CN106442220B - 一种粘性流体流变试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种粘性流体流变试验系统，包括皮带输送机、滑槽、激光发射器、挡板、第一滑轨、高速摄像机、支架和第三滑轨；皮带输送机用于将粘性流体往挡板设置方向传送；滑槽用于放置粘性流体，并通过坡度调整来控制粘性流体的剪切力；激光发射器用于向滑槽中的粘性流体发射激光；第三滑轨用于实现激光发射器位置的调整；挡板用于限制粘性流体的运动，使之形成一定形态的流通区域；第一滑轨位于皮带输送机旁，高速摄像机安装在第一滑轨上，并可沿其移动，用于从侧面对准滑槽中的流体流动前端剖面，以便与粘性流体反射的激光相对应，获得流体最高势面的速度分布。本发明有效解决了现有设备难以准确分析粘性流体的流变特征的问题。

Description

一种粘性流体流变试验系统
技术领域
本发明涉及一种试验系统，具体涉及的是一种粘性流体流变试验系统。
背景技术
现有的粘性流体参数测量仪器按照原理主要分为：旋转流变仪、毛细管流变仪、转矩流变仪和界面流变仪。其中在岩土工程中比较常见的流变仪包括毛细管黏度计、圆筒流变仪、平板式或锥板式流变仪和R/S流变仪。这些流变仪均能测定流体的粘度。但在实际工程运用中，由于非牛顿体的非线性、不均匀性、不连续性，小剂量样本的试验仪器难以准确反映出粘性流体的流变特征，尤其是当粘性粒径较粗时，现有设备更是难以对其进行准确的流变分析。
综其原因，现有的流变仪在工程运用中的主要技术缺陷为：
(1)毛细管粘度计。毛细管黏度计对样品结构的破坏较大，需要在较高的转速下测得流体的屈服应力，且样品粒径要求非常小。
(2)界面流变仪。平板式或锥板式流变仪、圆筒流变仪在试验过程中容易出现圆柱面的滑移效应，从而影响试验精度。此外现有大型的平板式或锥板式流变仪也只能测量粒径20mm左右的粘性流体的流变参数。
(3)旋转流变仪。旋转流变仪只能应用于较小剪切速度的流变分析，在多相体系中，会由于分散相粒子的尺寸与板的距离太近则会出现较大误差。
(4)R/S流变仪。R/S流变仪能够进行于复杂流变分析，但是其试验尺寸较小，仅适用于胶粘剂等浆体或膏体材料，并不适用于流体尤其是粒径较粗流体的流变分析。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种粘性流体流变试验系统，能够针对粘性流体的流变特征进行模拟试验，从而获得准确的流变分析。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种粘性流体流变试验系统，包括皮带输送机、滑槽、激光发射器、挡板、第一滑轨、高速摄像机、支架和第三滑轨，其中：
皮带输送机，设置在支架上，用于将粘性流体往挡板设置方向传送；
滑槽，设置在皮带输送机上，且其上设有可以控制滑槽坡度的滑槽旋钮，该滑槽用于放置粘性流体，并通过坡度调整来控制粘性流体的剪切力；
激光发射器，通过激光发射器安装支架安装在滑槽正上方中间位置，用于向滑槽中的粘性流体发射激光；
第三滑轨，安装在皮带传送机上，并与激光发射器安装支架连接，用于实现激光发射器位置的调整；
挡板，设置在支架上，并位于滑槽的一端，用于限制粘性流体的运动，使之在滑槽中形成固定形态的流通区域；
所述第一滑轨位于皮带传送机旁，所述高速摄像机安装在该第一滑轨上，并可沿第一滑轨移动，用于从侧面对准滑槽中的流体流动最高势面，并与粘性流体反射的激光相对应，从而捕捉到粘性流体最高势面的剖面不同时刻的流体运动影像，以便利用PIV技术分析获得流体最高势面的速度分布。
进一步地，本发明还包括设置在支架上的第二滑轨，以及同时与该第二滑轨和滑槽侧壁连接、用于在第二滑轨上移动从而调整滑槽整体宽度的连杆。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过改变流体流变测试的方式，利用皮带输送机和可移动的激光发射器+高速摄像机，可以测得滑槽内任意一处截面流体的速度分布，从而获得流体相应截面的流变参数；同时，依靠滑槽坡度的改变，并配合皮带输送机的传送，可以实现流体流动形态的控制，从而不仅实现了流体三维流动特性的观察，而且能够方便利用PIV技术分析粘性流体的流变特性。
(2)本发明利用设置的第二滑轨和连杆，可实现滑槽整体宽度的调整，从而控制试验流体材料的用量，并且还可以研究流体流动范围尺寸对流变特性的影响，如此一来，本发明不仅操作灵活，而且能够充分测试流体在多种情况下的流变特性，且试验结果准确、试验效率高。
(3)本发明结构设计巧妙、流程合理、实用性强，准确反映出了粘性流体的流变特征，为满足实际工程需要提供了保障。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-皮带输送机，2-滑槽旋钮，3-连杆，4-滑槽，5-激光发射器，6-激光发射器安装支架，7-挡板，8-第二滑轨，9-第一滑轨，10-高速摄像机，11-支架，12- 第三滑轨。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1所示，本发明提供了一种的粘性流体流变试验系统，包括皮带输送机1、连杆3、滑槽4、激光发射器5、挡板7、第二滑轨8、第一滑轨9、高速摄像机10、支架11和第三滑轨12。
所述的皮带输送机1设置在支架11上，用于将粘性流体往挡板7设置方向传送。所述的滑槽4设置在皮带输送机1上，且其上设有可以控制滑槽坡度的滑槽旋钮2。滑槽4用于放置粘性流体，并通过坡度调整来控制粘性流体的剪切力。所述的激光发射器5通过激光发射器安装支架6安装在滑槽4正上方中间位置，用于向滑槽4中的粘性流体发射激光。而所述的第二滑轨8设置在支架 11上，所述的连杆3同时与第二滑轨8和滑槽4侧壁连接，用于在第二滑轨8 上移动，从而调整滑槽4的整体宽度。
所述的第三滑轨12安装在皮带输送机1上，并与激光发射器安装支架6连接，用于实现激光发射器5位置的调整。所述的挡板7设置在支架上，并位于滑槽4的一端，用于限制粘性流体的运动，使之在滑槽中形成固定形态的流通区域。所述的第一滑轨9位于皮带输送机1旁，所述的高速摄像机10安装在该第一滑轨9上，并可沿其移动，从而在侧面对准滑槽4中的流体流动最高势面，以便与粘性流体反射的激光相对应，然后捕捉到粘性流体最高势面的剖面不同时刻的流体运动影像，进而方便利用PIV技术分析获得流体最高势面的速度分布。
本发明的试验过程如下：
首先，按照试验要求扭动滑槽旋钮2调整滑槽4的坡度，并通过第二滑轨8 调整好滑槽4的宽度。然后，将高速摄像机10滑动到第一滑轨9的中间位置，同时将激光发射器5调整到滑槽4的中间位置。
接着，开启皮带输送机1，并将皮带速度调整至与坡度相匹配的速度(可通过电机控制调节)，以便达到实验要求的粘性流体与皮带之间不出现滑移的目的。而后，分别打开高速摄像机10和激光发射器5，然后将流体匀速缓慢地放置在滑槽4的中下部位置，由于皮带输送机1向上传送(即往挡板7设置方向传送)，此时，粘性流体会克服重力向上流动。当粘性流体流动到滑槽4上部的挡板7处时，由于挡板7的限制，流体的运动最后会形成固定形态的堆积区域，此时即可观察和记录粘性流体在不同时刻的流动特性。
在上述粘性流体在皮带输送机1上运动时，通过观察粘性流体的流动特性，调整高速摄像机10的位置使之对准流体流动的最高势面，同时调整激光发射5 的位置使二者相对应，激光发射器5对粘性流体运动的最高势面发射激光，激光反射后经由高速摄像机10捕捉到最高势面的剖面不同时刻的流体运动影像，从而获得最高势面的速度分布。最后再进行流体的PIV分析，获得粘性流体的流变参数τc(材料的剪切应力，单位为pa)、K(塑性粘度系数)、n(流态性能指数)，完成粘性流体的流变分析。实验完成后冲洗试验设备，然后复位高速摄像机10和激光发射器5，准备下一次实验。
本发明通过设计一种专用于粘性流体流变试验的系统，相比现有设备来说，其很好地实现了粘性流体运动的模拟及其流变特性的分析。本发明不仅不会对样品结构造成破坏，而且能够应用于粒径较大的剪切速度的流变分析，其分析结果误差非常小，有利于实际工程中对粘性流体流变特性的研究。因此，本发明相比现有技术来说，技术进步十分明显，其具有突出的实质性特点和显著的进步。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种粘性流体流变试验系统，其特征在于，包括皮带输送机(1)、滑槽(4)、激光发射器(5)、挡板(7)、第一滑轨(9)、高速摄像机(10)、支架(11)和第三滑轨(12)，其中：
皮带输送机，设置在支架上，用于将粘性流体向上往挡板设置方向传送；
滑槽，设置在皮带输送机上，且其上设有可以控制滑槽坡度的滑槽旋钮，该滑槽用于放置粘性流体，并通过坡度调整来控制粘性流体的剪切力；
激光发射器，通过激光发射器安装支架安装在滑槽正上方中间位置，用于向滑槽中的粘性流体发射激光；
第三滑轨，安装在皮带传送机上，并与激光发射器安装支架连接，用于实现激光发射器位置的调整；
挡板，设置在支架上，并位于滑槽的一端，用于限制粘性流体的运动，使之在滑槽中形成固定形态的流通区域；
所述第一滑轨位于皮带传送机旁，所述高速摄像机安装在该第一滑轨上，并可沿第一滑轨移动，用于从侧面对准滑槽中的流体流动最高势面，并与粘性流体反射的激光相对应，从而捕捉到粘性流体最高势面的剖面不同时刻的流体运动影像，以便利用PIV技术分析获得流体最高势面的速度分布。
2.根据权利要求1所述的一种粘性流体流变试验系统，其特征在于，还包括设置在支架(11)上的第二滑轨(8)，以及同时与该第二滑轨(8)和滑槽(4)侧壁连接、用于在第二滑轨上移动从而调整滑槽整体宽度的连杆(3)。
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