[發(fā)明專利]一種非牛頓液體流變特性的過程檢測裝置及其計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910342005.5
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110082263B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柯慶鏑;楊杰;黃海鴻;尚松柏
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N11/14
• 分類號: G01N11/14
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種非牛頓液體流變特性的過程檢測裝置,包括有反應(yīng)釜，其特征在于：所述反應(yīng)釜外設(shè)有保溫壁，所述保溫壁內(nèi)安裝有加熱裝置，所述反應(yīng)釜的端蓋上設(shè)有液體注入口，所述反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有過程檢測室，所述過程檢測室為模塊化設(shè)計，其可按照監(jiān)測需求疊加安裝，所述過程檢測室的進出口處分別安裝有壓力傳感部分，所述過程檢測室中分別設(shè)有粘度檢測機構(gòu)，所述粘度檢測機構(gòu)包括有外罩，所述外罩內(nèi)設(shè)有通過外罩支撐板安裝的檢測桶外罩，所述檢測桶外罩內(nèi)安裝有檢測桶，所述檢測桶內(nèi)轉(zhuǎn)動安裝有傳動軸，所述檢測桶外罩通過其底端的外罩支撐板固定在傳動軸上，所述傳動軸上安裝有滑套模塊，所述滑套模塊的圓周位置分布有與撥叉配合的插孔，所述撥叉位于檢測桶的內(nèi)側(cè)壁上，其通過復(fù)位彈簧和電磁鐵配合安裝，所述滑套模塊的底端設(shè)有外齒花鍵軸，所述外齒花鍵軸與其下方的內(nèi)齒花鍵套配合傳動，所述內(nèi)齒花鍵軸套通過固定架安裝在檢測桶外罩內(nèi)壁上，所述傳動軸的底端部安裝有法蘭盤式扭矩傳感器，所述法蘭盤式扭矩傳感器驅(qū)動端與傳動軸通過法蘭聯(lián)軸器連接在一起，其傳感器的基座固連在檢測桶內(nèi)壁上，所述法蘭盤式扭矩傳感器的負載端與外罩支撐板固連在一起。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓液體流變特性的過程檢測裝置，其特征在于：所述的加熱裝置為電加熱管，且電加熱管與保溫壁之間填充有保溫物料，所述保溫物料為發(fā)泡劑保溫物料，所選發(fā)泡劑為聚氨酯發(fā)泡劑，且電加熱管的加熱溫度通過溫度表顯示。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓液體流變特性的過程檢測裝置，其特征在于：所述的壓力傳感部分分別包括有壓力泵、壓力傳感器、壓力表，所述液體注入口與過程監(jiān)測室連通，且過程監(jiān)測室的入口及出口管道上分別安裝有壓力泵及壓力控制閥，控制其進出口壓力大小，同時旁邊設(shè)有壓力傳感器，與控制閥連接在一起，每個過程監(jiān)測室上均有壓力傳感器，用于獲取流場壓力數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓液體流變特性的過程檢測裝置，其特征在于：所述的保溫壁和外罩均為不銹鋼材質(zhì)構(gòu)成，且外罩與過程檢測室的支撐板之間采用螺釘連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓液體流變特性的過程檢測裝置，其特征在于：所述的檢測桶外罩與過程檢測室內(nèi)的流場上部貼合，且檢測桶外罩與外罩支撐板連接在一起，且外罩支撐板的上下端分別設(shè)有密封圈。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓液體流變特性的過程檢測裝置，其特征在于：所述的檢測桶外罩與流場上部貼合，端部設(shè)有密封墊圈，且檢測桶外罩與外罩支撐板連接在一起。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非牛頓液體流變特性的過程檢測裝置，其特征在于：所述的傳動軸包括有電機軸和從動軸，其采用內(nèi)、外花鍵連接，且通過變速驅(qū)動電機驅(qū)動，所述從動軸為花鍵軸，其上裝配有滑套模塊，且花鍵軸外齒與滑套模塊連接在一起。

8.一種基于權(quán)利要求1所述的非牛頓液體流變特性的過程檢測裝置的計算方法，其特征在于：首選按照監(jiān)測需求，構(gòu)建含有一定數(shù)量過程監(jiān)測室單元的過程流道，通過加熱裝置以及壓力控制閥對監(jiān)測入口管道的溫度及壓力進行調(diào)節(jié)，并監(jiān)測控制室內(nèi)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，控制不同過程監(jiān)測室單元內(nèi)離合滑套的閉合，通過監(jiān)測桶內(nèi)扭矩傳感器檢測圓桶切向扭矩，進而通過下列公式得到相應(yīng)位置的粘度特性：

在半徑為R₁的反應(yīng)釜內(nèi)同軸安裝了半徑為R₂的監(jiān)測桶，檢測室內(nèi)流道長度為h，假設(shè)反應(yīng)釜靜止，液體在監(jiān)測桶表面無滑動，監(jiān)測桶的旋轉(zhuǎn)角速度為φ，通過扭矩傳感器獲取作用在監(jiān)測桶上的外力矩為M，在液體半徑為r的流道液層上的旋轉(zhuǎn)角速度為ω，則作用其上的剪切應(yīng)力τ為：

其中計算出在一定溫度及壓力環(huán)境下相應(yīng)的τ_i和φ，可以分析非牛頓液體在所需溫度及壓力下的流變特性，假定非牛頓流體滿足冪律流變方程規(guī)律，為τ＝Kυⁿ，υ為剪切速率，K為冪律系數(shù)，n為冪律指數(shù)；

設(shè)流變方程一般形式為υ＝f(τ)，則由剪切速率得

對公式(1)兩邊微分可得整理得將其代入公式(2)中，則

微分可得

由冪律流變方程可知積分后可得

兩邊取對數(shù)，則

顯然，由于K、n均為常數(shù)，lnω-lnM曲線為直線，再由斜率及截距可求得流變參數(shù)K和n(在一定壓力P和溫度T下測得)；

此時，可得在一定壓力及溫度條件下，液層的平均剪切應(yīng)力為：

i表示第i個檢測室；

同時可得各個檢測室液層的平均剪切速率為

進而得到第i個檢測室的表觀粘度為：