Капиллярные реометры

В этих реометрах измеряется перепад давления при ламинарном течении жидкости с определённым расходом через гладкую цилиндрическую трубку заданных размеров (7). Кривая течения или реологические параметры жидкости определяются посредством проведения достаточного числа измерений при заданном расходе (часто задают перепад давления между концами трубки и замеряют расход жидкости).

При обычных значениях вязкости буровых и цементных растворов (1- 120 мПа с) применяют трубки, внутренний диаметр которых равен нескольким миллиметрам. Для снижения уровня влияния концевых эффектов длина трубки должна быть больше внутреннего диаметра более чем в 100 раз. С целью оценки различных эффектов и определения характеристик жидкостей, зависящих от времени, необходимо предусматривать возможность использования комплекта трубок разного диаметра и длины.

Вязкость ньютоновских жидкостей определяется достаточно просто (по данным одного измерения) с помощью уравнения Гагена - Пуазейля:

где АР - перепад давления между концами трубки или между точками замера

давлений, находящихся на расстоянии L .

Если реологическое поведение жидкости описывается бингамовской моделью, то в принципе надо провести два измерения при различных значениях расхода. С помощью уравнения Букингема составляется система из двух уравнений, в которых неизвестными являются пластическая вязкость и предельное напряжение сдвига т. Решение достигается методом последовательных приближений. Но если пренебречь последним членом уравнения Букингема и вместо расхода введём среднюю скорость потока в трубке, то:

Если проведены два измерения при достаточно больших градиентах давления, то:

Для жидкостей, подчиняющихся модели Оствальда - де Ваале (степенная модель), при двух измерениях получим:

Капиллярные вискозиметры используют в лабораторных условиях для исследовательских целей.

Цилиндрические насадки для измерения реологических свойств

Теоретические и экспериментальные исследования (22, 23) позволили установить зависимость коэффициента местного сопротивления на входе в насадку от скорости истечения вязкой (а, б) и вязкопластичной (в, г) жидкостей, что показано на рис. 1.9.

Эмпирическая зависимость с мерой идентичности в = 0,955 и коэффициента множественной корреляции R=0,971 выглядит следующим образом:

где ? - коэффициент местного сопротивления на входе в насадку; V - скорость истечения из насадки, м/с

Зависимость коэффициента местного сопротивления на входе в насадку от скорости истечения вязкой (а, б) и вязкопластичной (в, г) жидкостей

Рис. 1.9. Зависимость коэффициента местного сопротивления на входе в насадку от скорости истечения вязкой (а, б) и вязкопластичной (в, г) жидкостей: а, в и б, г - соответственно при l/d = 3; l/d = 4

Зависимость коэффициента расхода /и = У / yj2 • g ? Н от критерия Рей-

2

нольдса Re-V-d-phj (кривая 1) и критерия пластичности B = V~-p/r (кривая 2) представлены на рис. 1.10.

Зависимость коэффициента расхода от критерия Рейнольдса (кривая 1) и критерия пластичности (кривая 2)

Рис. 1.10. Зависимость коэффициента расхода от критерия Рейнольдса (кривая 1) и критерия пластичности (кривая 2)

а - вязкие жидкости; б и в - вязкопластичные жидкости при l/d = 3 и l/d = 4

На них можно выделить прямолинейный участок для /л - 0 - 0,7 чему соответствует 7? = 0 — 1000.

Ниже приведены зависимости для определения реологических свойств вязких и вязкопластичных жидкостей в пределах, соответствующих прямолинейным участкам кривых // - В и // - Re .

По истечению вязкой жидкости из цилиндрического насадка диаметром 3, 4, 5, 6 и 7 мм при соотношении lid-3 и 4 и постоянном напоре её вязкость может быть вычислена по формуле:

где и - кинематическая вязкость, м2/с;

d - диаметр насадка, м;

/ - длина насадка, м;

Я - напор, м;

Q - расход, м3/с.

Но для упрощения расчётов по предложенной зависимости рекомендуется использовать следующие приближённые формулы для определения коэффициента местных сопротивлений при входе в насадок при:

Для вязкопластичной жидкости получена эмпирическая зависимость для прямолинейного участка кривой /и- В с мерой идентичности 0 = 0,94 и коэффициентом множественной корреляции R = 0,987:

Относительно динамического напряжения сдвига имеем:

Значение структурной вязкости rj получено на основании решения уравнения Бернулли:

Итак, для измерения реологических свойств вязкопластичной жидкости, описываемой моделью Бингама необходимо замерить скорость истечения V при постоянном напоре Я, а затем сначала рассчитать по формуле (1.39) значение динамического напряжения сдвига, далее рассчитать коэффициент местного сопротивления по формуле (1.36) и наконец, вычислить значение структурной вязкости по формуле (1.40).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >