执行键输入转速。本机提供了 0-2600问的任一速度值。6 开始测量按下MOTOR ON/OFF , ESCAPE键，开始测量流体的黏度值等。测量开 始，等读数稳定下来，才可以记录扭矩、粘度值、剪切应力或剪切率， 一般要转动5圈以上。SELECT DISPLAY键可切换显示力矩 ( %)、黏 度(cp)、剪应力SS (D/cm2)及剪切率SR (1/S)。记录四个指标，并 附带单位。(可通过改变转速或转子尽可能使力矩在10%-100%以内，所测结果较为准确。只有合适的转子号数
7、输入才能显示剪应力及剪切率 值，否则显示为0。此时用重新输入转子号数)。(2)实验内容1 甲基硅油流动曲线测试：用 500ml烧杯转入合适量的甲基硅油测试，固定转子及转子号输入值，测试并记录 5个不同转速下甲基硅油的力 矩 (%)、黏度(cp)、剪应力SS (D/cm2)及剪切率SR (1/S)。2 一定浓度的聚乙烯醇溶液流动曲线测试：同法测试聚乙烯醇溶液。3 测试完毕关机，洗净转子并用吸水纸吸干水分晾干。五、实验结果及数据处理1.准确完整记录实验数据列入下表中表1甲基硅油测试记录测试项目甲基硅油转筒编号转子号输入值转速/RPM力矩(%)黏度(cp)剪应力SS(D/cm2)剪切率SR (1/S
8、)lg 丫lg b表2聚乙烯醇溶液测试记录测试项目聚乙烯醇 溶液转筒编号转子号输入值转速/RPM力矩（%）黏度(cp)剪应力SS(D/cm2)男切率SR (1/S)lg 丫lg。2. 画出lg b lg的流动曲线。3. 求出n和k值4. 讨论试样届丁何种流体。六、注意事项a）试验过程中注意对转子的保护。b）实验结束后，要及时活洗转子及相关部件。c）对未知流体选择转子及速度的过程，要通过尝试完成。合适的选择是力 矩处丁 10-100%：d）当转子或速度改变时，非牛顿型流体的行为可导致黏度变化。当黏度数 据一定要进行比较时，一定使用同样的转子，速度，容器和温度。e）剪切力：1牛顿/平方米=10达因/CM2;黏度：1mpa.s=1cp七、思考题1 牛顿流体与非牛顿流体的主要区别是什么？2 浓溶液的浓度对测量结果有什么影响？