Разработка стационарного метода и устройства для определения зависимостей теплопроводности и реологических характеристик неньютоновских жидкостей от скорости сдвига - Автореферат

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Тема: Разработка стационарного метода и устройства для определения зависимостей теплопроводности и реологических характеристик неньютоновских жидкостей от скорости сдвига Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы и приборы» ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».Знание зависимости теплопроводности от скорости сдвига в направлении, перпендикулярном сдвигу (далее просто теплопроводности) позволит оптимизировать режимные параметры технологических процессов изготовления изделий из полимерных материалов, что приведет к повышению качества готовых изделий, а, следовательно, повысит их привлекательность в глазах потенциальных потребителей. Исходя из изложенного выше, разработка нового метода и создание устройства для определения зависимостей теплопроводности и реологических характеристик неньютоновских жидкостей от скорости сдвига, лишенного указанных недостатков, является актуальной проблемой. Цель работы заключается в разработке стационарного метода и устройства, обеспечивающих повышение точности измерения теплопроводности (за счет учета в математической модели теплопереноса измеряемых реологических характеристик исследуемой неньютоновской жидкости, а также тепловыделений в сдвиговом потоке вязкой жидкости за счет диссипации механической энергии) и сокращение времени эксперимента при определении зависимостей теплопроводности и реологических характеристик неньютоновских степенных жидкостей от скорости сдвига. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи: 1) разработана физическая модель измерительного устройства для измерения зависимостей теплопроводности и реологических характеристик неньютоновской степенной жидкости от скорости сдвига; 4) получены экспериментальные данные о зависимости теплопроводности от скорости сдвига для следующих неньютоновских жидкостей: синтетического каучука «Структурол» при температуре 30 °С в диапазоне скоростей сдвига 0…35 с-1; синтетического каучука «Структурол» с добавками наноуглеродных трубок и волокон при температуре 30 °С в диапазоне скоростей сдвига 0…22 с-1; 10% водного раствора полиоксиэтилена при температуре 30 и 40°С в диапазоне скоростей сдвига 0…25 с-1.Выявлен ряд факторов, приводящих к появлению погрешностей при определении зависимостей теплопроводности и реологических характеристик неньютоновских жидкостей от скорости сдвига в зазоре между коаксиальными цилиндрами измерительного устройства и показаны возможные способы их уменьшения. Во второй главе сформулированы теоретические основы стационарного метода для определения зависимостей теплопроводности и реологических характеристик неньютоновских жидкостей, подчиняющихся степенному закону течения, от скорости сдвигового течения. Через внутреннюю полость 6 цилиндра В прокачивается жидкость из термостата с постоянной температурой, что обеспечивает возможность задания граничных условий 1-города на внутренней поверхности этого цилиндра. Измеряя в процессе эксперимента значение среднеинтегральной температуры Т в слое 2 и подставляя это значение в систему (9), с учетом заранее определенных реологических характеристик m и n, определяется теплопроводность lrr исследуемой неньютоновской жидкости при заданной скорости сдвига: В третьей главе приведено обоснование выбранной конструкции измерительного устройства (ИУ). На стадии определения теплопроводности в измерительном устройстве действуют два источника тепла, первый из которых - электрический нагреватель во внутреннем цилиндре, а второй обусловлен диссипацией энергии вязкого трения при сдвиговом течении неньютоновской жидкости в зазоре между цилиндрами.