Измерение разностей нормальных напряжений в сдвиговом течении

Большой интерес вызывает содержание главы 9, посвященной измерениям разностей нормальных напряжений в сдвиговом течении. Значение этих характеристик фундаментально, так как поведение концентрированных растворов и расплавов полимеров даже в условиях стационарного одномерного течения нельзя предсказать по одной лишь сдвиговой вязкости, без знания разностей нормальных напряжений (к примеру, эффекты выталкивания стержня, разбухания струй на выходе из сопла и др.). [c.8]

Вероятно, следовало бы подчеркнуть, что равенство между собой нормальных компонент напряжения в сдвиговом течении есть характерное свойство ньютоновской жидкости не менее важное, чем постоянство вязкости. В главе 6 будет рассмотрена жидкость, у которой не все нормальные компоненты напряжения при сдвиговом течении равны между собой, хотя вязкость и не зависит от скорости сдвига. Полное описание свойств установившегося сдвигового течения таких жидкостей, в частности, и растворов полимеров в общем, кроме обычного определения вязкости, должно еще включать гораздо менее привычные, но столь же важные измерения разностей нормальных напряжений. Основные положения современных методов измерения таких разностей нормальных напряжений излагаются в главе 9. Это одно из наиболее важных направлений развития реологии полимеров и фактически науки о физике жидкостей. Эти методы в сочетании с вискозиметрией составляют базис для непосредственного и полного описания напряженного состояния в любой жидкости с известным состоянием течения. [c.131]

ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТЕЙ НОРМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СДВИГОВОМ ТЕЧЕНИИ [c.238]

Халл Р ], напротив, полагает, что кривизна полей напряжения усложняет интерпретацию результатов, и пользуется поэтому прямолинейным сдвиговым потоком в зазоре между движущейся полосой и плоскопараллельными стенками. В опытах регистрируется только давление на стенке. Не ясно, как из этих данных можно получить величину разности нормальных компонент напряжения. Величина любой отдельной нормальной компоненты для несжимаемой жидкости не представляет реологического интереса. Более того, ввиду малости зазора в опытах Халла (примерно 0,05 см) регистрируемое давление, по-видимому, имеет такой же порядок величины, как и при течении ньютоновской жидкости через очень узкий зазор между плоскими и не совсем параллельными стенками. Известно, что в приборах, применяемых для измерения разностей нормальных напряжений, возникают нежелательные давления такого типа °]. [c.240]

Будет показано, в частности, что (9.5) означает независимость величин Рп—-Р22 и р22 — Рзз в любой точке сдвигового течения от кривизны поверхностей и линий сдвига. В то же время сама величина любой нормальной компоненты напряжения и аддитивная изотропная добавка зависят от этих кривизн. Измерение пространственных изменений изотропной добавки к напряжению, характеризуемых величинами рц — Р22, Р22 — Ргг и кривизнами, фактически составляет основу некоторых излагаемых ниже методов. Лучше всего проиллюстрировать эту точку зрения на примере системы конус — пластина здесь кривизна линий сдвига и давление (—Р22) на пластине меняются с удалением от вершины конуса, а скорость сдвига и разность нормальных напряжений постоянны. [c.244]

Обстоятельное (начиная с самых основ) обсуждение метода определения разности нормальных напряжений, обусловленных криволинейным характером сдвигового течения жидкости, по измерениям давления на стенках аппарата лучше всего провести сначала на системе коаксиальных цилиндров. Анализ проведем весьма детально с тем, чтобы легче было разобраться в более сложных системах, рассмотренных впоследствии не столь подробно. [c.244]

Следовательно, измерения полного давления позволяют рассчитать разность нормальных напряжений Р 1—р22, отличную от ТОЙ комбинации, которую мы вычисляли из распределения давления (9.63). Вывод соотношения (9.66) основан, однако, на том допущении, что течение является сдвиговым вплоть до свободной поверхности жидкости. Поэтому, когда свободная граница не является частью сферы с центром в вершине конуса, использование полного давления для определе- [c.270]

Рис. 10.10. Изменение во времени сдвигового напряжения рл н разности нормальных напряжений рц—рц в процессе развития сдвигового течения (от неподвижности до стационарного состояния) и после внезапной его остановки для силиконовой жидкости (данные рис. 10.7). Разность рп—pjj релаксирует медленнее, нежели pji (по измерениям крутящего момента и полного осевого усиления в приборе конус — пластина).

Систему соосных цилиндров можно использовать для определения величины разности нормальных компонент напряжения в сдвиговом течении. Измерения (например, разностей давлений, действующих на каждый цилиндр) необходимо проводить в точках, достаточно удаленных от верхней (и нижней) границ жидкости. Тогда можно пренебречь возмущениями, обусловленными эффектом выталкивания стержня (поднятия жидкости на валу) или наличия горизонтальной жесткой пластины, закрывающей дно зазора между двумя цилиндрами. С другой стороны, возможно, будет полезным представить себе гипотетический эксперимент, где подъем уровня жидкости ограничен горизонтальной, лишенной трения жесткой пластиной, которая, позволяя осуществить требуемое состояние сдвигового течения, препятствует поднятию жидкости около внутреннего цилиндра. Неодинаковость нормальных компонент напряжения, а также искривленность сдвигающих поверхностей вместе являются причиной эффекта всплывания при отсутствии горизонтальной пластины. Эти же факторы создают неоднородное распределение давления вдоль поверхности горизонтальной пластины, причем давление будет больше вблизи внутреннего цилиндра. Соотношение между градиентом давления и разностями нормальных компонент напряжения дается зависимостью (9.18). [c.295]

В настоящее время разности нормальных напряжений составляют объект все возрастающего числа исследований. Для измерений разностей нормальных напряжений (3.28), рассматриваемых в главе 9, обычно используются сдвиг или сдвиговое течение с искривленными линиями и поверхностями сдвига. Поэтому необходимо распространить сделанный выше анализ на неоднородное состояние деформации и напряжения. Изложенное выше доказательство дано Вейссенбергом Ему же принадлежит обобщение на случай сдвигового течения в зазоре между вращающимися конусом и пластиной Дальнейшее распространение на другие системы, представляющие интерес для экспериментальной реологии, проделали Коулмен и Нолль р ]. Пойнтинг рз2,133 по-видимому, первый предположил, что наложение на упругое твердое тело конечной деформации сдвига может привести к возникновению не равных по величине нормальных компонент напряжения. В классических теориях, ограниченных бесконечно малыми деформациями, нормальные составляющие напряжения при сдвиге равны друг другу. [c.92]

Это уклонение от основного плана настоящей книги связано с тем, что измерения разности нормальных компонент напряжения, как показали последние исследования, весьма важны для реологии полимеров и менее известны, нежели исследования вязкости. Ньютоновские текучие вещества типа воды или низкомолекулярных органических жидкостей не обнаруживают отличных от нуля разностей нормальных напряжений, и только вязкость определяет свойства сдвигового течения(хотя Рей-нер сообщил о существовании нормальных компонент напряжения в толуоле при весьма больн их скоростях сдвига). В растворах полимеров вязкость представляет лишь одну треть информации о реологических свойствах, даже для наиболее простого случая [c.238]

Стандартный реогониометр Вейссенберга позволяет измерять полное усилие и крутящий момент в условиях стационарного сдвигового течения, осциллирующего сдвигового течения и их суперпозиции. Распределение давления в стационарном сдвиговом течении измеряют с помощью капиллярного устройства Р]. Полетт использовал систему конус — пластина, в которой пластина имела две части центральную круглую и ограничивающую ее кольцевую. Из измерений давления на каждой части были получены величины обеих разностей нормальных напряжений снова при условии соблюдения сдвигового характера течения вплоть до свободной границы. [c.271]

Измерение градиента давления конус — пластина позволяет оценить с помощью (9.63) одну комбинацию разностей нормальных напряжений методом, не зависящим от состояния течения вблизи свободной границы. Изменение состояния течения вблизи свободной поверхности влияет на величину компонент напряжения в ее окрестности и на величину piiiR) в уравнении (9.64). Здесь R означает радиус области сдвигового течения. Однако, согласно (9.64), изменение Р22 с г и, следовательно, величина др2г1дг для не зависят от p-aiR), а значит, и от условий течения для r>R. [c.271]

Необходимость рассмотрения криволинейного сдвигового течения возникает фактически по следующей причине. Напомним (см. рис. 3.5), что составляющая ргг представляет собой компоненту напряжения внутренней силы, направленную поперек жестко движущейся материальной поверхности. Такая поверхность должна, следовательно, находиться (и оставаться) в контакте с твердой стенкой соответствующего аппарата. Давление на этой недеформирующейся стенке, согласно принятому правилу знаков, равно —pz2- Его можно измерить подходящим датчиком без существенных искажений потока. Но Р22 — это единственная нормальная компонента, поддающаяся такому измерению, в отличие от величин рп и Рзз, направленных перпендикулярно к материальным поверхностям, деформирующимся в процессе течения. Использование датчиков давления для непосредственного измерения рц и ргг вызовет искажение течения, которым, вообще говоря, пренебрегать нельзя. Именно с этих позиций заслуживают критики некоторые методы, используемые Гарнером, Ниссоном и Вудом значит, для определения разностей рц — рга и рга — рзя [c.239]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...