[发明专利]一种通过滴落实验测量液体粘度的方法

说明书

本专利提出了一种新的液体粘度的测量方法。该方法包括：开展液体滴落实验，采集得到滴落过程中液体体积、液体末端位移随时间变化的实验结果。对每帧液体滴落图片进行处理，将液体均匀细分，离散成足够多个微段。基于连续性方程，采用有限差分方法，导出任意液体微段截面上平均速度的递推关系式。将速度对位移和时间求导，分别得到应变率和加速度。同时进行受力分析，求出最细截面上的拉伸应力。通过最细截面的位置和时间变量确定相应的应变率结果，进而得到应力‑应变率曲线，最后通过数值拟合得到液体的粘度。本发明所提供的液体粘度测试方法，测试过程简单、易行、方便。此外测试过程中所用仪器及材料的消耗方面成本低，性价比高，实用性强。

技术领域

本发明涉及与石油、化工等工业技术有着密切关系。更具体的说，是一种涉及液体粘度测量的方法。

背景技术

流体的粘性是流体固有的物理属性，是一种在流体内部产生内摩擦力的性质。由粘性引起的流体粘滞现象在自然界中随处可见。流体的粘度是由流体本身固有的物理性质决定的物理量，粘度大小是流体粘性大小的一种直接度量，也是流体在流动中抵抗剪切变形能力强弱的一种度量。一切真实的流体都具有粘性，知道流体的粘度对认识和利用流体至关重要。

目前，传统和新颖的测量液体粘度的方法主要有振动法测量、毛细管粘度测量法、落球法、旋转法等。它们都有各自的适用范围和优缺点，例如，毛细管粘度测量法的优点在于其价格低廉，实验操作和温度控制方便，以及它的测量精度高，可以进行粘度的绝对测量，但毛细管容易被小颗粒物堵塞，处理过程棘手，且在测量之前要事先准确测定液体的密度；采用落球法制作的落体式连续粘度计可以连续测定在管中流动的流体粘度，并能进行遥控指示和记录，但必须用定量泵输送试料；用旋转法测定粘度适用于所有液体，特别适用于粘度比较大的流体或非牛顿流体，但其稳定性及读数精度受到一定的限制，且测定结果对温度十分敏感；振动法测量粘度其振动周期和衰减测量方便，样品用量少及控温方便，但它没有公认的理想粘度计算公式。同时，考虑到成本因素，发展简易、低成本、实用性强等的液体粘度测量方法是目前需要解决的问题。

发明内容

在上述背景下，本发明提出了一种通过滴落实验测量液体粘度的方法。该方法测量液体粘度简单易行、成本低、实用性强，可以解决目前液体粘度测量中的一些不足之处。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种通过滴落实验测量液体粘度的方法，该方法包括：

步骤1：搭建实验台，调整高速摄像机视角，在针管中加入适量被测液体。实验开始，开启摄像设备并打开针管口，用摄像机记录液体滴落过程。

步骤2：对实验所得视频进行处理，得到每帧的液体滴落实验图片结果。利用数据采集软件对图片进行批量处理。选取液体出口位置为坐标原点，以竖直向下的滴落方向为x轴正向建立柱坐标系。根据液体滴落的对称性可知，液体在滴落过程中的形状可视为由r＝d/2绕x轴旋转一周得到的旋转体，其中d为液体细丝横截面直径，r为半径。图片的像素网格天然形成了液体在平面内的欧拉域，将此二维网格绕x轴旋转一周得到三维空间里的欧拉网格。将欧拉域内的液体近似划分为足够多的高度为h(像素尺寸)的圆台微段。x_i表示第i段液体的下表面位置坐标，i＝0,1,…。x₀＝0，x_N表示滴落液体末端的位移，由于液体滴落高度随时间变化，N发生变化。同时，选定时间步长Δt＝1/f，其中，f为视频帧率，t_j表示第j个时刻，j＝0,1,…,M，M为足够大的数。

步骤3：根据比例尺和像素点坐标，得到滴落过程中液体体积、液体末端位移(x_N)随时间t_j的变化结果。