牛顿液体的有限间隙换算
内筒旋转,外杯固定。长度取浸入液体的侧壁长度,忽略端面扭矩。间隙变宽后,不能用平板近似替代这个几何因子。
M096 · IN06 从扭矩量黏度
液体越来越容易剪动,扭矩为什么还会增大? 扭矩量的是某个转速下的总阻力。转得更快,液体剪动得也更快,即使单位剪切速率对应的阻力下降,总扭矩仍可能上升。把标定后的转速扫描与圆筒尺寸一起换算,才能分清这两种变化。
切换同轴圆筒与截尖锥板,标定扭矩传感器并保存转速扫描。比较牛顿标准液与剪切变稀样品,再从保留的读数求出流动曲线。
默认模拟转速扫描,另行标定
青色为升速,金色为降速。无记忆样品的两趟扫描应当重合;曲线只用保留的观测拟合。
青色采用牛顿几何换算;粉色用扫描拟合指数修正圆筒壁面剪切率,或修正截锥的应力换算。
| 时间(秒) | 角速度(弧度每秒) | 计数 | 温度(摄氏度) | 扫描 |
|---|
CSV 与 JSON 保留几何、标准液读数、零点读数、标定编号、版本和种子。预览操作不会改写这些记录。
物理教程
背景电机带着内筒转,外杯固定。液体把扭矩从内筒传到杯壁,轴上的传感器量出电机需要供给多大的扭矩。
为什么值得理解同一种液体,转得快时往往更费劲。要量黏度,必须同时知道剪动有多快,以及杯与转子的几何尺寸。
先抓重点
内筒旋转,外杯固定。长度取浸入液体的侧壁长度,忽略端面扭矩。间隙变宽后,不能用平板近似替代这个几何因子。
斜率由标定后的保留扭矩读数拟合。修正式适用于无记忆、整个环隙都在剪动的幂律液体。
旋转方向反过来,电机供给的扭矩也反过来,两者相乘仍为正。等温模型假定外部恒温浴带走这些热量。
每一圆环的应力大小乘面积,再乘力臂,就是它承担的扭矩大小。电机扭矩的正负随旋转方向改变。锥角与截断间隙定义的局部高度,也用于画面。样品恰好填到指定半径;采用薄层近似,忽略有限角修正与边缘流动。
容易误解剪切变稀一定会画出正反扫的滞后环。
正确理解这里的幂律没有记忆,升速与降速沿同一条曲线返回,只差探测噪声。材料结构随时间重建,需要另外的本构模型。
选“锥板让剪切接近均匀”,再看“样品间隙”。
你会看到: 浅锥与下板替代外杯和内筒。间隙高度放大十二倍;保留扫描同时保存锥板尺寸和单独的参考液标定。先选“牛顿标准液”,再选“加速,黏度相同”。
你会看到: 理想负载扭矩随转速增大;另存扫描后,拟合的流动指数仍接近一。选“放宽圆筒间隙”,比较两条黏度曲线。
你会看到: 剪切变稀样品的名义换算与修正结果分开。修正量由圆筒尺寸和扫描拟合指数共同决定。保存转速扫描,再拖动金色驱动环或改变间隙,导出记录。
你会看到: 装置预览采用新设置;保留的观测与导出文件仍使用保存时的几何和标定。物理教程
背景两台测量装置彼此独立,采集数据的方式相同,但物理定律、几何形状和近似成立的判据各管各的。
为什么值得理解解读估计值之前,先把它和实际几何、参考剖面、原始传感器读数对应起来。
先抓重点
下壁固定。剪切应力取法向朝上的流体面上受到的应力。
正向和反向的流层在总流量里可以互相抵消,流体却仍在耗散能量。
运动壁面可以从流体里取出机械能。压力做的功加上壁面做的功,等于黏性发热。
速度拟合带一个自由偏置。应力拟合假定传感器没有偏置,而且速度导数不能为零。
教学阈值 200 划出所选的低惯性范围,超出就不能采集。低于这个阈值,也不能证明流动稳定。
容易误解不记录数据,也能读出估计值。
正确理解清空记录,估计值就没了。传感器扰动可能拟合出不合物理的结果;估计值不做截断,也没有独立校准。
比较仅壁驱动、仅压力驱动与联合驱动。
你会看到: 线性部分和抛物线部分直接相加,各自都满足壁面上的无滑移条件。选择反向流动,将金色探针移过间隙。
你会看到: 上壁往前走,中间的流体却可以往回流。改变壁速,看壁面功率及其正负。
你会看到: 压力做功加上壁面做功,等于黏性发热,而发热不会为负。采集间隙剖面,增加扰动并导出 CSV。
你会看到: 拟合只用记录下来的速度和应力,不读取参考黏度或梯度。物理仪器怎样测量 · 阅读路径
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