[发明专利]一种测量高粘流体粘度的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及高粘度流体，包括印刷行业中广泛采用的胶印油墨及石油行业中的高粘度原油的流动情况，具体涉及一种测量高粘流体粘度的方法及装置。

背景技术

印刷行业广泛使用的胶油墨、石油行业开采出的原油等，其有效粘度非常高，通常在几十到几百Pa·s,采用传统检测仪器很难测得其流动时的有效粘度。

流体粘度是指流体在受到外力作用时抵抗油墨发生变形的阻力，我们通常指的流体粘度指流体受到剪切作用时表现出的流体内部层间的摩擦阻力。从能量的观点看，流体特别是高粘流体的粘度实质上是一种能量的耗散，即高粘流体受到外力作用时，由于摩擦作用而产生热量导致温度升高，并以热的方式被消耗。当高粘流体达到流体化状态时，必然导致能量耗散，因此可以从能量耗散来定义高粘流体的流体化状态。高粘流体湍动的能量是大尺度的漩涡体直接从外部机械条件中获得，即湍流发生器对它施加的剪切应力，大尺度的湍流涡体间存在着能量交换，并且进一步向小尺度的涡流体传递，而小尺度涡流体则由于粘性作用引起了能量耗散过程，这种过程最终以热的形式散发出去。

由于高粘流体在湍流过程中的能量耗散最终以热的形式发散出去，导致高粘流体在湍动中耗散的能量非常大，而且耗散率很快，整个剪切室内的高粘流体在很短的时间内就达到了很高的温度，这就为实验手段采集悬浮液能量耗散率提供了条件。高粘流体在三维湍流中由于能量耗散而产生的温度场分布从侧面反映了其流场及湍动动能的分布，因为化工行业中任何一种搅拌及混合过程，在质量与动量传递的同时，都伴有能量和热量的传递，因此当高粘流体达到均匀湍动时，其热量传递也必然达到平衡状态，即整个流场的温度达到均匀或者变化的速率相同，这便是“温测法”的检测原理。

本发明根据高粘流体的流体力学特性，自行设计开发了一种测量高粘流体粘度的方法及装置，该方法主要测试高粘流体完全湍流时的温度变化及高剪切转子的剪切力，测量过程中高粘流体温度的变化使用热电阻式温度传感器探头来采集，检测中沿剪切室半径方向安装三个传感器探头，其中一个通过转子的中空轴，且插入的深度由低到高，在计算中所用的数值为几个传感器采集值的平均值，转子剪切力则通过变频调节器中的读数及转子结构计算得出。该装置的研制将为我国印刷用胶印油墨及高粘石油的物性检测提供必要的试验研究手段，在工程实践中具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种对高粘流体如印刷用胶印油墨及高粘度石油等流体的粘度进行检测的方法。

本发明的另一目的在于提供实现上述方法的装置。 

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种测量高粘流体粘度的方法包括下列步骤：

(1) 将待测高粘流体装入一个容器内，内部安装带温度传感器的探头的转子，温度传感器为若干个，将容器密封后，利用转子在高速旋转中产生的剪切力使高粘流体实现完全湍流；

(2)记录高粘流体达到完全湍流时转子的角速度和轴功率；

(3)根据公式（1）得到平均剪切应力                                                ；

                  （1）

式中：L—转子浸没于待测高粘流体中的深度（米）；

          Dm—转子剪切区域的几何平均直径（米）；

          Nd—转子轴功率（千瓦）；

          —转子角速度（弧度/秒）；

(4)由数据采集系统自动记录高粘流体处于完全湍流状态时流体温度的变化，对采集曲线进行线性回归，回归直线的斜率即为温度变化率△T/△t；

(5)通过公式（2）得出单位时间单位体积的高粘流体的能量耗散密度（焦耳/（立方米·秒））；

              （2）

式中：—高粘流体的比热(焦耳/(千克·摄氏度))；

—高粘流体密度（千克/立方米)；

—温度变化（摄氏度）；

—时间变化（秒）；

(6) 根据公式（3）得到高粘流体的有效粘度（帕·秒）；

              （3）。

所述转子转速达到2300~2700转/每分钟时，容器内的高粘流体处于完全湍流状态。

所述数据采集系统记录的温度值是所有温度传感器采集值的平均值。