JP4815591B2 - 流体解析方法及び流体解析装置 - Google Patents

Description

本発明は流体解析方法及び流体解析装置に関し、例えば非ニュートン流体の解析に用いる粘度測定装置に適用して好適なものである。

従来、回転軸に取り付けられた円柱型ボブ（ロータ）を測定対象の流体に浸漬した後、回転軸を回転させると共にこのとき円柱型ボブが流体から受ける粘性抵抗力に基づいて流体の粘度を測定する回転粘度計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２０７８９８号公報

ところが、かかる構成の回転粘度計では、せん断粘度について測定することができるものの、化学繊維やプラスチック成形加工において成形性に大きな影響がある法線応力差については測定し得なかった。そこで、従来において法線応力差を測定する場合には、円錐円板型粘度測定装置（いわゆるコーンプレート型レオメータ）が用いられている。

実際上、この円錐円板型粘度測定装置は、上部に円錐部が配置されているとともに、この円錐部の頂部に対向するように下部に円板部が配置された構成を有し、これら円錐部及び円板部の間に法線応力差測定対象の流体を挟み込むことができるようになされている。

そして、円錐円板型粘度測定装置では、この状態のまま例えば円錐部を回転させてこれに応じて発生する鉛直方向への持ち上げ力を検出することにより、流体の法線応力差を求めるようになされている。

しかしながら、かかる構成の円錐円板型粘度測定装置では、円錐部及び円板部の間で挟み込むことができる高粘度の流体（以下、これを高粘度流体と呼ぶ）には有効であるが、固形状に形成し難く円錐部及び円板部の間で挟み込み難い低粘度の流体（以下、これを低粘度流体と呼ぶ）においては、低粘度流体が円錐部及び円板部の間から流れ出てしまい法線応力差を求めることが困難であった。このため低粘度流体について法線応力差の解析を行い難いという問題があった。

そこで、本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、高粘度流体に加えて低粘度流体についても法線応力差の解析を容易に行うことができる粘度測定方法及び粘度測定装置を提供しようとするものである。

本発明の請求項１における流体解析方法は、測定対象の流体が入った容器にボブを押し込んでゆき、前記容器内で前記流体に対してせん断流動を与える押し込みステップと、前記ボブを前記流体に押し込んだときに該ボブが前記流体から受ける反力を測定する測定ステップと、前記ボブの外郭寸法を基に前記流体が前記ボブを押し上げる力を算出し、該算出された押し上げ力と、前記反力と、前記ボブ及び前記容器の隙間の水平断面積とに基づいて法線応力差を算出する法線応力差算出ステップとを備えたことを特徴とするものである。

本発明の請求項２における流体解析方法は、前記法線応力差算出ステップは前記反力から前記押し上げ力を減算することにより、前記ボブに作用する押し下げ力を求め、前記隙間の水平断面積で前記押し下げ力を除することにより前記法線応力差を算出することを特徴とするものである。

本発明の請求項３における流体解析方法は、前記法線応力差算出ステップは前記ボブを前記流体へ押し込むことによる増加浮力と、前記ボブの底面部に作用する底面押し上げ抗力と、前記隙間内で前記ボブに作用する粘性抵抗力とを合算することにより前記押し上げ力を算出することを特徴とするものである。

本発明の請求項４における流体解析装置は、測定対象の流体が入った容器にボブを押し込んでゆき、前記容器内で前記流体に対してせん断流動を与える押し込み手段と、前記ボブを前記流体に押し込んだときに該ボブが前記流体から受ける反力を測定する測定手段と、前記ボブの外郭寸法を基に前記流体が前記ボブを押し上げる力を算出し、該算出された押し上げ力と、前記反力と、前記ボブ及び前記容器の隙間の水平断面積とに基づいて法線応力差を算出する法線応力差算出手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の請求項５における流体解析装置は、前記法線応力差算出手段は前記反力から前記押し上げ力を減算することにより、前記ボブに作用する押し下げ力を求め、前記隙間の水平断面積で前記押し下げ力を除することにより前記法線応力差を算出することを特徴とするものである。

本発明の請求項６における流体解析装置は、前記法線応力差算出手段は前記ボブを前記流体へ押し込むことによる増加浮力と、前記ボブの底面部に作用する底面押し上げ抗力と、前記隙間内で前記ボブに作用する粘性抵抗力とを合算することにより前記押し上げ力を算出することを特徴とするものである。

本発明の請求項１及び４によれば、容器にボブを押し込むことにより容器内で流体に対してせん断流動を与え、このとき得られたボブへの反力を基に流体について法線応力差を求めるので、固形状に形成し難いような低粘度流体でも法線応力差を確実に求めることができ、かくして高粘度流体に加えて低粘度流体についても法線応力差の解析を容易に行うことができる。

本発明の請求項２及び５によれば、反力と押し上げ力と隙間の水平断面積とから流体の法線応力差を求めることができる。

本発明の請求項３及び６によれば、増加浮力と底面押し上げ抗力と粘性抵抗力とから流体の押し上げ力を算出することができるので、これを基に流体の法線応力差を求めることができる。

以下、本発明における好ましい実施例について、添付図面を参照しながら説明する。

（１）法線応力差の測定の概略
図１において、１は本発明による流体解析方法が行なわれる粘度測定装置を示し、この粘度測定装置１は、従来から流体の粘度計測に用いられる回転粘度計（以下、これを単に粘度計と呼ぶ）３と、この粘度計３に接続され、流体の法線応力差を測定するための法線応力差測定処理プログラムを読み込ませたパーソナルコンピュータＰＣとで構成されている。

実際上、この粘度計３は、押し込み手段としての昇降駆動部４と、ベース台５と、このベース台５上に載置された容器６とから構成されている。昇降駆動部４は、棒状のボブ支持部材７が取り付けられ、このボブ支持部材７を鉛直方向に沿って上下動させ得るように構成されている。ボブ支持部材７には、その先端に円柱形状からなる円柱型ボブ２が着脱自在に装着されているとともに、当該円柱型ボブ２及び昇降駆動部４の間に測定手段としてのロードセル８が設けられている。

粘度計３では、測定対象として非ニュートン流体９を容器６の収容部10に入れるように構成されている。実際上、非ニュートン流体９の法線応力差を測定する場合には、先ず昇降駆動部４によってボブ支持部材７を所定時間だけ下降させることにより、円柱型ボブ２を非ニュートン流体９内に浸漬させて一旦停止させる。その後、粘度計３は、さらにボブ支持部材７を所定の押し込み速度Ｖでスライドさせることにより、円柱型ボブ２を非ニュートン流体９内に押し込んでゆく。

このとき粘度計３では、円柱型ボブ２に加わる非ニュートン流体９からの粘性抵抗がそのままロードセル８に反力として加わる。これにより粘度計３では、反力をロードセル８において測定するとともに、当該ロードセル８で得た測定結果をパーソナルコンピュータＰＣに送出する。

これによりパーソナルコンピュータＰＣは、測定結果を用いて所定の式（後述する）を基に演算処理を実行することにより、非ニュートン流体９の法線応力差を算出することができるように構成されている。

すなわち、本発明の流体解析方法では、図２に示すように、円柱型ボブ２が容器６の収容部10に押し込まれることにより、当該収容部10内の非ニュートン流体９が円柱型ボブ２の側面部11及び収容部10の内壁12間の側面隙間Ｇを通過し、当該円柱型ボブ２の上面部13に押し出される。

ここで円柱型ボブ２の側面部11及び収容部10の内壁12間の距離ｈは、収容部10の直径に比して狭いため、当該距離ｈを通過して円柱型ボブ２の上面部13側に向かう非ニュートン流体９の流れは二次元流れとみなすことができる。

この場合、側面隙間Ｇでは、図２に示すように、二次元ポアゾイユ流れに近い速度分布ｖを示すが、実際上、この速度分布ｖは円柱型ボブ２が下方に移動しているので非対称な形となる。なお図２において、流れの方向をＺ軸で示し、円柱型ボブ２の側面部11及び収容部10の内壁12間（すなわち２曲面間）の幅方向をＹ軸で示し、円柱型ボブ２の側面部11での壁面せん断速度をγ_Ｗで示している。

これに加えて円柱型ボブ２は、側面部11が上面部13から底面部20に亘って収容部10の内壁12まで一定の距離ｈを保つように形成されていることから、非ニュートン流体９内への押し込みにより側面隙間Ｇにおいてせん断流動場を形成し得るように構成されている。

ところで、円柱型ボブ２を非ニュートン流体９内に押し込むことにより発生する鉛直方向の反力Ｆには、流入損失と、側面隙間Ｇを非ニュートン流体９が通過する際の粘性抵抗力Ｆｖと、流出損失と、円柱型ボブ２の底面部20の圧力上昇による押し上げ力（以下、これを底面押し上げ抗力と呼ぶ）Ｆｐと、流体水面下の体積増加による浮力増加分の抗力（以下、これを単に増加浮力と呼ぶ）Ｆｂと、せん断流動により発生する法線応力による押し下げ力Ｆｎとの６つが作用する。なお図２におけるＰｏは大気圧であり、押し下げ力Ｆｎについては弾性力を持たない（すなわち法線応力差がゼロである）ニュートン流体には作用しないものである。

このうち流入損失及び流出損失は、粘性抵抗力Ｆｖと底面押し上げ抗力Ｆｐとに比べて流量が小さいことから無視できる。従って円柱型ボブ２を非ニュートン流体９内に押し込むことにより発生する反力Ｆには、粘性抵抗力Ｆｖ、底面押し上げ抗力Ｆｐ、増加浮力Ｆｂ及び押し下げ力Ｆｎの４つが作用するとみなすことができる。

このうち円柱型ボブ２を押し上げる力（以下、これを押し上げ力と呼ぶ）は、増加浮力Ｆｂ、底面押し上げ抗力Ｆｐ及び粘性抵抗力Ｆｖとを合算したものとなることから、押し上げ力（増加浮力Ｆｂ、底面押し上げ抗力Ｆｐ及び粘性抵抗力Ｆｖ）と、押し下げ力Ｆｎと、ロードセル８で測定した反力Ｆとの関係は、次式

によって表される。

実際上、ロードセル８により反力Ｆを測定する場合には、円柱型ボブ２全てを非ニュートン流体９内に予め沈ませておく。このため円柱型ボブ２には押し込み前後で浮力の差は生じない。しかしボブ支持部材７の一部が非ニュートン流体９内に新たに沈み込むため、この分浮力増加の原因となっている。また、円柱型ボブ２を非ニュートン流体９内に押し込むことにより、当該非ニュートン流体９の液面が上昇するので、この分浮力増加の原因となっている。

従って、非ニュートン流体９内にボブ支持部材７が沈み込むことによって生じる浮力と、円柱型ボブ２の押し込みによる非ニュートン流体９の液面上昇による浮力とを算出し、これらを合わせることにより増加浮力Ｆｂを求めることができる。

また、側面隙間Ｇにおける非ニュートン流体９の流れ場が計算されることから粘度による圧力損失が求まり、圧力勾配に基づいて円柱型ボブ２の底面部20での圧力上昇量ΔＰを算出し、当該圧力上昇量ΔＰを基に底面押し上げ抗力Ｆｐを求める。

さらに、流量Ｑを決定して側面隙間Ｇでの速度分布ｖを見積もり、これにより円柱型ボブ２の側面部11に作用する壁面せん断応力が見積もられ、これを基に粘性抵抗力Ｆｖを求めることができる。

以上により上述した式（１）を用いて法線応力差による押し下げ力Ｆｎを求め、次式

によって法線応力差Ｎ１を求めることができる。ここでＡ_ｇａｐは、図３（Ａ）に示すように、側面隙間Ｇの水平断面積を表し、π・Ｒ^２−π・ｒ^２で求めることができる。なおＲは、図３（Ｂ）に示すように収容部10の半径を表し、ｒは円柱型ボブ２の半径を表す。

そして、円柱型ボブ２の押し込み速度Ｖを適宜変化させ、上述した速度分布ｖから平均ずり速度を算出し、法線応力差Ｎ１と平均ずり速度との関係を解析することができる。

（２）粘度測定装置
図１に示したように、上述した本発明による流体解析方法を実行する粘度測定装置１は、粘度計３がパーソナルコンピュータＰＣに接続された構成を有する。

粘度計３は、容器６の収容部10に円柱型ボブ２を押し込んでゆき、当該円柱型ボブ２が非ニュートン流体９から受ける鉛直方向への反力Ｆをロードセル８で測定し得るように構成されている。

因みに、この粘度計３は、従来と同様にベース台５を介して容器６を回転させ得ると共に（図３（Ａ））、このとき円柱型ボブ２が非ニュートン流体９から受ける回転方向への抵抗力を測定し得るように構成されている。なお、この場合ベース台５を回転自在に構成するようにしたが、ボブ支持部材７を回転自在に構成するようにしても良い。

実際上、図３（Ｂ）に示したように、容器６は、有底円筒状に形成されており、その中心軸が円柱型ボブ２の中心軸21と一致するようにベース台５上に載置され、下降した円柱型ボブ２全てを収容部10内に収納し得るように構成されている。

収容部10は、円柱型ボブ２の水平断面形状と同一形状からなり、かつその半径Ｒが円柱型ボブ２の上面部13での半径ｒよりも大きく選定され、当該円柱型ボブ２が収容部10内に挿入されたときに、内壁12と円柱型ボブ２の側面部11との間に円筒型流路たる側面隙間Ｇを形成し得るようになされている（図３（Ａ））。

ここで側面隙間Ｇは、収容部10の半径Ｒ及び円柱型ボブ２の半径ｒに比して小さく選定されていることにより、当該側面隙間Ｇ内に流れ込んだ非ニュートン流体を二次元流れとみなすことができるように構成されている。

円柱型ボブ２は、例えばステンレスからなり、収容部10内において内壁12と一定の距離ｈを保つように形成されていることにより、収容部10内へ押し込んだとき、円筒型の側面隙間Ｇにおいて非ニュートン流体９に対しせん断流動を与えるように構成されている。

ところで、図４に示すように、パーソナルコンピュータＰＣでは、ユーザにより例えばキーボードでなる入力部31が操作されることによって法線応力差の測定に関する種々のデータが入力される。

入力部31はユーザによって入力されたデータをデータバス32を介してＣＰＵ33に供給する。法線応力差算出手段としてのＣＰＵ33はＲＯＭ(Read Only Memory)34に格納されている法線応力差測定処理プログラムに従って法線応力差の測定を行うようになされており、入力部31から入力されたデータと、ロードセル８から外部インターフェース37を介して得られた反力データとを用いながら、法線応力差Ｎ１を求める。このとき、ＣＰＵ33は演算結果等のデータを必要に応じてＲＡＭ(Random Access Memory)35に格納しながら、法線応力差測定を実行する。ＣＰＵ33は、このようにして求めた法線応力差Ｎ１を測定結果としてモニタ36において種々の表示形態で表示する。

ここで、ユーザが入力部31を操作することによって法線応力差測定の実行開始を指定すると、ＣＰＵ33はＲＯＭ34に格納されている法線応力差測定処理プログラムに従って法線応力差測定処理を実行する。この場合、ＣＰＵ33は、外部インターフェース37を介して粘度計３に駆動信号を送出する。

これにより粘度計３は、昇降駆動部４を駆動させることにより円柱型ボブ２を下降させ、図３（Ａ）に示したように、ロードセル８による測定開始前に予め円柱型ボブ２全てを非ニュートン流体９内に浸漬させておく。

次いで、粘度計３は、ロードセル８により反力Ｆの測定を開始するとともに、図５に示すように測定開始から所定時間ｔ１（例えば１０ｓ）まで円柱型ボブ２を停止させ続ける。また粘度計３は、所定時間ｔ１経過後から所定時間ｔ２（例えば５０ｓ）まで（以下、これを押し込み時間Δｔ１と呼ぶ）昇降駆動部４を再び駆動させて非ニュートン流体９内に円柱型ボブ２を押し込み速度Ｖで押し込んでゆき、所定時間ｔ２を経過すると、円柱型ボブ２を停止させる。

これに加えて粘度計３は、測定開始から所定時間ｔ２までロードセル８によって反力Ｆを測定するとともに、さらに所定時間ｔ２経過後から所定時間ｔ３（例えば５０ｓ）までの間ロードセル８によって反力Ｆを測定し、これら一連の測定結果を反力データとしてパーソナルコンピュータＰＣに送出する。

因みに、この実施の形態の場合、円柱型ボブ２を収容部10に押し込むことができる距離が例えば６ｍｍと少ないため、押し込み時間Δｔ１を約５０ｓと固定し、円柱型ボブ２の押し込み速度Ｖを０．００１〜０．１ｍｍ／ｓの間で適宜設定し得るように構成されている。

パーソナルコンピュータＰＣのＣＰＵ33は、粘度計３から受け取った反力データを一旦ＲＡＭ35に格納するようになされている。ＣＰＵ33は、上述した（１）式を用いて法線応力差による押し下げ力Ｆｎを算出するために、粘性抵抗力Ｆｖと、底面押し上げ抗力Ｆｐと、増加浮力Ｆｂとを算出する。

ここで増加浮力Ｆｂは、次式

によって求まる。この場合、ρは測定対象たる非ニュートン流体９の密度を表し、Ｒ_{ｓｈａｆｔ}はボブ支持部材７の半径を表し、ｇは重力加速度を表す。

なお、式（３）の括弧内の第１項（左側の項）はボブ支持部材７の沈み込みによって生じる浮力を表し、当該式（３）の括弧内の第２項（右側の項）は側面隙間Ｇから排出した非ニュートン流体９の液面上昇による浮力を表す。

ここで式（３）においては、ボブ支持部材７の半径Ｒ_{ｓｈａｆｔ}や流体密度ρ等の各値が入力部31を介してユーザにより入力され、ＣＰＵ33は、押し込み速度Ｖ及び押し込み時間Δｔ１を基にＦｂを求める。

また、粘性抵抗力Ｆｖは、次式

によって求められる。ここでμは非ニュートン流体９のせん断粘性係数を表し、予め測定しておいたものである。

なおこのせん断粘性係数μは、従来と同様に円柱型ボブ２を非ニュートン流体９に浸漬した後、容器６を回転させると共にこのとき円柱型ボブ２が非ニュートン流体９から受ける粘性抵抗力に基づいて得たものである。またＡ_Ｓは円柱型ボブ２の側面部11における表面積（側壁面積）を表し、２πｒｄ（ｄは円柱型ボブ２の高さ）から求めることができる。さらにγ_Ｗは壁面せん断速度を表し、円柱型ボブ２における側面隙間Ｇの流入口及び流出口でのべき乗則を考慮した速度分布ｖから求めることができる。

因みに、側面隙間Ｇでの速度分布ｖは、単位時間あたりの流量Ｑより見積もるが、この速度分布ｖは、通常の粘度測定によりずり速度と粘度との関係を求めておき、べき乗則等の方程式を用いて求める。なお流量Ｑは、次式

によって決定される。ここでＡ_Ｂは円柱型ボブ２における底面部20の底面積を表し、π・ｒ^２から求めることができる。

さらに底面押し上げ抗力Ｆｐは、次式

によって求めることができる。ここでΔＰは円柱型ボブ２に作用する圧力上昇量を表し、圧力勾配を表す式を基に求められる。

このようにしてＣＰＵ33は、粘性抵抗力Ｆｖと、底面押し上げ抗力Ｆｐと、増加浮力Ｆｂとを算出するとともに、ロードセル８によって測定した反力Ｆを用いて式（１）から押し下げ力Ｆｎを求める。

またＣＰＵ33は、速度分布ｖに基づいて平均ずり速度を算出し、図６に示すように、当該平均ずり速度と法線応力差Ｎ１との関係を示した解析結果をモニタ36に可視表示する。

因みに図６に示した解析結果は、非ニュートン流体９としてポリアクリル酸（ＰＡＡ）水溶液と、Ｍ１流体とを用いたときのものである。この場合パーソナルコンピュータＰＣには、ユーザにより入力部31が操作されることによって、円柱型ボブ２の底面積や側壁面積、押し込み速度Ｖ等の法線応力差測定に関して必要な各種データが入力されることになる。これにより、ユーザはモニタ36に表示された測定値の分布状態からこのとき解析した非ニュートン流体９の法線応力差Ｎ１の状態を把握することができる。

そして、パーソナルコンピュータＰＣでは、ＰＡＡ水溶液及びＭ１流体毎に、平均ずり速度に応じた法線応力差Ｎ１の一連の変化をモニタ36に表示し、ユーザに対して１つの画面上でこれら複数の解析結果を一度に確認させ得るようになされている。

（３）動作及び効果
以上の構成において、粘度計３では、非ニュートン流体９が入れられた収容部10に円柱型ボブ２を押し込むことにより、当該容器６内で当該非ニュートン流体９に対しせん断流動を与える。

この場合、粘度計３では、収容部10と、当該収容部10に押し込まれる円柱型ボブ２との水平断面形状が同一形状（断面円形状）でなり、かつ円柱型ボブ２が中心軸21を容器６の中心軸と一致させた状態で上下動するようにしたことにより、円柱型ボブ２を単に容器６に押し込むだけで、側面隙間Ｇにおいて非ニュートン流体９に対しせん断流動を確実に、かつ容易に与えることができる。

また、粘度計３では、このとき円柱型ボブ２が受ける反力Ｆを測定するとともに、その測定結果をパーソナルコンピュータＰＣにリアルタイムで送出する。

これによりパーソナルコンピュータＰＣでは、円柱型ボブ２の外郭寸法を基に円柱型ボブ２に作用する押し上げ力（すなわち増加浮力Ｆｂ、底面押し上げ抗力Ｆｐ及び粘性抵抗力Ｆｖ）を算出し、これら算出された押し上げ力と、反力Ｆとに基づいて式（１）により押し下げ力Ｆｎを算出する。

次いで、パーソナルコンピュータＰＣでは、式（２）に示したように側面隙間Ｇの水平断面積Ａ_ｇａｐで押し下げ力Ｆｎを除することにより、非ニュートン流体９の法線応力差Ｎ１を求めることができる。

この結果、粘度測定装置１では、容器６に円柱型ボブ２を押し込むことにより容器６内で非ニュートン流体９に対しせん断流動を与えることから、非ニュートン流体９が容器６内から流れ出ることもないので、固形状に形成し難い非ニュートン流体９についても法線応力差Ｎ１を確実に、かつ容易に求めることができ、かくして低粘度の非ニュートン流体９について法線応力差Ｎ１の解析を容易に進めることが可能になる。

かくして、流体解析装置としての粘度測定装置１では、粘度計３において円柱型ボブ２の押し込み速度Ｖを適宜変化させることにより、速度分布ｖから算出した平均ずり速度と、これに応じた法線応力差Ｎ１との関係を容易に解析することができる。

また、従来から回転粘度計を用いている場合には、当該回転粘度計に接続したパーソナルコンピュータＰＣに、上述した式（１）〜（６）の各演算処理を行うための法線応力差測定処理プログラムを読み込ませれば、当該回転粘度計が備える昇降機やロードセル等の基本的な機械構成をそのまま利用して法線応力差を測定でき、かくして粘度測定装置１の製造コストの低減を図ることができる。

さらに、この場合ユーザに対して、法線応力差測定用の装置（例えば円錐円板型粘度測定装置）を別途用意させるような手間をかけさせることがないので、その分ユーザの手間を省かせて法線応力差を容易に測定することができる。

以上のようにこの実施例では、容器６に円柱型ボブ２を押し込むことにより側面隙間Ｇで非ニュートン流体９に対しせん断流動を与え、このとき円柱型ボブ２が受ける反力Ｆを測定し、この反力Ｆとユーザが入力した各条件とを用いて式（１）〜（６）に従い演算処理を実行するようにしたことにより、高粘度の非ニュートン流体だけでなく、固形状に形成し難いような低粘度の非ニュートン流体９についても法線応力差を確実に求めることができ、かくして高粘度の非ニュートン流体に加えて低粘度の非ニュートン流体９について法線応力差の解析を容易に行うことができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。上述した実施の形態においては、パーソナルコンピュータＰＣと粘度計３とを別体に構成した粘度測定装置１を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らずパーソナルコンピュータＰＣと粘度計３とを一体構成とした粘度測定装置を適用するようにしても良い。

本発明の粘度測定装置の全体構成を示す斜視図である。 容器に円柱型ボブを押し込んだときに働く抗力の様子を示す縦断面図である。 円柱型ボブ及び容器の詳細構成を示す水平断面図及び縦断面図である。 粘度測定装置の回路構成を示すブロック図である。 円柱型ボブの押し込みタイミングを示すタイミングチャート図である。 解析結果のモニタ表示例を示す概略図である。

符号の説明

１ 粘度測定装置（流体解析装置）
２ 円柱型ボブ
４ 昇降駆動部（押し込み手段）
６ 容器
８ ロードセル（測定手段）
33 ＣＰＵ（法線応力差算出手段）
Ｇ 側面隙間（隙間）

Claims (6)

1. 測定対象の流体が入った容器にボブを押し込んでゆき、前記容器内で前記流体に対してせん断流動を与える押し込みステップと、
   前記ボブを前記流体に押し込んだときに該ボブが前記流体から受ける反力を測定する測定ステップと、
   前記ボブの外郭寸法を基に前記流体が前記ボブを押し上げる力を算出し、該算出された押し上げ力と、前記反力と、前記ボブ及び前記容器の隙間の水平断面積とに基づいて法線応力差を算出する法線応力差算出ステップと
   を備えたことを特徴とする流体解析方法。
2. 前記法線応力差算出ステップは、
   前記反力から前記押し上げ力を減算することにより、前記ボブに作用する押し下げ力を求め、前記隙間の水平断面積で前記押し下げ力を除することにより前記法線応力差を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載の流体解析方法。
3. 前記法線応力差算出ステップは、
   前記ボブを前記流体へ押し込むことによる増加浮力と、
   前記ボブの底面部に作用する底面押し上げ抗力と、
   前記隙間内で前記ボブに作用する粘性抵抗力とを合算することにより前記押し上げ力を算出する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の流体解析方法。
4. 測定対象の流体が入った容器にボブを押し込んでゆき、前記容器内で前記流体に対してせん断流動を与える押し込み手段と、
   前記ボブを前記流体に押し込んだときに該ボブが前記流体から受ける反力を測定する測定手段と、
   前記ボブの外郭寸法を基に前記流体が前記ボブを押し上げる力を算出し、該算出された押し上げ力と、前記反力と、前記ボブ及び前記容器の隙間の水平断面積とに基づいて法線応力差を算出する法線応力差算出手段と
   を備えたことを特徴とする流体解析装置。
5. 前記法線応力差算出手段は、
   前記反力から前記押し上げ力を減算することにより、前記ボブに作用する押し下げ力を求め、前記隙間の水平断面積で前記押し下げ力を除することにより前記法線応力差を算出する
   ことを特徴とする請求項４記載の流体解析装置。
6. 前記法線応力差算出手段は、
   前記ボブを前記流体へ押し込むことによる増加浮力と、
   前記ボブの底面部に作用する底面押し上げ抗力と、
   前記隙間内で前記ボブに作用する粘性抵抗力とを合算することにより前記押し上げ力を算出する
   ことを特徴とする請求項４又は５記載の流体解析装置。

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