CS233544B1 - Způsob určování skluzových charakteristik - Google Patents

Abstract

Způsob určování skluzových charakteristik příatěnného proudění kapaliny obsahující elektrochemicky aktivní látky využívající měření neustálených difuznlch toků. Skokovou změnou polarizačního potenciálu pracovní elektrody zabudované ve stěně viskozimetru vzbuzený přechodový proud je zaznamenán a z tohoto záznamu je stanoven rychlostní profil. Pracovní elektroda má kruhový průřez, Popsaný způsob může být používán při fyzikálně- chemické a reodynamické analýze mikrodisperzních kapalin v zámel vědeckého výzkumu nebo průmyslových laboratořích.

Description

Vynélez se týká způsobu určování skluzových charakteristik proudění při stěně, např. rychlosti skluzu, gradientu rychlosti při stěně, tloušlky vrstvy separovaného rozpouštědla, atp. a může .být používán při fyzikálně-chemické a reodynamické analýze mikrodispersních kapalin, jako jsou polymerní roztoky, koloidní suspenze apod., v rámci vědeckého výzkumu nebo v průmyslových laboratořích, např. v chemickém a potravinářském průmyslu, ve vrtné technice, petrochemii, v lékařské diagnostice apod.

Při proudění mikrodispersních kapalin, jako jsou polymerní roztoky, koloidní suspenze apod. se v důsledku interakcí mezi kapalinou a stěnou vytváří v bezprostřední blízkosti stěny vrstva kapaliny, jejíž vlastnosti, např. koncentrace dispergované fáze, zdánlivá lokální viskozita, se výrazně liěí od vlastností v jádře kapaliny. Makroskopické důsledky těchto jevů za toku, označované jako skluzové resp. stěnové efekty, silně ovlivňují výsledky viskometrických měření, ale také např. koeficienty přestupu hmoty, což je významné pro dimenzování dialyzátorů a jiných separačnich zařízení. Na druhé straně podrobnější studium skluzových efektů může přinést nové informace o vnitřní struktuře mikrodisperzních kapalin, např. stupni koagulace, koncentračních profilech dispergované fáze atp.

Na rozsah a skutečnou povahu skluzových efektů se dosud soudilo pouze nepřímo, porovnáváním výsledků reologických měření, získaných na sadě kapilárních resp. rotačních viskozimetrů o odlišném průměru kapiláry resp. šířky štěrbiny mezi válci. Tyto nepřímé metody určování skluzových charakteristik jsou již popsány /Mooney M.i The Rheology of Raw Elastomera v Encyklopedii Rheology, ed. F. R. Eirlch, Academie Prese (1958), Vol. II. Ooldemith H. L., Mason S. G.: The Microrheology of Dispereions, tamtéž, (1967), Vol. IV; Kozichi W., Paeari S. N., Rao A. R. K., Tiu C.: Anomalous Effects in Flow of Polymer Solutions”, Chem. Eng. Sci 25. 41 (1970)/.·

Nevýhodou těchto metod je velká pracnost a značný rozptyl výsledků, což obojí je důsledkem nezbytnosti provést měření v několika viskozimetrech za co možno identických podmínek a co možno identickými vzorky.

Použiti optických metod k přímému měření profilu rychlosti při etěně, např. laserové Dopplerovské anemometrie je vyloučeno, nebol ke skluzovým efektům dochází ve velmi tenké příatěnné vrstvičce kapaliny o tlouělce pod ,00 /m.

Protože intenzita sdílení hmoty je silně závislá na rozsahu skluzových efektů, dávají měření této intenzity možnost zpětně usuzovat na rozsah skluzových efektů. Měření celkové intenzity ustáleného sdílení hmoty v jedinném geometrickém uspořádání /např. Mashelkar R. A., Dutta A.: Convective Diffuaion in Structured Fluide: Need for New Analysis and Design Strategiee, Chem. Eng. Sci. 37. 969 (1982)/ věak nedávají možnost kvantitativního stanovení skluzových efektů.

Předností navrhovaného způsobu určování skluzových charakteristik je jednak možnost provést potřebná měření v jediném viskozimetru nebo jiné vhodné nádobě, během velmi krátké doby, 1 až 2 s, jednak možnost získat detailní údaje o skutečném rychlostním profilu v přístěnné vrstvě kapaliny, do maximální vzdálenosti 100 jum od povrchu stěny.

Podstatou vynálezu je způsob určování skluzových charakteristik příetěnného proudění kapaliny obsahující elektrochemicky aktivní látky využívající měření neustálených difuzních toků, při němž se zaznamenává přechodový proud I = I(t) vzbuzený skokovou změnou polarizačního potenciálu pracovní elektrody zabudované ve stěně viskozimetru a z tohoto záznamů se stanoví rychlostní profil u = u(z) podle vztahů

Z = c₀DF/I(t), u(z) = L/t„ (1,36 I ( oo)(I(t))^p, kde c_Q je koncentrace a D difuzivita elektrochemicky aktivní látky, F je Faradayova konstanta, L je efektivní délka elektrody, K «, ) = ⁸ je proudová hustota ze ustálených podmínek, t„ = £( 1 +p)b]^^2+p je doba ustálení, a, b, p jsou parametry v následujícím tříparametrovém teoretickém popisu závislosti přechodového proudu na čase, pro t <t o, :

ť^/2 I(t) = ad + bt^1+p/2).

Při uvedeném způsobu určování skluzových charakteristik se použije pracovní elektroda, které má kruhový průřez o poloměru R, přičemž efektivní délka L elektrody = 1,64 R.

Pro lepší vysvětlení podstaty vynálezu je připojen výkres, přičemž obr. 1 znázorňuje příklad provedení navrhovaného způsobu řešení a obr. 2 ukazuje na konkrétním příkladu způsob zpracování údajů o přechodových proudech.

Viskometrické proudění kapaliny v prostoru mezi válcem 1 a válcovým pouzdrem 2> je vyvozeno rotací vélce 1· Elektrický proud procházející mezi pracovní elektrodou 3 a pomocnou elektrodou 4 je registrován zapisovacím galvanometrem £ rychlých dějů, např. smyčkovým oscilografem. Pracovní elektroda 3 je vůči válcovému pouzdru 2 elektricky izolována vrstvou £.

Příklad

K určování skluzových sharakteristik podle popsaného způsobu byl modifikován komerční rotační viskozimetr RHEOTEST 2. Podstata úpravy, která je shodné s úpravou rotačních viskozimetrů i pro jiná elektrochemická měření je zřejmá z obr. 1, vysvětleného již dříve v textu. V daném případě měla platinová precovní elektroda 3 kruhový průřez o průměru 2,03 mm _t o a pomocná elektroda byla zhotovena z niklové folie o ploše 3 cm . Přechodové proudy byly zaznamenávány ne smyčkový oscilograf.

Proměřován byl 2% roztok karboxymetylcelulózy s přídavkem 0,025 kmol/m^ ferri- a ferrokyanidu draselného. Pracovní elektroda byla zapojena jako katoda, při polarizačním napětí 0,7 V.

Průběh přechodových proudů, proměřený při obvodové rychlosti válce 1 o hodnotě 18,8 mm/s a šířce štěrbiny mezi válcem 1 válcovým pouzdrem 2 0,4 mm, je ukázán na obr. 2. Zpracováním těchto dat byly stanoveny následující hodnoty adjustabilních parametrů

P = 0, a = 35,4 Am^-2s’^/2, b = 0,994 s^-1.

Odpovídající hodnoty t«o = 1 ,006 s, Κ») = 70,8 Am^-2 jsou v plném souladu s přímými údaji o době ustálení ( í s) a ustálené proudové hustotě (71 Am ). Rovněž hodnota difuzního koeficientu D = 0,676 . 10 ® m²s ' je v souladu s hodnotou (0,68 ± 0,1)10 m²s\ stanovenou nezávisle, z přechodových proudů v nehybné kapalině.

Na základě udaných hodnot parametrů p, t„, Ι(») e pro L = 1,64 x 1,015 = 1,66 mm byl stanoven rychlostní profil v přístěnné oblasti:

u = 1,7 mm s¹ pro O< z < 14 ^um v souladu s hrubým odhadem skluzové rychlosti (1 až 3 mm s^_1) získaným známým viskometrickým způsobem.

Claims (2)

1. Způsob určování skluzových charakteristik přístěnného proudění kapaliny obsahující elektrochemicky aktivní látky využívající měření neustálených difuzních toků, vyznačený tim, že se zaznamenává přechodový proud I = I(t) vzbuzený skokovou změnou polarizačního potenciálu pracovní elektrody zabudované ve stěně viskozimetru a z tohoto záznamu se stanoví rychlostní profil u = u(z) podle vztahů z = c₀DF/I(t), uCz) = L/t„ (1,36 I( „)/I(t))^p, kde c_Q je koncentrace a D difuzivita elektrochemicky aktivní látky, F je Faradayova konstanta, L je efektivní délka elektrody, I(„) = ⁸ je proudové hustota za ustálených podmínek, too = [(1+p)b]^-2^(2+p) j_{e U8}téleni, a, b, p jsou parametry v následujícím tříparametrovém teoretickém popisu závislosti přechodového proudu na čase, pro t<too :

ť^/2 I(t) = ad + bt^1+p/2),

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se použije pracovní elektroda, která má kruhový průřez o poloměru R, přičemž efektivní délka L elektrody = 1,64 R.