Исследование вязкоупругих свойств жидкостей акустическим методом при частоте 40 кГц

• Автор: Дамдинов, Баир Батуевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Улан-Удэ
• Количество страниц: 108 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ
11 СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ПРИРОДЕ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
12 РЕОЛОГИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ СРЕД
1.3 НИЗКОЧАСТОТНАЯ СДВИГОВАЯ УПРУГОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СДВИГОВОЙ УПРУГОСТИ ЖИДКОСТЕЙ РЕЗОНАНСНЫМ МЕТОДОМ
2Л. ТЕОРИЯ МЕТОДА
2.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
2.3. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
2.4. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ РЕЗОНАНСНОГО МЕТОДА
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ РЯДА ОРГАНИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
3.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ СМЕСЕЙ ПРИРОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ
3.3. ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСТВА ПРОПИТОЧНЫХ РАСТВОРОВ
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. КЛАСТЕРНАЯ МОДЕЛЬ НИЗКОЧАСТОТНОЙ СДВИГОВОЙ УПРУГОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
4.1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
4.2.БЫСТРЫЕ И МЕДЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РЕЛАКСАЦИИ (а
И -ПРОЦЕССЫ) В АМОРФНЫХ ПОЛИМЕРАХ
4.3. КЛАСТЕРНЫЕ МОДЕЛИ СИЛЪНОВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ И СТЕКОЛ
4.4. КЛАСТЕРНАЯ МОДЕЛЬ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ВЯЗКОУПРУГОЙ РЕЛАКСАЦИИ В ЖИДКОСТЯХ
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Исследование физических свойств жидкостей относится к числу сложных и актуальных проблем физики конденсированного состояния вещества. Вместе с тем использование жидкостей в качестве горючего, окислителей, смазочных масел, хладагентов и теплоносителей, продуктов химической технологии требует знания их вязкостных, тепло- и электропроводящих, а также упругих свойств в широком интервале изменения плотности, температуры и частоты.
Вязкоупругие параметры сред являются их важнейшими характеристиками. Реологические измерения являются мощным косвенным методом исследования физико-химических свойств веществ и их состояния.
Исследование вязкоупругих свойств жидкостей наиболее удобно проводить акустическими методами. Акустические методы остаются единственным инструментом, позволяющим получить значения модулей сдвиговой упругости (С и С), которые характеризуют вязкоупругое поведение.
Одним из методов исследования вязкоупругих свойств жидкостей является изучение реакции жидкости на сдвиговые воздействия с определенной частотой. Принято считать, что значения модулей сдвиговой упругости жидкостей можно определить только в высокочастотном режиме, поскольку согласно классическим теориям, сдвиговая упругость жидкостей может быть обнаружена только при частотах 109 Гц и выше, сравнимых с частотой перескоков отдельных частиц жидкости. Однако в работах Базарона, Дерягина и Булгадаева [1,2] была обнаружена сдвиговая упругость у различных жидкостей при относительно низкой частоте 74 кГц. Обнаружение сдвиговой упругости при частотах сдвиговых колебаний порядка 105 Гц, независимо от вязкости и полярности, свидетельствует о том, что существуют некоторые пробелы в представлениях о природе жидкого состояния вещества. Было предположено, что в жидкости имеется низкочастотный вязкоупругий
релаксационный процесс с периодом релаксации, намного превышающим время оседлого существования отдельных частиц жидкости. Было также обнаружено, что тангенс угла механических потерь для всех исследованных жидкостей меньше 1. В соответствии с реологической моделью Максвелла это означает, что частота релаксации этого процесса ниже частоты эксперимента. Поэтому. для полного понимания природы данного вязкоупругого релаксационного процесса в дальнейшем необходимы систематические исследования, в частности в зависимости от частоты и температуры.
Таким образом, изучение структуры жидкостей, выявление природы релаксационных процессов, протекающих в них, имеют важное фундаментальное значение для развития представлений о природе жидкого состояния вещества.
Целью работы является исследование низкочастотных вязкоупругих свойств жидкостей акустическим резонансным методом при частоте сдвиговых воздействий 40 кГц. В качестве объектов исследования были выбраны различные по вязкости и строению жидкости. Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:
1. Создание экспериментальной установки для применения резонансного метода исследования на частоте 40 кГц.
2. Измерение комплексного модуля сдвига жидкостей при частоте сдвиговых колебаний 40 кГц.
3. Исследование вязкоупругих свойств смесей растворов природных полимеров и пропиточных растворов.
4. Построение приближенной модели вязкоупругого поведения жидкостей при низких частотах.
Диссертация выполнена в соответствии с научным направлением “Радиофизика и электроника, акустика” Отдела физических проблем при Президиуме Бурятского научного центра СО РАН.
Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в том, что впервые:

Таблица 1.3.1. Вязкоупругие свойства жидкостей при частоте 74 кГц
ЖИДКОСТИ т °с с-ю-6, дин/см2 tg© Цэ, п Лт, и
Г ексадекан 24 0,75 0,08 20,2 0
Вода 23 0,31 0,3 2,42 0
Дибутил фталат 20 0,85 0,21 8,55 0
Тетрадекан 23 0,68 0,1 14,7 0
Капроновая кислота 21 0,76 0,32 5,62 0
Октиловый спирт 23 1,38 0,16 18,48 0
Этиленгликоль 23 0,91 0,24 8,61 0
Диэтиленгликоль 24 1,22 0,31 9,33 0
ПМС-25 24 0,22 0,35 1,51 0
ПМС-100 23 0,6 0,5 3,22 1
Дальнейшие исследования сдвиговой упругости с учетом затуханий [91,92] показали, что тангенс угла механических потерь у обычных маловязких жидкостей намного меньше единицы. Так, например, у воды 1й0 = 0.3, у гексадекана tg0 = 0.08. Модули сдвига у этих жидкостей соответственно равны: 3-105 дин/см2 и 7.5-105 дин/см2.
В работах [93-95], было показано, что при малых углах сдвиговой деформации наблюдается область линейной упругости, когда напряжение в пленке жидкости оказывается пропорциональным величине деформации. При возрастании угла деформации модуль сдвига уменьшается, а тангенс угла механических потерь увеличивается.
На рис. 1.3.3. показаны зависимости О' и О" от угла сдвиговой деформации для этиленгликоля. Очевидно, в области линейной упругости структура жидкости остается неразрушенной, а изменения механических свойств жидкости по мере увеличения сдвиговой деформации происходят за счет разрушения равновесной структуры или изменения взаимного расположения ее частиц. В работе [96] было предположено, что при