[发明专利]一种非牛顿液体流变特性的过程检测装置及其计算方法

权利要求书

1.一种非牛顿液体流变特性的过程检测装置,包括有反应釜，其特征在于：所述反应釜外设有保温壁，所述保温壁内安装有加热装置，所述反应釜的端盖上设有液体注入口，所述反应釜内设有过程检测室，所述过程检测室为模块化设计，其可按照监测需求叠加安装，所述过程检测室的进出口处分别安装有压力传感部分，所述过程检测室中分别设有粘度检测机构，所述粘度检测机构包括有外罩，所述外罩内设有通过外罩支撑板安装的检测桶外罩，所述检测桶外罩内安装有检测桶，所述检测桶内转动安装有传动轴，所述检测桶外罩通过其底端的外罩支撑板固定在传动轴上，所述传动轴上安装有滑套模块，所述滑套模块的圆周位置分布有与拨叉配合的插孔，所述拨叉位于检测桶的内侧壁上，其通过复位弹簧和电磁铁配合安装，所述滑套模块的底端设有外齿花键轴，所述外齿花键轴与其下方的内齿花键套配合传动，所述内齿花键轴套通过固定架安装在检测桶外罩内壁上，所述传动轴的底端部安装有法兰盘式扭矩传感器，所述法兰盘式扭矩传感器驱动端与传动轴通过法兰联轴器连接在一起，其传感器的基座固连在检测桶内壁上，所述法兰盘式扭矩传感器的负载端与外罩支撑板固连在一起。

2.根据权利要求1所述的非牛顿液体流变特性的过程检测装置，其特征在于：所述的加热装置为电加热管，且电加热管与保温壁之间填充有保温物料，所述保温物料为发泡剂保温物料，所选发泡剂为聚氨酯发泡剂，且电加热管的加热温度通过温度表显示。

3.根据权利要求1所述的非牛顿液体流变特性的过程检测装置，其特征在于：所述的压力传感部分分别包括有压力泵、压力传感器、压力表，所述液体注入口与过程监测室连通，且过程监测室的入口及出口管道上分别安装有压力泵及压力控制阀，控制其进出口压力大小，同时旁边设有压力传感器，与控制阀连接在一起，每个过程监测室上均有压力传感器，用于获取流场压力数据。

4.根据权利要求1所述的非牛顿液体流变特性的过程检测装置，其特征在于：所述的保温壁和外罩均为不锈钢材质构成，且外罩与过程检测室的支撑板之间采用螺钉连接。

5.根据权利要求1所述的非牛顿液体流变特性的过程检测装置，其特征在于：所述的检测桶外罩与过程检测室内的流场上部贴合，且检测桶外罩与外罩支撑板连接在一起，且外罩支撑板的上下端分别设有密封圈。

6.根据权利要求1所述的非牛顿液体流变特性的过程检测装置，其特征在于：所述的检测桶外罩与流场上部贴合，端部设有密封垫圈，且检测桶外罩与外罩支撑板连接在一起。

7.根据权利要求1所述的非牛顿液体流变特性的过程检测装置，其特征在于：所述的传动轴包括有电机轴和从动轴，其采用内、外花键连接，且通过变速驱动电机驱动，所述从动轴为花键轴，其上装配有滑套模块，且花键轴外齿与滑套模块连接在一起。

8.一种基于权利要求1所述的非牛顿液体流变特性的过程检测装置的计算方法，其特征在于：首选按照监测需求，构建含有一定数量过程监测室单元的过程流道，通过加热装置以及压力控制阀对监测入口管道的温度及压力进行调节，并监测控制室内驱动电机的转速，控制不同过程监测室单元内离合滑套的闭合，通过监测桶内扭矩传感器检测圆桶切向扭矩，进而通过下列公式得到相应位置的粘度特性：

在半径为R₁的反应釜内同轴安装了半径为R₂的监测桶，检测室内流道长度为h，假设反应釜静止，液体在监测桶表面无滑动，监测桶的旋转角速度为φ，通过扭矩传感器获取作用在监测桶上的外力矩为M，在液体半径为r的流道液层上的旋转角速度为ω，则作用其上的剪切应力τ为：

其中计算出在一定温度及压力环境下相应的τ_i和φ，可以分析非牛顿液体在所需温度及压力下的流变特性，假定非牛顿流体满足幂律流变方程规律，为τ＝Kυⁿ，υ为剪切速率，K为幂律系数，n为幂律指数；

设流变方程一般形式为υ＝f(τ)，则由剪切速率得

对公式(1)两边微分可得整理得将其代入公式(2)中，则

微分可得

由幂律流变方程可知积分后可得

两边取对数，则

显然，由于K、n均为常数，lnω-lnM曲线为直线，再由斜率及截距可求得流变参数K和n(在一定压力P和温度T下测得)；

此时，可得在一定压力及温度条件下，液层的平均剪切应力为：

i表示第i个检测室；

同时可得各个检测室液层的平均剪切速率为

进而得到第i个检测室的表观粘度为：