Разработка конструкции и исследование динамики бироторного вискозиметра

• Автор: Политов, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

1. АНАЛИЗ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТЕЙ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Обзор методов и конструкций для измерения реологических параметров жидкостей
/. 1.1. Назначение и типы вискозиметров
1.1.2. Капиллярные вискозиметры
1.1.3. Шариковые вискозиметры
1.1.4. Вибрационные вискозиметры
1.2. Ротационные вискозиметры
1.3. Основные выводы по состоянию методов и приборов для определения реологических параметров
1.4. Цель и задачи исследования
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ БИРОТОРНОГО ВИСКОЗИМЕТРА
2.1 Расчётная схема и математическая модель бироторного вискозиметра
2.2. Обзор реологических моделей жидких сред
2.3. Математическое моделирование движения жидкой среды в кольцевом зазоре между двумя цилиндрами бироторного вискозиметра
2.4. Методика численного решения систем дифференциальных уравнений динамики бироторного вискозиметра
2.5. Выводы по главе

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ БИРОТОРНОГО ВИСКОЗИМЕТРА
3.1. Результаты вычислительного эксперимента по расчёту движения кольцевого течения жидкости
3.2. Результаты вычислительного эксперимента по расчёту динамики бироторного вискозиметра с учётом динамических свойств жидкости
3.3. Выводы по главе
4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ БИРОТОРНОГО ВИСКОЗИМЕТРА
4.1. Конструкция и принцип работы бироторного вискозиметра
4.2. Экспериментальное исследование динамики бироторного вискозиметра
4.3. Расчёт основных элементов бироторного вискозиметра
4.3.1. Выбор электропривода
4.3.2. Расчёт оптического датчика
4.4. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Копии патентов на полезную модель
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Копии актов об использовании результатов диссертационной работы
Актуальность темы.
Исследование реологических параметров жидких сред является важной задачей во многих отраслях промышленности: пищевой, автомобильной, химической, в медицинской деятельности.
Изменение реологических свойств материалов, продуктов или их компонентов в процессе работы оборудования или их изготовления может существенно влиять на рабочие параметры технологических процессов, качество готовой продукции, работу готового изделия.
При этом принципиальным является обеспечение непрерывного контроля за свойствами продукта при высокой точности и автоматизации измерений.
К основным реологическим свойствам материалов относятся: упругость, пластичность, прочность и вязкость.
Вязкость (внутреннее трение) - свойство текучих тел (жидкостей и газов) сопротивляться перемещению одной их части относительно другой под действием внешних сил [41, 56, 82]. Вязкие свойства жидкостей и газов различны, так, с увеличением температуры вязкость газов возрастает, а жидкостей резко уменьшается. Для жидкостей характерна динамическая вязкость -величина, равная отношению силы внутреннего трения, действующей на поверхности слоя жидкости при градиенте скорости, равном единице, к единице площади этого слоя.
При измерении вязкости жидкостей следует иметь в виду значительное влияние на неё температуры.
Приборы для измерения вязкости жидкостей называются вискозиметрами.
Современное производство располагает широким спектром методов и технологий для определения и контроля реологических параметров, основанином и 1ЯН0М - номинальное значение напряжения и якорного тока двигателя, М„ом и шхх - номинальный крутящий момент и скорость холостого хода двигателя.
Полученная система (2.4) включает четыре дифференциальных уравнения, в которых неизвестными величинами являются: <р/, <р2 — углы поворота валов двигателей; qI, ц2 - электрические заряды в контурах электроприводов.
Величина момента сопротивления определяется из следующих соотношений:
где Меи Мс2 - момент сил трения соответственно на внутренней поверхности наружного ротора и наружной поверхности внутреннего ротора; Р12 -касательное напряжение.
Таким образом, для полного математического описания динамики би-роторного вискозиметра, необходимо задать входные параметры (питающее напряжение двигателей) и определить моменты сопротивления вращению среды при различных условиях, для чего следует выявить характер распределения и величину касательных сил, возникающих на поверхностях роторов при движении жидкости в кольцевом зазоре вискозиметра.
Построенная математическая модель отражает системный подход к исследованию динамики бироторного вискозиметра, рассматриваемого как сложный управляемый гидроэлектродинамический объект. Она основана на строгой взаимосвязи электродинамических процессов, протекающих в механической системе, соединённой с электроприводом, и гидродинамических явлениях, происходящих при движении рабочей жидкости в кольцевом канале вискозиметра.
(2.5)