真实黏度流变仪收缩流道速度场的PIV实验研究及分析

摘要

多年以来,流变学和力学对研究剪切流动及其粘度做了大量的工作,剪切粘度的测量已经发展的比较成熟,但是,在现实的流动中,往往是剪切和拉伸共存的状态。因此,我们提出了一种涵括了剪切黏度与拉伸黏度的真实黏度模型和简易真实黏度流变仪实验装置。
　　 真实黏度流变仪收缩流道的速度场对于验证我们真实黏度模型的合理性起到重要的作用。粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,简称PIV)技术对测量和研究收缩流道流场速度场提供了有效的手段。
　　 为研究真实黏度流变仪收缩流道速度场分布规律,建立了有机玻璃收缩流道及实验方案。利用PIV系统拍摄牛顿流体液态橡胶聚丁二烯及非牛顿流体食品添加剂溶液在有机玻璃收缩流道流场中粒子的图像,利用Tecplot、Origin软件对图像和数据分析处理,得到真实黏度流变仪收缩流道的速度场。同时,对牛顿流体液态橡胶聚丁二烯在收缩流道中速度场进行有限元软件POLYFLOW模拟和理论计算,将PIV实验、POLYFLOW仿真、理论计算结果相比较,发现三者规律基本吻合。证明了我们从PIV实验中得到牛顿流体液态橡胶聚丁二烯及非牛顿流体食品添加剂溶液收缩流道速度场的方法合理性。
　　 通过对牛顿流体液态橡胶聚丁二烯和非牛顿流体食品添加剂溶液在真实黏度流变仪收缩流道下速度场、压力、流量等数据的测量及计算得到σ,τ,(ε),(γ),从而得到在真实黏度模型下牛顿流体液态橡胶聚丁二烯和非牛顿流体食品添加剂溶液的壁面剪切黏度和中心轴线拉伸黏度,两个方面同时表征牛顿流体液态橡胶聚丁二烯和非牛顿流体食品添加剂溶液的黏度行为。验证了我们提出的聚合物流体材料的真实黏度模型的合理性。