WO2007099687A1

WO2007099687A1 - 流体解析方法及び流体解析装置

Info

Publication number: WO2007099687A1
Application number: PCT/JP2006/326044
Authority: WO
Inventors: Tsutomu Takahashi; Masataka Shirakashi; Toshihiro Kawano
Original assignee: Nagaoka University Of Technology
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2007-09-07
Also published as: EP1992934A1; EP1992934A4; JP2007232540A; JP4815591B2; US20100274504A1

Abstract

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流体解析方法及び流体解析装置を提供する。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所定の式で演算処理を実行するようにしたことにより、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についても法線応力差の解析を容易に行うことができる。

Description

明細書

流体解析方法及び流体解析装置

技術分野

[0001] 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-ユートン流体の解祈に用いる粘度測定装置に適用して好適なものである。

背景技術

[0002] 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力受ける粘性抵抗力に基づ、て流体の粘度を測定する回転粘度計が知られて、る（例えば、特許文献 1参照)。

特許文献 1：特開平 6 - 207898号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 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ぉ、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力つた。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。

[0004] 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。

[0005] 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、る。

[0006] し力しながら、力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っ、て法線応力差の解析を行!ヽ難、と、う問題があった。

[0007] 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っヽ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ょうとするものである。

課題を解決するための手段

[0008] 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ツプとを備えたことを特徴とするものである。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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カを算出し、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。

[0012] 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。

[0013] 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。

発明の効果

[0014] 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、力べして高粘度流体にカ卩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。

[0015] 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。

[0016] 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力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。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明の粘度測定装置の全体構成を示す斜視図である。

[図 2]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。

[図 3]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。

[図 4]粘度測定装置の回路構成を示すブロック図である。

[図 5]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。

[図 6]解析結果のモニタ表示例を示す概略図である。発明を実施するための最良の形態

[0018] 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。

[0019] (1)法線応力差の測定の概略

図 1にお、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 P Cとで構成されている。

[0020] 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力もなる円柱型ボブ 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。

[0021] 粘度計 3では、測定対象として非-ユートン流体 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-ユートン流体 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-ユートン流体 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。

[0022] このとき粘度計 3では、円柱型ボブ 2に加わる非-ユートン流体 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ビュータ PCに送出する。

[0023] 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、る。 [0024] 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-ユートン流体 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。

[0025] 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。

[0026] この場合、側面隙間 Gでは、図 2に示すように、二次元ポアゾィュ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 で示している。

W

[0027] これにカ卩えて円柱型ボブ 2は、側面部 11が上面部 13から底面部 20に亘つて収容部 10の内壁 12まで一定の距離 hを保つように形成されて!、ることから、非-ユートン流体 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。

[0028] ところで、円柱型ボブ 2を非-ユートン流体 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カ（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。

[0029] このうち流入損失及び流出損失は、粘性抵抗力 Fvと底面押し上げ抗カ Fpとに比ベ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-ユートン流体 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、底面押し上げ抗カ 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。 [0030] 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、底面押し上げ抗カ 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、底面押し上げ抗カ Fp及び粘性抵抗力 Fv)と、押し下げ力 F nと、ロードセル 8で測定した反力 Fとの関係は、次式

[0031] [数 1]

Fn = F—Fv—Fp—Fb ■■■("

によって表される。

[0032] 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-ュ一トン流体 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。し力しボブ支持部材 7の一部が非-ユートン流体 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-ユートン流体 9内に押し込むことにより、当該非-ユートン流体 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。

[0033] 従って、非-ユートン流体 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-ユートン流体 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。

[0034] また、側面隙間 Gにおける非-ユートン流体 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 Δ Pを算出し、当該圧力上昇量 Δ Pを基に底面押し上げ抗カ Fpを求める。

[0035] 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。

[0036] 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

[0037] [数 2]

Nl = Fn I A gap - - - (2)

によって法線応力差 Nlを求めることができる。ここで A 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 -R²- π 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。

[0038] 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。

[0039] (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。

[0040] 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-ユートン流体 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。

[0041] 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-ユートン流体 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、。

[0042] 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、る。

[0043] 収容部 10は、円柱型ボブ 2の水平断面形状と同一形状力なり、かつその半径尺が円柱型ボブ 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ヽる（図 3 (A) )。

[0044] 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、る。

[0045] 円柱型ボブ 2は、例えばステンレス力もなり、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-ユートン流体 9に対しせん断流動を与えるように構成されている。

[0046] 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。

[0047] 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力も入力されたデータと、ロードセル 8から外部インターフエース 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 N 1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。

[0048] 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、外部インターフエ一ス 37を介して粘度計 3に駆動信号を送出する。

[0049] 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-ユートン流体 9内に浸漬させておく。

[0050] 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力も所定時間 tl (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 tl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 A tlと呼ぶ)昇降駆動部 4を再び駆動させて非-ユートン流体 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。

[0051] これにカ卩えて粘度計 3は、測定開始力所定時間 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一ソナルコンピュータ PCに送出する。

[0052] 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 A tl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. ImmZsの間で適宜設定し得るように構成されている。

[0053] 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且 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。

[0054] ここで増加浮力 Fbは、次式

[0055] [数 3]

Fb = p n Rshafl · 1 1 + _ρ2 ) vtR - - - (3)

R— Rshaft によって求まる。この場合、は測定対象たる非-ユートン流体 9の密度を表し、 R

sh はボブ支持部材 7の半径を表し、 gは重力加速度を表す。

aft

[0056] 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力排出した非-ユートン流体 9の液面上昇による浮力を表す。

[0057] ここで式（3)にお、ては、ボブ支持部材 7の半径 R や流体密度 p等の各値が入

shaft

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 A tlを基に Fbを求める。

[0058] また、粘性抵抗力 Fvは、次式

[0059] [数 4]

Fv = U · T w - As - " (4) によって求められる。ここでは非-ユートン流体 9のせん断粘性係数を表し、予め測定してぉ、たものである。 [0060] なおこのせん断粘性係数は、従来と同様に円柱型ボブ 2を非-ユートン流体 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-ユートン流体 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 Αは円柱型ボブ 2の側面部 11

S

における表面積 (側壁面積)を表し、 2 π rd (dは円柱型ボブ 2の高さ）から求めること力 Sできる。さらに γ 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

W

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。

[0061] 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

[0062] [数 5]

によって決定される。ここで Aは円柱型ボブ 2における底面部 20の底面積を表し、 π

Β

•r²から求めることができる。

[0063] さらに底面押し上げ抗カ Fpは、次式

[0064] [数 6]

によって求めることができる。ここで Δ Ρ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。

[0065] このようにして CPU33は、粘性抵抗力 Fvと、底面押し上げ抗カ 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)から押し下げカ Fnを求める。

[0066] 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。

[0067] 因みに図 6に示した解析結果は、非-ユートン流体 9としてポリアクリル酸 (PAA)水溶液と、 Ml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力もこのとき解析した非-ユートン流体 9の法線応力差 N1の状態を把握することができる。

[0068] そして、パーソナルコンピュータ PCでは、 PAA水溶液及び Ml流体毎に、平均ずり速度に応じた法線応力差 N 1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、る。

[0069] (3)動作及び効果

以上の構成において、粘度計 3では、非-ユートン流体 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-ユートン流体 9に対しせん断流動を与える。

[0070] 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-ユートン流体 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。

[0071] 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。

[0072] 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、底面押し上げ抗カ 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。

[0073] 次!、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 で押し下げ力 Fnを除することにより、非-ユートン流体 9の法線応力差 N

gap

1を求めることができる。

[0074] 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、ので、固形状に形成し難、非-ユートン流体 9につヽても法線応力差 Nlを確実に、かつ容易に求めることができ、カゝくして低粘度の非-ュ一トン流体 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。

[0075] 力べして、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力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。

[0076] 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一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、カゝ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。

[0077] 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、その分ュ一ザの手間を省力せて法線応力差を容易に測定することができる。

[0078] 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-ユートン流体 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-ユートン流体だけでなぐ固形状に形成し難いような低粘度の非-ユートン流体 9についても法線応力差を確実に求めることができ、力べして高粘度の非-ユートン流体にカ卩えて低粘度の非-ユートン流体 9につ、て法線応力差の解析を容易に行うことができる。

[0079] なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなぐ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、。

Claims

請求の範囲

[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カを算出する

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、

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、

ことを特徴とする請求項 4又は 5記載の流体解析装置。