[發明專利]聚合物溶液變形遲緩時間常數測定方法

有效

• 申請號: 201410026110.5
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103884713A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 譚善文;劉忠
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及聚合物溶液變形遲緩時間常數的測定方法。

背景技術

一般來說，聚合物溶液為粘彈性液體，該類液體的動力特性既表現液體的粘性特征，又具有彈性特性，其本構方程相當復雜，在數值仿真中，用得最多為Oldroyd8常數模型，在小尺度粘彈性液滴試驗中，為了減少分析的復雜度，8常數模型常常通過線性化簡化為兩個常數的Jeffreys模型。該模型的數學表達式為：

其中λ2為變形遲緩時間常速。

由于表面張力的作用，粘彈性液滴在空氣中會產生振蕩現象，其振蕩頻率和阻尼僅與材料參數和幾何參數有關，因此可以利用這個特點對材料參數進行測定。對于小尺度粘彈性液滴在空氣中振蕩的動力學問題，可以用N-S方程加上兩個常數的Jeffreys本構方程、邊界條件得到相應的特征方程。已知材料參數和幾何參數就可以得到二階振蕩的振蕩頻率和阻尼；反過來，通過測定振蕩頻率和阻尼，利用特征方程同樣可以計算出材料參數。

目前，彈性時間常數λ1已經有標準的測定方法，而零剪切率粘性常數η0可以近似得到，但對變形遲緩時間常數λ2目前還沒有相應的測定方法，在粘彈性流體的數值仿真中，一般規定變形遲緩時間常數為彈性時間常數的1／8或1／10，這種規定并沒有理論根據，因此，其仿真結果是否能夠反映真實流動特性值得懷疑。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有的技術缺陷，提供一種聚合物溶液變形遲緩時間常數的測定方法，可準確測定出各溶液的變形遲緩時間常數，具體方法如下：

聚合物溶液變形遲緩時間常數測定方法，主要包括如下步驟：

(1)利用超聲波液滴懸浮儀和高速相機記錄液滴振蕩的運動圖像：

用注射器注入液滴，控制液滴的直徑在1.5mm到2.5mm之間；

液滴在由超聲波駐波產生的擬穩態壓力場中保持懸浮狀態，且液滴在超聲波的幅值調制下，產生振蕩；

對超聲波調制頻率進行掃頻，通過監控液滴變形的幅度，獲得液滴在超聲波激勵下的共振頻率，在共振頻率下，液滴穩定地發生振蕩；

關閉超聲波，這時，液滴在表面張力的作用下，表面表現為衰減的振蕩，以此為時間零點，觸發高速相機，記錄下液滴的振蕩行為，并存儲在與攝像機相連的的計算機上；

(2)根據步驟(1)所得的圖像進行界面識別和擬合：

對圖像進行進一步的處理，通過高速攝影獲得的圖像每一幀代表一個時刻的液滴表面振蕩的形態，識別界面的變化獲得一段時間液滴振蕩隨時間變化的演化過程；

依次對系列幀的圖像處理，就可以得到以時間為序列的一系列變化的液滴界面；

對每一時刻的界面進行曲線擬合，從而得到給定時刻的瞬時振幅；

(3)根據步驟(2)的瞬時振幅，以時間為橫坐標軸，瞬時振幅為縱坐標軸，可以得到瞬時振幅隨時間變化的曲線：

通過對曲線按衰減的諧函數進行擬合就可以得到二階和三階模態的振蕩頻率和阻尼比；

由相應模態的振蕩頻率和阻尼比組合成對應的復頻率，帶入特征方程，同時帶入其他已知的幾何參數和材料參數，就可以得到二階和三階模態的兩個特征方程，借助于數值方法對未知量零剪切率粘性常數、變形遲緩時間常數進行求解，最終獲得變形遲緩時間常數。

作為優選方式，上述步驟(3)對應的各參數帶入數學模型：