вискозиметр истечения

Формула изобретения

Вискозиметр истечения, включающий цилиндрический резервуар, в нижней части переходящий в конический, установленный на штативе со стойками, к конической части прикреплен короткий капилляр в виде сопла с плоскосрезным отверстием, через которое осуществляется истечение исследуемой жидкости, отличающийся тем, что резервуар снабжен термостатирующей рубашкой, крышкой и патрубками для подачи воды в термостатирующую рубашку и отвода отработанной воды из нее, внутри резервуара расположен шток с шариком, выполненный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, капилляр имеет входной участок с криволинейным коническим профилем, при этом основные геометрические размеры капилляра определяются по формулам

,

где r - текущий радиус входного участка капилляра; R_вх - радиус входного участка капилляра; R - радиус капилляра; х - текущая продольная координата (длина входного участка капилляра); L_вх - длина входного участка капилляра

,

где Re - критерий Рейнольдса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой и химической промышленностям, а именно к устройствам для измерения вязкости ньютоновских или приближающихся к ним жидкостей.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является известный вискозиметр истечения ВЗ-246, представляющий собой цилиндрический резервуар, переходящий в конический, установленный на штативе со стойками; в нижней части резервуара (известным образом) закреплен короткий капилляр в виде сопла с плоскосрезным входом, через который осуществляется истечение исследуемой жидкости (паспорт №262.842.041 ПСЭ).

К недостаткам известного вискозиметра истечения ВЗ-246 можно отнести следующее: отсутствие термостатирования исследуемой жидкости; наличие плоскосрезного входа капилляра, а также его сравнительно небольшая длина обуславливают внезапное сужение потока вытекающей исследуемой жидкости, что приводит к ее нестабилизированному истечению и турбулизации и, как следствие этого, искажению полученных результатов определения вязкости; открытие и закрытие отверстия короткого капилляра осуществляется исследователем вручную (пальцем) с наружной стороны вискозиметра, что не позволяет производить измерение вязкости жидкостей, нагретых до высокой температуры и жидкостей, химически опасных для кожного покрова человека.

Технической задачей изобретения является обеспечение постоянства температуры исследуемой жидкости в ходе эксперимента, повышение точности полученных результатов определения вязкости, расширение области использования вискозиметра, создание благоприятных и безопасных условий работы на нем.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в вискозиметре истечения, включающем цилиндрический резервуар, в нижней части переходящий в конический, установленный на штативе со стойками, к конической части прикреплен короткий капилляр в виде сопла с плоскосрезным отверстием, через которое осуществляется истечение исследуемой жидкости, новым является то, что резервуар снабжен термостатирующей рубашкой, крышкой и патрубками для подачи воды в термостатирующую рубашку и отвода отработанной воды из нее, внутри резервуара расположен шток с шариком, выполненный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, капилляр имеет входной участок с криволинейным коническим профилем, при этом основные геометрические размеры капилляра определяются по формулам:

где r - текущий радиус входного участка капилляра; R_вх - радиус входного участка капилляра; R - радиус капилляра; х - текущая продольная координата (длина входного участка капилляра); L_вх - длина входного участка капилляра

,

где Re - критерий Рейнольдса.

Технический результат выражается в достижении поставленной задачи, то есть повышении точности полученных результатов определения вязкости за счет термостатирования, обеспечении постоянства температуры исследуемой жидкости в ходе эксперимента, расширении области использования вискозиметра, создании благоприятных и безопасных условий работы на нем.

На фиг.1 схематично представлена конструкция вискозиметра истечения. На фиг.2. изображен капилляр, имеющий входной участок с криволинейным коническим профилем.

Вискозиметр истечения (фиг.1) представляет собой цилиндрический резервуар 1, в нижней части переходящий в конический 2, установленный на штативе со стойками 3, к конической части прикреплен короткий капилляр 4 в виде сопла с плоскосрезным отверстием, через которое осуществляется истечение исследуемой жидкости.

Резервуар 1 снабжен термостатирующей рубашкой 5, крышкой 6 и патрубками 7, 8 для подачи воды в термостатирующую рубашку и отвода отработанной воды из нее.

Внутри резервуара 1 расположен шток 9 с закрепленным на нем шариком 10, выполненный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, с помощью которого можно закрыть отверстие капилляра (при полном опускании штока 9) или его открыть (при поднятии штока 9).

К конической части резервуара 1 крепится капилляр 4 при помощи гайки 11.

Капилляр (фиг.2) имеет круглое сечение радиусом R и длиной L; входной участок длиной L _вх выполнен с криволинейным коническим профилем, уравнение которого в цилиндрической системе координат описывается выражением

Длина входного участка капилляра составляет

где Re - критерий Рейнольдса.

Работа вискозиметра истечения осуществляется следующим образом.

При полностью опущенном штоке 9 с шариком 10 и открытой крышке 6 (фиг.1) в резервуар 1 заливают исследуемую жидкость заданного объема. В термостатирующую рубашку 5 подают жидкость (воду) с заданной температурой от термостата (на фиг.1 не показан). Исследуемую жидкость термостатируют в течение 15-20 мин. Резервуар сверху закрыт крышкой 6.

Затем под капилляр 4 подставляют емкость для сбора исследуемой жидкости, после чего поднимают шток 9 с шариком 10. Жидкость при этом начинает вытекать из резервуара 1 через капилляр 4 и собирается в емкость.

В момент начала истечения жидкости из резервуара 1 через капилляр 4 включают секундомер и производят отсчет времени истечения исследуемой жидкости. В момент окончания истечения жидкости секундомер останавливают. Затем определяют вязкость исследуемой жидкости.

Благодаря тому, что вискозиметр истечения снабжен термостатирующей рубашкой, температура исследуемой жидкости в ходе эксперимента остается постоянной.

Использование в конструкции вискозиметра истечения штока с шариком для открытия (закрытия) отверстия капилляра устраняет непосредственный контакт экспериментатора с исследуемой жидкостью, что позволяет работать с горячими жидкостями и жидкостями, химически опасными для кожного покрова человека, тем самым создаются безопасные условия работы с вискозиметром.

Благодаря наличию в капилляре входного участка с профилем, который описывается уравнением (1), повышается устойчивость истечения исследуемой жидкости из вискозиметра, т.к. в этом случае обеспечивается постоянство градиента скорости сдвига вдоль оси капилляра (Диссертация Журавлева А.А. «Разработка процесса и устройства для смешивания и формования помадной массы на основе порошкообразного сахаро-паточного полуфабриката», 2004. - 229 с.).

Длина входного участка, определяемая по формуле (2), позволяет получить параболическое распределение скоростей по всей длине входного участка и капилляра, что, в свою очередь, также обеспечивает устойчивость движения исследуемой жидкости и повышает точность полученных результатов.

Предлагаемый вискозиметр истечения обеспечивает постоянство температуры исследуемой жидкости в ходе эксперимента, повышает точность полученных результатов определения вязкости, расширяет область использования вискозиметра, создает благоприятные и безопасные условия работы на нем.

Вискозиметр истечения может быть использован в лабораторных условиях для определения вязкости ньютоновских или приближающихся к ним жидкостей пищевой и химической промышленности.