新型Couette流变仪的校核和剪切空化研究

摘要

剪切流广泛存在于具有相对滑动的间隙内，这种剪切现象可能造成液膜的破裂或空化，由此导致材料的磨损、空泡侵蚀、噪音等一系列问题。本文针对该问题，开展了剪切空化实验研究，主要做了以下几方面工作。
　　 (1)对新型Couette流变仪电机输出力矩值进行校核得到其真实值。通过对电机输出力矩真实值进行修正得到了新型Couette流变仪工作段力矩。更换与T型偶匹配的延长导线消除温度测量误差。解决了Couette流变仪温度传感器安装困难和微小气泡的排除等技术问题。
　　 (2)采用本生溶解度定量表示500cSt二甲基硅油中的含气量，利用新型Couette流变仪测得了其粘度和含气量的关系。运用误差理论分析了Couette流交仪测量粘度的误差，其值小于5.52％。用Eying粘度模型分析了含气量对液体粘度的影响：溶解于液体中的空气占据了液体分子的空间，液体分子有效活动空间减少，从而导致液体粘度增大。该模型理论计算值与实验值趋势吻合。
　　 (3)开展不同含气量饱和态下剪切空化实验，发现温度变化可以作为检测空化初生的手段。获得了剪切空化的临界剪切应力、空化数与本生溶解度经验关系。发现剪切空化过程中，空化初生前，流体活化能有所增加，其特征粘度变化规律与活化能变化相反；空化发生后，其活化能为负值，导致流体特征粘度突然增大。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

第一章 绪论

1.1课题研究背景及其意义

1.1.1课题研究背景

1.1.2课题研究的意义

1.2空化现象

1.2.1空化的概念

1.2.2空化的形式

1.2.3空化的分类

1.2.4空化的初生、发展与溃灭

1.2.5空化的利用

1.3剪切空化相关理论与研究进展

1.3.1剪切空化现象

1.3.2剪切空化研究进展

1.3.3剪切空化理论

1.4本论文主要研究内容

第二章 新型Couette流变仪

2.1引言

2.2 Couette流变仪的力矩和故障分析

2.2.1力矩分析和实验故障的发生

2.2.2电机力矩波动性分析

2.2.2故障原因分析

2.3 Couette流变仪内外圆筒的研制

2.3.1外圆筒的设计、加工

2.3.2内圆筒的设计、加工

2.4 Couette流变仪的校核

2.4.1 500cSt二甲基硅油粘温关系的测量计算

2.4.2 Couette流变仪工作段力矩计算

2.4.3 Couette流变仪温度校核

2.5 Couette流变仪两个技术问题解决

2.5.1温度传感器安装连接方法改进

2.5.2微小气泡的排除

2.6本章小结

第三章 500cSt二甲基硅油粘度对溶解空气浓度的依赖性

3.1引言

3.2相关理论

3.2.1液体粘度的分子理论

3.2.2气体分子Lennard-Jones势能

3.2.3 500cSt二甲基硅油摩尔质量的计算

3.3本生溶解度

3.3.1本生溶解度的定义

3.3.2 500cSt二甲基硅油的本生溶解度

3.4 500cSt二甲基硅油不同含气量下粘度测量

3.4.1实验原理及方法

3.4.2剪切速率对粘度的影响

3.4.3压力对粘度的影响

3.4.4实验过程、结果与误差分析

3.5一个粘度-含气量的机理模型

3.5.1 500cSt二甲基硅油受压体积相对变化量的测量

3.5.2含气量对粘度影响的理论分析

3.6本章小结

第四章 不同含气量饱和态下空化初生实验

4.1引言

4.2空化初生的判别

4.3实验结果及分析

4.3.1不同含气量饱和态下空化初生时的临界剪切应力

4.3.2空化初生时温度、力矩的变化

4.3.3剪切流空化前后流体粘度变化分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得科研成果