RU2548948C1 - Method to detect viscosity of non-newtonian liquids - Google Patents

Method to detect viscosity of non-newtonian liquids Download PDF

Info

Publication number
RU2548948C1
RU2548948C1 RU2014100747/28A RU2014100747A RU2548948C1 RU 2548948 C1 RU2548948 C1 RU 2548948C1 RU 2014100747/28 A RU2014100747/28 A RU 2014100747/28A RU 2014100747 A RU2014100747 A RU 2014100747A RU 2548948 C1 RU2548948 C1 RU 2548948C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
viscosity
newtonian
radius
average
shift
Prior art date
Application number
RU2014100747/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Давыдович Алашкевич
Валерий Иванович Ковалев
Александра Игоревна Ларионова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (СибГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (СибГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (СибГТУ)
Priority to RU2014100747/28A priority Critical patent/RU2548948C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2548948C1 publication Critical patent/RU2548948C1/en

Links

Landscapes

  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: method to detect viscosity of non-Newtonian liquids includes their pumping via a channel, and viscosity is detected on the basis of the expression η C = N С ( r r A V ) 2 π r A V ( ϑ A V С ) 3 t ,
Figure 00000010
, where: ηC - viscosity of non-Newtonian liquid, Pa·s; NC - useful power spent for second shift, W; r - radius of inner surface of pipe, m; rAV - average radius of non-Newtonian liquid flow, m; ϑ A V С
Figure 00000011
- average speed of water suspension flow, m·s-1; t - time of suspension jet leak from attachment, s.
EFFECT: simplified method to determine viscosity of non-Newtonian liquids mainly due to use of values of power spent for second shift and produced with the help of measurement equipment as input parameters.

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения вязкости жидкостей.The invention relates to measuring equipment, and in particular to methods for measuring the viscosity of liquids.

Известен способ измерения вязкости жидкости, включающий определение времени истечения ее фиксированного объема через капилляр с заданным диаметром живого сечения [1].A known method of measuring the viscosity of a liquid, including determining the time of expiration of its fixed volume through a capillary with a given diameter of the living section [1].

Недостатком способа [1] является невозможность измерения вязкости неньютоновских жидкостей.The disadvantage of this method [1] is the inability to measure the viscosity of non-Newtonian fluids.

Известен способ измерения вязкости жидкости, включающий прокачку жидкости через канал известного диаметра, определение напряжения и скорости сдвига на стенке канала [2].A known method of measuring the viscosity of a fluid, including pumping fluid through a channel of known diameter, determining stress and shear rate on the channel wall [2].

Недостатком способа [2] является невозможность измерения зависимости вязкости от скорости сдвига при заданной скорости движения жидкости.The disadvantage of this method [2] is the impossibility of measuring the dependence of viscosity on shear rate at a given fluid velocity.

Известен способ измерения вязкости неньютоновских жидкостей, включающий их прокачку через цилиндрический канал, определение напряжения сдвига, скорости сдвига, профиля распределения скоростей потока в поперечном сечении канала и зависимости вязкости от скорости сдвига из выражения

Figure 00000001
, где: η - вязкость жидкости, Па·с; τ(x) - напряжение сдвига, Па; γ′(x) - скорость сдвига, с-1; x - текущая координата вдоль оси канала, м [3].A known method of measuring the viscosity of non-Newtonian fluids, including pumping them through a cylindrical channel, determining shear stress, shear rate, distribution profile of flow rates in the channel cross section and the dependence of viscosity on shear rate from the expression
Figure 00000001
where: η is the fluid viscosity, Pa · s; τ (x) is the shear stress, Pa; γ ′ (x) is the shear rate, s -1 ; x is the current coordinate along the axis of the channel, m [3].

Недостатком способа [3] является сложность, большая трудоемкость и длительность процесса определения напряжения сдвига, требующего достаточно дорогого аппаратурного оснащения.The disadvantage of this method [3] is the complexity, high complexity and duration of the process of determining shear stress, which requires quite expensive hardware.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения вязкости неньютоновских жидкостей, включающий их прокачку через канал, расчет секундного расхода и средней скорости потока, при этом вязкость неньютоновских жидкостей определяется из выражения

Figure 00000002
, гдеThe closest in technical essence is a method for determining the viscosity of non-Newtonian fluids, including pumping them through the channel, calculating the second flow rate and average flow rate, while the viscosity of non-Newtonian fluids is determined from the expression
Figure 00000002
where

ηв - вязкость воды (ньютоновской жидкости, принимается по справочным данным), Па·с;η в - viscosity of water (Newtonian fluid, taken according to the reference data), Pa · s;

ηс - вязкость суспензии (неньютоновской жидкости), Па·с;η s - viscosity of the suspension (non-Newtonian fluid), Pa · s;

Figure 00000003
- средняя скорость потока воды (расчетная величина), м·с-1;
Figure 00000003
- average water flow rate (calculated value), m · s -1 ;

Figure 00000004
- средняя скорость потока водной суспензии (неньютоновской жидкости, расчетная величина) м·с-1 [4].
Figure 00000004
- the average flow rate of an aqueous suspension (non-Newtonian fluid, calculated value) m · s -1 [4].

Недостаток способа [4] заключается в необходимости использования реологических параметров промежуточной ньютоновской жидкости (воды) ηB,

Figure 00000003
и, как следствие этого, с целью их нахождения, в введении дополнительных операций в цепочку основных.The disadvantage of the method [4] is the need to use rheological parameters of the intermediate Newtonian fluid (water) η B ,
Figure 00000003
and, as a consequence of this, in order to find them, in the introduction of additional operations in the main chain.

Изобретение решает задачу упрощения способа определения вязкости неньютоновских жидкостей, с созданием предпосылок для усовершенствования экспресс - метода по его осуществлению, применительно к производственным условиям, например, при обработке и транспортировании по технологическим трубопроводам малоконсистентных древесноволокнистых водных суспензий.The invention solves the problem of simplifying the method for determining the viscosity of non-Newtonian fluids, with the creation of prerequisites for improving the express method for its implementation, in relation to production conditions, for example, during the processing and transportation of low-consistency wood-based fiber suspensions through technological pipelines.

Технический результат заключается в упрощении способа определения вязкости малоконсистентрых неньютоновских жидкостей [4], главным образом, за счет использования в качестве входных параметров, значений мощности, затрачиваемой на секундный сдвиг, полученной с помощью измерительной техники.The technical result consists in simplifying the method for determining the viscosity of low-consistency non-Newtonian fluids [4], mainly due to the use of the power spent on the second shift obtained by measuring technique as input parameters.

Для обеспечения технического результата, в способе определения вязкости неньютоновских жидкостей, включающем их прокачку через канал, расчет секундного расхода и средней скорости потока, согласно изобретению, вязкость определяется из выражения

Figure 00000005
, гдеTo ensure a technical result, in a method for determining the viscosity of non-Newtonian fluids, including pumping them through a channel, calculating the second flow rate and average flow rate, according to the invention, the viscosity is determined from the expression
Figure 00000005
where

ηС - вязкость неньютоновской жидкости, Па·с;η C is the viscosity of a non-Newtonian fluid, Pa · s;

NС - полезная мощность, затрачиваемая на секундный сдвиг, Па·с;N C is the net power spent on the second shift, Pa · s;

r - радиус внутренней поверхности трубы, м;r is the radius of the inner surface of the pipe, m;

rСР - средний радиус потока неньютоновской жидкости, м;r SR - the average radius of the flow of non-Newtonian fluid, m;

Figure 00000006
- средняя скорость потока водной суспензии, м·с-1;
Figure 00000006
- the average flow rate of the aqueous suspension, m · s -1 ;

t - время истечения струи суспензии из насадки, с.t is the time of expiration of the jet of suspension from the nozzle, sec.

В отличие от известных способов [1, 2, 3, 4], в предлагаемом решении, в качестве основных входных параметров, замеряются значения мощности NС, затрачиваемой на секундный сдвиг, время истечения струи из насадки t и радиус r внутренней поверхности трубы, рассчитывается значения среднего радиуса rСР, средней скорости

Figure 00000006
потока в трубопроводе, концентрации С. При известных значениях данных входных параметров, задача определения вязкости ηС неньютоновской жидкости существенно упрощается. Кроме того, для создания компактного экспресс-метода измерения вязкости неньютоновских жидкостей в производственных условиях в предлагаемом решении (по сравнению с известными способами [1, 2, 3, 4]) потребуется недорогое и в конструктивном отношении более простое приборное оснащение. Представленная формула определения вязкости ηС неньютоновских жидкостей выведена авторами аналитическим путем и подтверждена результатами эксперимента. Экспериментальное определение вязкости было проведено в проблемной лаборатории кафедры «Машины и аппараты промышленных технологий» СибГТУ.Unlike the known methods [1, 2, 3, 4], in the proposed solution, as the main input parameters, the values of the power N C spent on a second shift are measured, the time of the outflow of the jet from the nozzle t and the radius r of the inner surface of the pipe are calculated mean radius r CP , mean velocity
Figure 00000006
flow in the pipeline, concentration C. For known values of these input parameters, the problem of determining the viscosity η C of a non-Newtonian fluid is significantly simplified. In addition, to create a compact express method for measuring the viscosity of non-Newtonian fluids under production conditions in the proposed solution (in comparison with the known methods [1, 2, 3, 4]), inexpensive and structurally simpler instrumentation will be required. The presented formula for determining the viscosity η С of non-Newtonian fluids was deduced by the authors analytically and confirmed by the experimental results. An experimental determination of viscosity was carried out in the problem laboratory of the Department of Machines and Apparatuses of Industrial Technologies of SibGTU.

В качестве исследуемых жидкостей использовались водные суспензии целюлозы с концентрацией С=0,5; 1,0; 1,5%. Замеры производились при фиксированных входных параметрах: температура t=20°C; фиксированный объем пропускаемой через насадку исследуемой жидкости V=0,008 м3. Диаметр поперечного сечения канала d=0,02 м.As the studied liquids, aqueous suspensions of cellulose with a concentration of C = 0.5 were used; 1.0; 1.5%. Measurements were made with fixed input parameters: temperature t = 20 ° C; a fixed volume of the test fluid passed through the nozzle is V = 0.008 m 3 . The diameter of the channel cross section d = 0.02 m.

Пример 1. Концентрация 0,5%. Операции производились в следующей последовательности:Example 1. The concentration of 0.5%. The operations were carried out in the following sequence:

- рассчитывались секундный расход Q, средняя скорость

Figure 00000006
и средний радиус rСР потока по известным зависимостям;- calculated second flow rate Q, average speed
Figure 00000006
and the average radius r of the CP stream according to known dependencies;

- замерялись время t истечения фиксированных объемов V исследуемых жидкостей из насадки, установленной на выходе из каналов и мощность NС, затрачиваемая на секундный сдвиг.- measured the time t of the expiration of fixed volumes V of the studied liquids from the nozzle installed at the outlet of the channels and the power N C spent on a second shift.

Расчет вязкости ηС производился для ламинарного режима движения потока суспензии, поскольку результаты проверочного расчета показали, что при концентрациях С=0,5% режим течения во всех рабочих органах установки ламинарный (Re<2320).The viscosity η С was calculated for the laminar regime of the suspension flow, since the results of the verification calculation showed that at concentrations C = 0.5% the flow regime in all working bodies of the installation is laminar (Re <2320).

Пример 2. Концентрация 1%. Последовательность операций осуществлялась по аналогии, установленной в примере 1.Example 2. The concentration of 1%. The sequence of operations was carried out by analogy established in example 1.

Расчет вязкости ηС производился для турбулентного режима движения потока суспензии, поскольку результаты проверочного расчета показали, что при концентрациях С=1% число Re находилось в пределах 14148…16960.The viscosity η С was calculated for the turbulent regime of the suspension flow, since the results of the verification calculation showed that at concentrations C = 1% the number Re was in the range of 14148 ... 16960.

Пример 3. Концентрация 1,5%. Последовательность операций осуществлялась по аналогии, установленной в примере 1.Example 3. The concentration of 1.5%. The sequence of operations was carried out by analogy established in example 1.

Расчет вязкости ηС производился для турбулентного режима движения потока, поскольку установлено, что при концентрациях С=1,5% число Re находилось так же, как и в примере 2, в пределах 14148…16960.The viscosity η С was calculated for the turbulent flow regime, since it was established that at concentrations C = 1.5% the number Re was the same as in Example 2, in the range 14148 ... 16960.

После подстановки результатов расчета и замеров в представленную зависимость были определены значения вязкости исследуемых водных суспензий целлюлозы примеров 1-3. Результаты эксперимента приведены в таблице.After substituting the calculation results and measurements in the presented dependence, the viscosity values of the studied aqueous pulp suspensions of Examples 1-3 were determined. The experimental results are shown in the table.

Figure 00000007
Figure 00000007

Таким образом, по сравнению с существующими способами [1, 2, 3, 4], использование предлагаемого решения упрощает процесс определения вязкости малоконсистентных неньютоновских жидкостей. За счет этого создаются предпосылки для осуществления контроля данного параметра в производственных условиях, например, при размоле древесно-волокнистой массы, поступающей на стадию размола в виде малоконсистентных водных суспензий целлюлозы.Thus, in comparison with existing methods [1, 2, 3, 4], the use of the proposed solution simplifies the process of determining the viscosity of low-consistency non-Newtonian fluids. Due to this, the prerequisites are created for monitoring this parameter in production conditions, for example, when grinding wood pulp entering the grinding stage in the form of low-consistency aqueous suspensions of cellulose.

Кроме этого, можно предположить, что контроль вязкости неньютоновских жидкостей позволит предотвратить возможность возникновения аварийных ситуаций, часто имеющих место при неконтролируемом пропуске консистентной волокнистой массы через массопровод и соединенные с ним рабочие полости технологического оборудования. Использование предлагаемого решения способствует повышению эффективности технологических процессов.In addition, it can be assumed that monitoring the viscosity of non-Newtonian fluids will prevent the possibility of emergencies that often occur when uncontrolled passage of the pulp through the mass pipe and the working cavities of the process equipment connected to it. Using the proposed solution improves the efficiency of technological processes.

Источники информацииInformation sources

1. Цветков В.Н, Эскин В.Е., Френкель С.Я. Структура макромолекул в растворах. М.: Наука, 1964.1. Tsvetkov V.N., Eskin V.E., Frenkel S.Ya. The structure of macromolecules in solutions. M .: Nauka, 1964.

2. Мидлман С. Течение полимеров. М.: Мир, 1971.2. Middleman S. The flow of polymers. M .: Mir, 1971.

3. SU №1716388, МПК G01N 11/04, заяв. 30.05.1989 г., опубл. 29.02.1992 г., бюл. №8.3. SU No. 1716388, IPC G01N 11/04, application. 05/30/1989, publ. 02/29/1992, bull. No. 8.

4. RU №2441217, МПК G01N 11/04, заяв. 28.10.2010 г., опубл. 27.01.2012 г., бюл. №3.4. RU No. 2441217, IPC G01N 11/04, application. October 28, 2010, publ. 01/27/2012, bull. Number 3.

Claims (1)

Способ определения вязкости малоконсистентных неньютоновских жидкостей, включающий их прокачку через канал, расчет секундного расхода и средней скорости потока, отличающийся тем, что вязкость определяется из выражения
Figure 00000008
, где
ηС - вязкость неньютоновской жидкости, Па·с;
NС - полезная мощность, затрачиваемая на секундный сдвиг, Вт;
r - радиус внутренней поверхности трубы, м;
rСР - средний радиус потока неньютоновской жидкости, м;
Figure 00000006
- средняя скорость потока водной суспензии, м·с-1;
t - время истечения струи суспензии из насадки, с.
A method for determining the viscosity of low-consistency non-Newtonian fluids, including pumping them through a channel, calculating the second flow rate and average flow rate, characterized in that the viscosity is determined from the expression
Figure 00000008
where
η C is the viscosity of a non-Newtonian fluid, Pa · s;
N C - net power spent per second shift, W;
r is the radius of the inner surface of the pipe, m;
r SR - the average radius of the flow of non-Newtonian fluid, m;
Figure 00000006
- the average flow rate of the aqueous suspension, m · s -1 ;
t is the time of expiration of the jet of suspension from the nozzle, sec.
RU2014100747/28A 2014-01-09 2014-01-09 Method to detect viscosity of non-newtonian liquids RU2548948C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100747/28A RU2548948C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Method to detect viscosity of non-newtonian liquids

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100747/28A RU2548948C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Method to detect viscosity of non-newtonian liquids

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2548948C1 true RU2548948C1 (en) 2015-04-20

Family

ID=53289539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014100747/28A RU2548948C1 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Method to detect viscosity of non-newtonian liquids

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2548948C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1716388A1 (en) * 1989-05-30 1992-02-28 Всесоюзный нефтегазовый научно-исследовательский институт Method of measuring viscosity of non-newton liquids
RU2023985C1 (en) * 1991-04-18 1994-11-30 Коуров Георгий Николаевич Liquid flow measurement method
US20110239744A1 (en) * 2008-10-15 2011-10-06 Harold Roland Bernard Auradou Device and method for measuring the viscosity of a fluid
RU2441217C1 (en) * 2010-10-28 2012-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" ("СибГТУ") Method of measuring viscosity of non-newtonian liquids

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1716388A1 (en) * 1989-05-30 1992-02-28 Всесоюзный нефтегазовый научно-исследовательский институт Method of measuring viscosity of non-newton liquids
RU2023985C1 (en) * 1991-04-18 1994-11-30 Коуров Георгий Николаевич Liquid flow measurement method
US20110239744A1 (en) * 2008-10-15 2011-10-06 Harold Roland Bernard Auradou Device and method for measuring the viscosity of a fluid
RU2441217C1 (en) * 2010-10-28 2012-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" ("СибГТУ") Method of measuring viscosity of non-newtonian liquids

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Peixinho et al. Laminar transitional and turbulent flow of yield stress fluid in a pipe
Tu et al. Fully developed periodic turbulent pipe flow. Part 1. Main experimental results and comparison with predictions
Fritzmann et al. Helically microstructured spacers improve mass transfer and fractionation selectivity in ultrafiltration
CA2831862C (en) Device for measuring and controlling on-line viscosity at high pressure
Güzel et al. Observation of laminar–turbulent transition of a yield stress fluid in Hagen–Poiseuille flow
Srinivas et al. Effect of viscoelasticity on the soft-wall transition and turbulence in a microchannel
RU2015101811A (en) Viscometer for Newtonian and Non-Newtonian Fluids
RU151950U1 (en) HYDRODYNAMIC STAND FOR TESTING ANTI-TURBULENT ADDITIVES FOR OIL AND OIL PRODUCTS
Hanus et al. Signals features extraction in liquid-gas flow measurements using gamma densitometry. Part 1: Time domain
CA2944739C (en) Apparatus and method for measuring a gas volume fraction of an aerated fluid in a reactor
EA201990542A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR DETECTION OF DEPOSITS IN THE PIPELINE DEVICE SYSTEM
Zhao et al. Study of oscillating electroosmotic flows with high temporal and spatial resolution
Abbagoni et al. Non-invasive measurement of oil-water two-phase flow in vertical pipe using ultrasonic Doppler sensor and gamma ray densitometer
RU2629884C1 (en) Unit for efficiency estimation of hydraulic resistance decreasing agents
RU2548948C1 (en) Method to detect viscosity of non-newtonian liquids
RU2441217C1 (en) Method of measuring viscosity of non-newtonian liquids
Castelain et al. Residence time distribution of a purely viscous non-Newtonian fluid in helically coiled or spatially chaotic flows
Adamkowski et al. Consideration of the cavitation characteristics of shut-off valves in numerical modelling of hydraulic transients in pipelines with column separation
Carvalho et al. Elongated bubble velocity estimation in vertical liquid-gas flows using flow-induced vibration
RU2445545C1 (en) Method for determining pipeline deposit volume
US20120247190A1 (en) Rheometer
Wang et al. Theoretical and experimental investigation of the focusing position in asymmetrical flow field-flow fractionation (AF4)
Shoeibi Omrani et al. Polymer induced drag reduction in a turbulent pipe flow subjected to a Coriolis force
Vartuli et al. Taylor dispersion in a polymer solution flowing in a capillary tube
Zych et al. Application of spectral analysis in radiometric measurements of twophase liquid-gas flow

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160110