5 流变学测量原理

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流变学入门知识

5.流变学的研究方法
流变学从一开始就是作为一门实验基础学科发展起来的，因此实验是研究流变学的主要方法之一
1.它通过宏观试验，获得物理概念，发展新的
宏观理论。例如利用材料试件的拉压剪试验，探求应力、应变与时间的关系，研究屈服规律和材料的长期强度。 2.通过微观实验，了解材料的微观结构性质，如多晶体材料颗粒中的缺陷、颗粒边界的性质，以及位错状态等基本性质，探讨材料流变的机制。
9.流变学的应用范围
流变学应用在工程、地球物理、生理学和药剂学。在工程领域，流变学对聚合材料的生产和使用产生影响，可是塑性力学理论对于金属成型过程已经同样重要。许多重要的工业材料，比如混凝土、油漆和巧克力具有复杂的流动特性。地球物理包括岩浆的流动，还有在长时间范围内表现出粘性行为的固态地球材料的流动，比如花岗岩，就是流变体。在生理学中，许多体液具有复杂的组成成份，并因此具有复杂的流动特性。特别是关于血液流动的专门研究被称为血液动力学。生物流变学这一术语用在研究更广泛领域的生物流体的流动。食品流变学对于食品的生产和加工置关重要。
2.应力松弛实验应力松弛实验是将材料试件置于应力松弛试验仪上，使试件产生一恒定的变形，测定试件所受应力随时间的衰减，研究材料的流变性能，也可以计算材料松弛时间的频谱。这种试验也可在弯曲流变仪、扭转流变仪、压缩流变仪上进行，此法适用于高分子材料和金属材料。
3.动力试验除蠕变和应力松弛这类静力试验外，还可进行动力试验，即对材料试件施加一定频谱范围内的正弦振动作用，研究材料的动力效应。此法特别适用于高分子类线性粘弹性材料。通过这种试验可以求得两个物理量：由于材料发生形变而在材料内部积累起来的弹性能量；每一振动循环的能量耗散。动力试验可以测量能量耗散和频率的关系，通过这个规律可以与蠕变试验比较分析，建立模型。

流变学基础及应用ppt课件

Process
sedimentation
surface levelling sagging dip coating pipe flow, pumping, filling into containers coating, painting, brushing
Shear Rate (1/s) < 0,001 to 0,01 0,01 to 0,1 0,01 to 1 1 to 100 1 to 10 000
Simple Test Methods
简单测试
铲刀试验（trowel test） - 高粘流体：“稠” - 低粘流体：“稀”
定性！
手指试验（finger test） - 粘稠：“长” - 稀薄：“短”
10
粘度计 Bostwick稠度计（Consistometer）
测定流体（如番茄酱等）在一定时间内流过的长度
100 to 10 000 33
Application: Sedimentation of Dispersions
herbs in salad dressing
in the beginning
after 15min
34
Application: Levelling and Sagging of a Coating
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
11
落球粘度计 Falling-Ball Viscometers
ARES-rfs 23

流变仪测试原理

流变仪测试原理流变仪是一种应变测量仪器，它可以用来测量材料的失效性能和物理性能，以及固体的弹性和塑性性能。

它是一种非常常用的测试设备，在材料科学、机械工程和科学研究中都有广泛应用。

它可以测量微小尺寸变形，计算出材料的应变强度，可以帮助工程师和科学家了解材料的性能，以便进行力学分析和设计。

流变仪的基本原理是测量随时间的变形，变形的程度可以用应变来表示，而应变的程度可以用弹性和塑性来表示。

此外，它还可以测量材料在弯曲和压缩时的变形，测量材料在加载和卸载时的变形，测量材料在回弹和恢复时的变形。

流变仪由一个加载机构、一个测量机构和一个控制器组成，其中加载机构可以用电力、液压力或机械力等，它可以把一个特定的力作用于测试样品，而测量机构则可以测量力的大小和方向。

控制器可以自动控制力的大小和方向，以实现对测试过程的控制，以便获得准确的测试数据。

一般来说，流变仪有几种常见的测试方法，如力和应变控制测试、载荷定位测试、时间和温度变化测试、热传导测试等。

力和应变控制测试可以测量材料的弹性和塑性，载荷定位测试可以测量材料的变形程度，而时间和温度变化测试可以测量材料在不同温度下的变形情况，热传导测试可以测量材料的热传导性能。

流变仪的测量结果可以帮助我们了解材料的性能特征，以便制定适当的测试程序和分析方法，提高分析结果的准确性。

另外，流变仪还可以用来检查破裂、开裂、开缝、剥离等，并能够实现材料的微小变形检测，可以获得准确的测试结果。

综上所述，流变仪的测试原理主要有以下三个方面：首先，流变仪可以测量材料的失效性能和物理性能；其次，它可以测量材料的弹性和塑性；最后，它可以帮助我们了解材料的性能特征，提高分析结果的准确性。

因此，流变仪不仅广泛用于材料科学、机械工程和科学研究，而且在材料分析上也具有重要作用。

流变仪的基本原理及应用

管内流体的流动参量：
剪切速率
•
d vz
r
dr
流体粘度
•
rz
体积流量
Q 2
R
0 vz rdr
R 0
vz
d
r2
Q vz r2
R 0
R 0
d vz dr
r2
dr
管壁：
R
pR 2 L'
rz
rz
r
r
R
R
r
R
R
rz
r2
R2
2 R
2 rz
dr
R
R
d
rz
r rz
管壁：
•
R
d vz dr
第6章流变仪的基本原理及应用
第一页
第6章流变仪的基本原理及应用
高聚物加工成型过程：树脂首先受热逐渐熔融，在外力场作
用下发生混合、变形与流动，然后在成型模具中或经过口模
形成一定的形状。随温度降至Tg或Tm以下，并延续降至室
温，其形态结构逐渐被冻结，制品被固化定型。
—
—熔融-混合-变形-流动-定型
§6. 1毛
细管
流变
仪
——是目前发展最成熟、应用最广的流变测量仪之一。优点：操作简单、测量范围宽(剪切速率约为10-2~105S-1)
具体应用：
（1）测定热塑性高聚物熔体在毛细管中的剪切应力和剪切速率的关系；（2）根据挤出物的直径和外观，在恒定应力下通过改变毛细管的长径比来研究熔体的弹性和熔体破裂等不稳定流动现象；（3）预测高聚物的加工行为，优化复合体系配方、最佳成型工艺条件和控制产品质量；（4）为高聚物加工机械和成型模具的辅助设计提供基本数据；（5）作为高聚物大分子结构表征和研究的辅助手段。

流变学复习仅供参考

聚合物加工流变学复习：流变学：研究材料流动及变形规律的科学。

熔融指数：在一定的温度和负荷下，聚合物熔体每10min通过规定的标准口模的质量，单位g/10min。

假塑性流体：指无屈服应力,并具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体。

可回复形变：先对流变仪中的液体施以一定的外力，使其形变，然后在一定时间内维持该形变保持恒定，而后撤去外力，使形变自然恢复。

巴拉斯效应&挤出胀大&弹性记忆效应：指高分子被强迫挤出口模时，挤出物尺寸要大于口模尺寸，截面形状也发生变化的现象。

松弛时间：是指物体受力变形，外力解除后材料恢复正常状态所需的时间。

Deborah数：松弛时间与实验观察时间之比。

表观粘度：非牛顿型流体流动时剪切应力和剪切速率的比值。

表观剪切黏度：表观粘度定义流动曲线上某一点τ与γ的比值。

入口校正：对于粘弹性流体，当从料筒进入毛细管时，由于存在一个很大的入口压力损失，因此需要通过测压力差来计算压力梯度时所进行的校正。

驻点：两辊筒间物料的速度分布中，在x’*处,物料流速分布中,中心处的速度=0,称驻点。

本构方程：描述应力分量与形变分量或形变速率分量之间关系的方程,是描述一大类材料所遵循的与材料结构属性相关的力学响应规律的方程. 反映流变过程中材料本身的结构特性。

涂料中的流变学

（2）、丙烯酸类增稠机理聚丙烯酸类增稠剂其增稠机理是增稠剂溶于水中，通
过羧酸根离子的同性静电斥力，分子链由螺旋状伸展为棒
状，从而提高了水相的黏度。另外它还通过在乳胶粒与颜料之间架桥形成网状结构，增加了体系的黏度。
（3）、缔合增稠机理这类增稠剂的分子结构中引入亲水基团和疏水基团，使
其呈现出一定的表面活性剂的性质。当它的水溶液浓度超过
1、动力黏度（η ）：
=

D
式中：τ为剪切力；D为剪切速率。在流体中取两面积各为1m2 ，相距1m，相对移动速度为 1m/s时所产生的阻力称为动力黏度。单位Pa· S（帕· 秒）。过去使用的动力黏度单位为泊或厘泊，泊（Poise）或厘泊为非法定计量单位。 1Pa· S=1N· 2=10P泊=103cp S/m
流体的类型与黏度密切相关，黏度是涂料流变学的一个重要指标。
黏度的定义
黏度就是抗拒液体流动的一种量度。黏度一般是动力黏度的简称，其单位是帕秒(Pa· S)或毫帕
秒(mPa· S)。
黏度的度量方法分为绝对黏度和相对黏度两大类。绝对黏度分为动力黏度和运动黏度两种；相对黏度（条件黏度）有恩氏黏度、赛氏黏度和雷氏黏度等几种表示方法。
三、流变性与涂膜弊病
1、流平不良与流挂
把不平整的湿膜在表面张力的作用下产生流动，最后达到完全平整
的过程叫做湿膜的流平。如果湿膜处于垂直于地面的被涂面上，它在表面张力和重力合力的作用下，产生向下流淌或湿膜下部厚度远
大于上部的现象，叫做流挂。
2、缩孔
缩孔的形成取决于涂料本身的流动性，当涂膜上形成表面张力梯度时，流体由一点到另一点流动，若流动量大，就会形成露底缩孔。要减少缩孔，就应使涂料流动性减小，

流变仪的工作原理

流变仪的工作原理流变仪的工作原理1.旋转流变仪：有两种，控制应力型和控制应变型A：控制应力型:使用最多，如Physica MCR系列、TA的AR系列、Haake、Malven，都是这一类型的流变仪；其中Physica的马达属于同步直流马达，这种马达相对响应速度快，控制应变能力强；其他厂家使用的属于托杯马达，托杯马达属于异步交流马达，这种马达响应速度相对较慢。

这一类型的流变仪，采用马达带动夹具给样品施加应力，同时用光学解码器测量产生的应变或转速。

B：控制应变型：目前只有ARES属于单纯的控制应变型流变仪，这种流变仪直流马达安装在底部，通过夹具给样品施加应变，样品上部通过夹具连接倒扭矩传感器上，测量产生的应力；这种流变仪只能做单纯的控制应变实验，原因是扭矩传感器在测量扭矩时产生形变，需要一个再平衡的时间，因此反应时间就比较慢，这样就无法通过回馈循环来控制应力。

2.毛细管流变仪毛细管流变仪主要用于高聚物材料熔体流变性能的测试；工作原理是，物料在电加热的料桶里北加热熔融，料桶的下部安装有一定规格的毛细管口模（有不同直径0.25～2mm和不同长度的0.25～40mm），温度稳定后，料桶上部的料杆在驱动马达的带动下以一定的速度或以一定规律变化的速度把物料从毛细管口模种挤出来。

在挤出的过程中，可以测量出毛细管口模入口出的压力，在结合已知的速度参数、口模和料桶参数、以及流变学模型，从而计算出在不同剪切速率下熔体的剪切粘度。

3.转矩流变仪实际上是在实验型挤出机的基础上，配合毛细管、密炼室、单双螺杆、吹膜等不同模块，模拟高聚物材料在加工过程中的一些参数，这种设备相当于聚合物加工的小型实验设备，与材料的实际加工过程更为接近，主要用于与实际生产接近的研究领域。

4.界面流变仪：目前这种流变仪有振荡液滴、振荡剪切等几种原理；是流变测试中最难以准确实现的一个领域；还没有一种特别好而又通用的方法。

美国Brookfield公司正式向中国推出R/S Plus系列流变仪美国Brookfield工程实验室（有限公司）是全球首屈一指的粘度测定/流变学研究仪器的专业厂家，70多年来，始终致力于在流体流变学领域研制简单易用的，功能多样的，产品系列齐全的粘度计/流变仪产品，Brookfield的表盘式粘度计（VT），数字式粘度计（DV-E、DV－I+、DV-II+Pro、DV-III_ULTRA）包含4种不同型号（LV，RV，HA，HB）近二十个产品系列，成为全球最畅销的粘度测定仪器，产品覆盖面达到70%以上，并成为一些粘度计生产厂家争相模仿的对象。

流变仪的基本原理及应用PPT课件

毛细管流变仪
负荷与滑塞速度平衡
此处n不是幂律指数
21
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毛细管流变仪
计算出毛细管管壁处剪切速率管壁处黏度
用毛细管流变仪所测得数据实为管壁处流变数据
22
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毛细管流变仪
23
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旋转流变仪
基本结构
◆ 旋转流变仪是现代流变仪中的重要组成部分，它们依靠旋转运动来产生简单剪切流动，可以用来快速确定材料的粘性、弹性等各方面的流变性能。
(ii) 对于多相体系，如固体悬浮液和聚合物共混物，如果其中分散粒子的大小和板间距相差不大，就会引起很大的误差。对于多相体系的最佳选择是同轴的平行板夹具；
(iii) 应该避免用锥板结构来进行温度扫描实验，除非仪器本身有自动的热膨胀补偿系统。
27
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旋转流变仪
黏度的测量：
因为剪切速率在间隙中是恒定的，因此粘度可以从扭矩求得。由于剪切应力也是常数，扭矩可以表示为
关于流变仪的简单介绍
常见流变仪的剪切速率范围及测黏范围
精确测量范围取决于各自测量面积和样品性质压缩型门尼粘度计的剪切速率范围大于振荡型
1
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关于流变仪的简单介绍
2
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毛细管流变仪
两类主流毛细管流变仪的主要区别
恒速型
恒压型
柱塞前进速率恒定，作匀速运动
待测量为毛细管两端的压力差
而后者是匀速运动
5
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毛细管流变仪
物料在毛细管中流动的三区域：入口区、完全发展区、出口区
L: 毛细管总长 p1 :柱塞杆对聚合物熔体施加的压力 p0 :大气压 pe :出口处熔体压力

流变学测量原理

= w4aw4w2 f()
f()(4awdaw)w2 w dw 4
=
w(aw14ddlnaww)
流变学测量原理
(5.34)
(5.35) (5.36)
由测量P、 u，m 由式(34)计算， aw
将 aw~lnw作图求得
流量V
Vrp2up rRp2ruzdr
=
R2
RKya4 (
4a3)
pl
12a
平均流速:
umV R2
RK(ay44a3)
pl 12 a
(5.17) (5.18)
令
a4
4a3 12a
a
则
um
RKy
pl
a
.m4R um4RplKay4aPalw
流变学测量原理
(5.19)
管壁处表观黏度：
aw .wm
2L
wP 2LRP 4LD
(5.3)
Pr/2Lr w PR/2L R
w
r R
(5.4)
流变学测量原理
由牛顿黏度定律： du dr
(5.5)
0
du
R w rdr
uz
r R
uz du w
R
rdr
(5.6)
0
R r
uz(r)R w1 2r2RrR wR 2[1(R r)2]
(5.7)
=
1 R 2
22 r2uz(r)R0R 1 2 0 Rr2dd z(u r)rdr
=
1 R2
w( R)2 0
w
f()Rw 流d变学测=量原理Rw3
w 2 f ()d
0
(5.33)
定义：
1
aw

流变性能测试

固体扭摆
低黏到高黏流体
水
低黏到高黏流体低黏流体到软固体
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固体
钢
18
同轴圆筒
当内、外筒间隙很小时，同轴圆筒间产生的流动可以近似为简单剪切流动，因此，同轴圆筒是测量中、低黏度均匀流体黏度的最佳选择，但它不适用于聚合物熔体、糊剂和含有大颗粒的悬浮液。
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19
锥板
锥板是黏弹性流体流变学测量中使用最多的夹具，其优点主要在于剪切速率没有径向依赖，即整个测试流场内恒定。
测量流变性能的仪器有毛细管流变仪、旋转流变仪和拉伸流变仪等。
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9
旋转流变测量原理之简单剪切
简单剪切变形—测黏流动
在两个无限大的平行板之间充满液体，其中一板固定，另一板平行移动，流体在曳引作用下流动
/
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10
旋转流变测量原理之小振幅振荡剪切
一板固定，另一板来回运动，两板间的流体发生振荡剪切变形。
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4
爬杆与Weissenberg效应
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5
挤出胀大与Barus效应
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6
无管虹吸
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7
流变学—研究物质流动和变形的科学
“万物皆流，万物皆变。” “The mountains flowed before the
Lord.”
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8
测量流变性能的仪器
实时形变
t0si n t)(
应变振幅 0 a/b
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11
小振幅振荡剪切的数学处理
对材料施加一个正弦形变刺激
(t)0si n t
其中式中 0 为振幅，为频率

01 - 流变学基础

From Rheology Principles, Measurements, and Applications By C. W. Macosko, 1994, VCH Publishers, page 65
∂u τ =η ∂y
流变学成为独立的学科-1929
THE NAME The term deformation and flow of matter is a rather cumbersome one to cover the subjects of elasticity, viscosity and plasticity. There is no single word to cover the field, so the only recourse has been to invent one. The Greek roots to flow and science, already familiar in numerous words such as rheostat and geology, made the term theology appear to be at the same time distinctive and self explanatory.
储存搅拌使用
低剪切速率
高剪切速率
低剪切速率
涂料 “稠”
剪切变稀.
触变性：多长时间又变稠
触变性测量及应用
Shear rate
Store paint
粘度测量应用: 健胃消食糖浆（Indigestion Relief）
两种健胃消食糖浆
碳酸钙或者碳酸钠的悬浮液
O – Supermarket Brand - Branded
虽然成分相似，但 Branded 的粘度大，更稠因此，Branded比较稳定，不易发生沉降 – 低剪切速率过程然而，喝起来可能感觉太稠 – 中等剪切速率过程

第6章-流变仪的基本原理及应用

0
熔体指数仪 1~100
转动性流变仪 10-6~103
旋转流变仪 10-3~1
门尼黏度计
压缩性、振荡型
混炼型
≥10-2
挤出式毛细管 10-2~105
黏度/Pa.s 10-3~103 ~104 10-2~1011
10-1~107
6.1 毛细管流变仪
毛细管流变仪是目前发展最成熟、应用最广的流变测量仪优点：操作简单、测量范围宽(10-2~105剪切速率) 具体应用：（1）测定高分子熔体在毛细管中的剪切应力和剪切速率的关系；（2）根据挤出物的直径和外观，在恒定应力下通过改变毛细管的长径比来研究熔体的弹性和熔体破裂等不稳定流动现象；
6.1.2 恒速型毛细管流变仪
物料从直径直大的料筒经挤压通过有一定入口角的人口区进入毛细管，然后从出口挤出，其流动状况发生巨大变化。人口区附近物料有明显的流线收敛现象。物料在进入毛细管一段距离之后才能得到充分发展，成为稳定的直动。而在出口区附近。由于约束消失，熔体出现挤出胀大现象，流线也发生变化。因此，物料在毛细管中的流动动可分为三个区域：入口区、完全发展的流动区和出口区
d)流道收缩比(DR/D)的影响
6.1.5 出口区的流动行为
影响挤出胀大的因素： e)分子量的影响
分子量越大，松弛时间增加，挤出胀大越大。
f)在平均分子量相等下，分子量分布的影响（主要是高分子量影响）
分子量分布越宽，挤出胀大越大。
g)增塑剂的影响
增塑剂的加入，减弱分子间的相互作用，缩短松弛时间，挤出胀大减少。
R
R 2
L'
P e0R
或 R
R 2
P-Pent L'

流变学测量方法简介doc

奥地利安东帕有限公司 (Anton Paar GmbH)

流变学测量方法简介
一. 流变学基本概念
1.1 流变学研究的内容
流变学 —Rheology ，来源于希腊的 Rheos=Sream （流动）词语，是 Bingham 和 Crawford 为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。流变学主要是研究物质的流动和变形的一门科学。流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的粘性（ viscosity ）有关，因此流动也可视为一种非可逆性变形过程。变形是固体的主要性质之一，对某一物体外加压力时，其内部各部分的形状和体积发生变化，即所谓的变形。对固体施加外力，固体内部存在一种与外力相对抗的内力使固体保持原状。此时在单位面积上存在的内力称为内应力（ stress ）。对于外部应力而产生的固体的变形，当去除其应力时恢复原状的性质称为弹性（elasticity）。把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation）,而非可逆性变形称为塑形变形（plastic deformation）。实际上，多数物质对外力表现为弹性和粘性双重特性，我们称之为粘弹性，具有这种特性的物质我们称之为粘弹性物质。
图 2 牛顿流体的流动曲线和粘度曲线
表 1 20℃条件下几种牛顿流体的绝对粘度液体蓖麻油氯仿乙醇甘油橄榄油水 1.4.2 非牛顿流动实际上大多数液体不符合牛顿定律，如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固 - 液的不均匀体系的流动均不遵循牛顿定律，因此称之为非牛顿流体（ non-Newtonian fluid），此种物质的流动现象称为非牛顿流动（non-Newtonian flow ）。对于非牛顿流体可以用旋转粘度计测定其粘度，对其剪切应力 τ 随剪切速率的变化作图可得，如图 3 和图 4 中所示的流动曲线（flow curve）或粘度曲线(viscosity curve)。根据非牛顿流体流动曲线的类型把非牛顿流动分为塑性流动、假塑性流动和胀性流动三种。 1.4.2.1 塑性流动塑性流动（plastic flow）的流动曲线如图 14-7（b）所示，曲线不经过原点，在剪切应力 τ 轴上的某处有交点，将曲线外延至=0，在 τ 轴上某一点可以屈服值（yield value）。当剪切应力达不到屈服值以上时，液体在剪切应力作用下不发生流动，而表现为弹性变形。当剪切应力

第三章涂料中的流变学

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在一个絮凝的大粒子中，含有很多小粒子。小粒子之间为外相液体所填满，这些外相的液体成为内相体积的一部分：
Vi=Vp+VA+VT （3）
式中VT为截留在絮凝粒子内的外相液体体积。 Vi增加，体系粘度上升；用搅拌破坏絮凝粒子使其重新分散时，粘度可下降。

Company LogoΒιβλιοθήκη Logo5、压流度法
应用范围：适用于厚漆、腻子及厚浆涂料等测量原理：定量体积的试样，在固定压力下，经一段时间后，以试样流展扩散的直径大小来表示稠度。使用仪器：唧筒、玻璃板、砝码操作简介：用唧筒塞压出装满唧筒内的试样在玻璃板中央，在试样上放置另一块玻璃板，再压上砝码，开动秒表，经1min后，观察试样流展扩散的直径。
使用仪器：①同轴圆筒旋转粘度计；②布氏旋转粘度计； ③锥板旋转粘度计等。
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Logo 操作简介： ①试样被置于两个同心圆筒之间，在环形空隙中流动，指针指示的读数乘以转子系数，即得出粘度。 ②选择好转子及速度，将转子浸入试样内开机运转，从刻度盘上读取偏转角，乘以转子系数以求取粘度。 ③将试样滴于平板上，下降圆锥，使样品在固定平板和稍带锥度的旋转圆盘之间被剪切，从指示器可读出粘度值。结果表示：Pa.s

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3、促进分散体系稳定化的措施实现理想分散的两个手段：配方和设备。配方手段就是靠正确选择原料（包括颜料、漆料及助剂，主要考虑其性价比），正确确定用量。选择合适的研磨设备减小颜料粒度，加大漆料粘度是能够延缓沉降的因素。但粒度减小和粘度增大都是有限度的。因此，使用助剂是促进分散体系稳定性的重要手段。
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光流变测试技术

光流变测试技术
光流变测试技术是一种用于测量物质在光场中的变形行为的实验手段。

该技术通过观察光通过物质时的变形，从而得知物质的光学性质和流变行为。

以下是对光流变测试技术的详细介绍：
工作原理：
光学变形观测：光流变测试技术通过照射光束到待测物质上，观察光的传播和变形情况。

物质的变形可能是由于力的作用、温度变化等导致的。

光学元件：在光流变实验中，通常使用激光、光纤、光学透镜等光学元件来产生和探测光场。

这些元件能够提供高精度的测量结果。

干涉效应：光流变测试通常依赖于光的干涉效应。

变形后的物质会引起光程差变化，通过观察干涉条纹的变化，可以获取物质的变形信息。

应用领域：
材料研究：光流变测试可用于研究材料的变形、流变性质、粘弹性等，对于材料科学和工程领域的研究具有重要意义。

生物医学：在生物医学领域，光流变测试可以用于观察细胞、蛋白质等生物材料的变形行为，帮助理解其结构和功能。

流体力学：对于液体或流体的流变性质研究，光流变测试也可提供有关流体流动、变形和黏度等信息。

微流体学：在微流体学研究中，光流变测试可以用于探测微流体中的液体变形和流动特性，为微流控系统的设计提供支持。

实验设备：
光学设备：包括激光器、光束分束器、光学透镜等。

检测设备：光电探测器、相机等用于捕捉光学效应的变化。

数据处理系统：用于处理、分析和可视化实验数据的计算机系统。

光流变测试技术为材料科学、生物医学、流体力学等领域提供了一种非侵入性的、高灵敏度的实验手段，对于研究物质的光学和变形行为有着广泛的应用。

原油流变学第三章流变性测量基础

b
y
2 f ( )d
（3-23）
2．管流基本方程的应用－已知流变模式式（3-21）可变换为：
R 3 Q 3 b

b
0
2 f ( )d
（3-24）
对与时间无关的任何流体，若已知其流变方程 f ( ) 的具体类型，可代入方程（3-24），利用所测压差P 和流量 Q 的实验数据，求出流变方程中的流变参数。
Q
R 0
du r ( )dr dr
2
（3-16）
由于则
Q (D 2 / 4)V ，R D / 2
D 2
4
V
D/2
0
du r ( )dr dr
2
3 32 / D 上式两边同乘以，得：
8V 32 3 D D

D/2
0
du r ( )dr dr
2
（3-17）
du dr
图 3.1
（3-1）
如图3-2所示的细管段，长为 L，半径为R，两端压差为 Δ P。在以管轴心线为中心，半径为r的圆柱体上，存在着两个方向相反的力：
图 3-2
一是细管 L 两端的压差作用于圆柱端面上的力 F1， F1 r 2 P F2 ，若圆柱面二是流体流动过程中，在圆柱壁面上的粘滞阻力，则 F 2rL 。上的剪切应力为 2
（3-3a）两式得：
r b R
（3-4）
上述三个公式适用于稳态流动的任何与时间无关的流体。
对动力粘度为的牛顿流体，由式（3-2）和式（3-1）以及牛顿流体本构方程
du dr
得
P du rdr 2 L

流变仪的那些个分类特点介绍

流变仪的那些个分类特点介绍
流变仪用于测定聚合物熔体，聚合物溶液、悬浮液、乳液、涂料、油墨和食品等流变性质的仪器。

流变学测量是观察高分子材料内部结构的窗口；
通过高分子材料，诸如塑料、橡胶、树脂中不同尺度分子链的响应；
可以表征高分子材料的分子量和分子量分布，能快速、简便、有效地进行原材料、中间产品和终产品的质量检测和质量控制。

毛细管流变仪主要用于高聚物材料熔体流变性能的测试；
工作原理是，物料在电加热的料桶里被加热熔融，料桶的下部安装有一定规格的毛细管口模（有不同直径0.25～2mm和不同长度的0.25～40mm）；
温度稳定后，料桶上部的料杆在驱动马达的带动下以一定的速度或以一定规律变化的速度把物料从毛细管口模种挤出来。

在挤出的过程中，可以测量出毛细管口模入口出的压力，在结合已知的速度参数、口模和料桶参数、以及流变学模型；
从而计算出在不同剪切速率下熔体的剪切粘度。

界面流变仪
这种流变仪有振荡液滴、振荡剪切等几种原理，是流变测试中难以准确实现的一个领域，还没有一种特别好而又通用的方法。

典型的界面流变仪主要有锥板式、平行板式、同轴圆筒式和毛细管式。

（1）锥板式为精密流变仪，可测多种材料函数，适用于较高黏度的高分子溶液和熔体。

（2）平行板式为锥板式的附件，作为补充适于较黏高分子溶液熔体和多相体系。

（3）同轴圆筒式为便易黏度计，适合低黏、低弹性流体。

毛细管式适合于宽范围表观黏度测定(尤其适于高速、高黏流体)，剪切速率及流动时的流线，几何形状与挤出注模时的实际条件相似。

可测量材料的黏度、弹性和流变特性。

流变仪。

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如对于牛顿流体:
aw
1

aw与 w无关
w f ( )
1
d aw 0 d ln w
1
w R w 2 u z R d 2

R w 1 R w 2 (1 ) 2 (1 2 ) = 2 4
2um (1 2 )
于是：
dr d r 2
代入式(46)得：
dr 1 d d f ( ) f ( ) r 2 ，
(5.49) (5.50) (5.51)
1 b f ( ) d 2 c d
0
1 b f ( ) d c 2
b M 2Rb 2 L, 内筒 0 ，
d aw ~ ln w 作图求得，然后由式(35)计算 d ln w
uz
R
w

w
f ( )d
uz
r w w R
1
d w d
(5.37)
u z R f ( w )d

可以求任意半径比ξ处的速度
以上的Krieger方法适用各种流动模型
测量：(1) P (2) 流量V
w R r [1 ( R ) 2 ] R 2
(5.7)
w
um
w
.
V 2rdruz 2
0
R
R
0
w R r 2 [1 ( ) ]rdr 2 R
(5.8)
2 w R R w R r 2 r 2 r4 [1 ( ) ]rdr ( ) 2 0 2 R 2 4R
(5.3)
P r / 2 L r w P R / 2 L R
r w R
(5.4)
du 由牛顿黏度定律： dr
du
uz 0 R
(5.5)
r
w rdr R
R r

uz
0
w R du r rdr R
(5.6)
w 1 2 u z (r ) r R 2
离轴线半径为r处的线速度
u r
(5.45) (5.46)
du rd dr
速度梯度:
du / dr rd / dr
右边第一项表示如果没有剪切发生时装置上所有各点的角速度，而第二项引起内应力，因此剪切速率：
du / dr r (d / dr)
.
(5.47)
0 R

w
r
R
对式(31)积分： u duz r f ( )dr
z
R
w

w
f ( )d (5.32)
um

R
0
2ru z (r )dr
R 2
1 = R 2
2r 2 2 u z (r )
R 0
1 2 R

R
0
duz (r ) r dr dr
2
1 = R2
a
——
活塞流半径
r>rp处的流速uz

duz dr
表观黏度
duz pl Ky dr
pl
Ky a ( duz
R
(5.12)
Ky a pl ( duz
) dr
) dr
(5.13)
duz
uz
0
r
R Ky dr r pl
在柱坐标中，连续性方程为：
1 ( v ) 1 ( rv r ) ( v z ) [ ] [ ] 0 t r r r Z
(5.40)
dv 根据假定得 ( )0 , r d
v 常数(但与半径有关)
(5.41) (5.42) (5.43)
1 d (r 2 ) 运动方程为 : 0 2 r dr
RKy w r 2 r { [1 ( ) ] [1 ( )]} = pl 2Ky R R
(5.15)
P D 由于 w ， 4LKyLeabharlann P rp 2L令
Ky
w

rp R
a，
r R
RKy 1 uz { (1 2 ) (1 )} pl 2a
RKy 1 2a 2a 2 = ( ) pl 2a
(5.16)
当 a
rp R
时，uz
up
流量V
V rp u p 2ru z dr
2 rp
R
RKy a 4 4a 3 R 2 ( ) = pl 12a
V RKy a 4 4a 3 ( ) 平均流速: u m 2 pl 12a R
旋转式流变仪
5.1 毛细管流变仪
牛顿流体处理对象非牛顿流体塑性流体幂律流体流动方程不明确的流体
5.1.1 牛顿流体
假设：(1) 稳态流动 (2) 流速充分发展
(3) 壁上无滑移
由力平衡关系得：
2rL r P
2
(5.1) (5.2)
P r 因而 2L
P R P D w 2L 4L
m
P D w 4L .
将Bingham-Reiner方程改为：
4u m w 4 Ky R pl 3 pl
(5.23)
1 4u m 4 ~ w作图，可求得斜率= ，截距= Ky 将 pl R 3 pl
如 (
Ky
w
) 4 项不能忽略时，可用非线性数值计算参数。
2 2 R

R
0
R w r n1 [1 ( ) ]rdr (n 1) psu R
n
2 w = R(n 1) psu
n

R
0
1 [r ( ) n 1 r n 2 ]dr R
2 w r2 1 n 1 r n 3 R [ ( ) ] = R(n 1) psu 2 R n3 0
f ( w ) 1
5.39
pl
( w Ky )
因此：r>rp部分的速度分布为：
RKy 1 2a 2a 2 u z R [ W Ky]d [ ] pl 2a pl
1
1
5.2 回转黏度计
5.2.1 同轴回转黏度计
假定: (1) 液体非压缩性 (2) 层流 (3) 速度仅是半径的函数 (4) 运动是稳态的 (5) 液体在圆筒表面无滑移 (6) 流动是二维(即忽略边缘效应、末端和Weissenberg效应)

w
0
R R ( R) 2 f ( ) d = w w w3

w
0
2 f ( )d
(5.33)
定义：
1
aw
aw
表观流动率
w
aw
4u m 1 4 4 R w w

0
2 f ( )d
(5.34)
将上式对 w 微分
d aw 4 w 2 4 2 4( 5 ) f ( )d 4 w f ( ) d w w 0 w
P r
pl
2L
Ky dr
(5.14)
1 P 2 r r 1 P r 2 R { R [1 ( ) 2 ] KyR[1 ( )]} uz [ Ky r ] = r pl 4L R R pl 2L 2
RKy P D r 2 r { [1 ( ) ] [1 ( )]} = pl 4L 2Ky R R
外筒 W , c M 2Rc L
2
5.2.1 牛顿流体场合

.
W
f ( )

1

1 b 1 1 1 M M M 1 1 d ( b c ) ( ) ( 2 2) 2 c 2 2 2Rb 2 L 2Rc 2 L 4L Rb Rc
积分得： r 2 M 2L
M 2r 2 L
M 2L r 2
稳态时，M为常数，任意r处的M将相等。设内筒半径Rb、外筒半径 Rc, 液深L。
M 2Rb L b 2Rc L c 2r 2 L r
2 2
(5.44)
b
c
Rc
2
Rb
2

2
Rc Rb
R 0
R 3 w (5.9) 4
R m V R um 2 w R 4 4
.
m
.
4u m R
(5.10)
5.1.2 纯黏性非牛顿流体
(1) 塑性流体 (宾汉流体)
duz Ky dr pl
Ky — 屈服应力
(5.11)
r rp
活塞流
rp
当外筒旋转时，线速度u随半径r增大而增大，等式右边 . 部分不带负号，若是内筒旋转，外筒静止，则: r (d / dr) . 设： f ( )
d M f ( ) f ( ) 则式(45)变为： r 2 dr 2r L
(5.48)

M 2r 2 L
d M 2 2 ( 3 ) dr 2L r r
w 4 Ky 1 Ky [1 ( ) ( ) 4 ] = 3 w 3 w pl
— Bingham-Reiner方程
当 P 足够大时， w Ky
4um w 4 Ky [1 ( )] R pl 3 w
(5.22)
测定 P 、V 数据
P
V
w
um
5.38
对于宾汉流体:
aw 4a a