Низкочастотные сдвиговые вязкоупругие свойства жидких сред

• Автор: Бадмаев, Бадма Банзаракцаевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Улан-Удэ
• Количество страниц: 287 с. : ил.

ГЛАВА I. СДВИГОВЫЕ ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ
1.1. ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ
1.2. Молекулярные теории вязкого течения жидкостей
1.3. Обзор экспериментальных исследований вязкоупругих
свойств простых и полимерных жидкостей
1.4. Исследования низкочастотной сдвиговой упругости жидкостей
Выводы к главе I
ГЛАВА II. ТЕОРИЯ АКУСТИЧЕСКОГО РЕЗОНАНСНОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ
СДВИГОВОЙ УПРУГОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
2.1. Акустический резонансный метод измерения вязкоупругих свойств жидкостей
2.2. Теория акустического резонансного метода
2.3. Анализ общего решения задачи пьезокварц - прослойка жидкости - накладка и вывод расчетных формул
Выводы к главе II
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Экспериментальная установка, устройство кварцедержателя
3.2. Оптическая установка для измерения толщины жидкой прослойки
3.3. Очистка жидкостей и рабочих поверхностей, кон троль чистоты обработки поверхностей
Выводы К ГЛАВЕ III
ГЛАВА IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НИЗКОЧАСТОТНОГО КОМПЛЕКСНОГО МОДУЛЯ СДВИГА ЖИДКОСТЕЙ АКУСТИЧЕСКИМ РЕЗОНАНСНЫМ МЕТОДОМ
4.1. Исследование комплексного модуля сдвига жидкостей при малых толщинах жидкой прослойки
4.2. Измерение комплексного модуля сдвига гомологического ряда нормальных углеводородов
4.3. Исследование комплексного модуля сдвига гомологического ряда
ПОЛИМЕТИЛСИЛОКСАНОВЫХ (ПМС) И ПОЛИЭТИЛСИЛОКСА1ЮВЫХ (ПЭС) ЖИДКОСТЕЙ
4.3.1. Полиорганосилоксановые жидкости
4.3.2. Исследование комплексного модуля сдвига гомологического ряда полиметилсилоксановых (ПМС) жидкостей
4.3.3. Исследование комплексного модуля сдвига гомологического ряда полиэтилсилоксановых (ПЭС) жидкостей
4.4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОУПРУГ ИХ СВОЙСТВ СМЕСЕЙ ПРИРОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ И ПРОПИТОЧІ1ЫХ РАСТВОРОВ

4.4.1. Экспериментальные результаты исследования растворов природных полимеров
4.4.2. Экспериментальные результаты исследования растворов полистирола в толуоле
4.4.3. Экспериментальные результаты исследования пропиточных растворов
Выводы к главе IV
ГЛАВА V. РАСПРОСТРАНЕНИЕ НИЗКОЧАСТОТНЫХ СДВИГОВЫХ ВОЛН В ЖИДКОСТЯХ
5.1. ИЗМЕРЕ11ИЕ КОМПЛЕКСНОГО МОДУЛЯ СДВИГА ЖИДКОСТЕЙ ПО РАСПРОСТРАНЕНИЮ СДВИГОВЫХ ВОЛН
5.2. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ СДВИГОВЫХ ВОЛН
5.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
5.4. Измерение модуля сдвига жидкостей по методу полного затухания сдвиговых волн!
5.5. Учет погрешностей измерений
5.5.1. Учет влияния асимметрии колебательной системы на измерения сдвиговой упругости жидкостей резонансным методом
5.5.2. Оценка погрешности эксперимента
выводы К ГЛАВЕ V
ГЛАВА VI. ИССЛЕДОВАНИЕ НИЗКОЧАСТОТНОЙ СДВИГОВОЙ УПРУГОСТИ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ РАЗНЫХ
ЧАСТОТАХ
6.1. ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ЧАСТОТЕ ИЗМЕРЕНИЙ 74 КГЦ
6.2. ИССЛЕДОВАНИЕ НИЗКОЧАСТОТНОЙ СДВИГОВОЙ УПРУГОСТИ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ЧАСТОТЕ 40 КГЦ204
6.3. СДВИГОВАЯ УПРУГОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ЧАСТОТЕ СДВИГОВЫХ КОЛЕБАНИЙ 10 КГЦ
6.4. Сравнение и анализ полученных результатов
Выводы к главе VI
Глава VII. Исследование динамической вязкости жидкостей при предельно малых
ГРАДИЕНТАХ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ
7.1. Методика исследования и экспериментальная установка
7.2. Результаты экспериментальных исследований и их анализ
7.3. ИЗМЕРЕНИЕ ГИСТЕРЕЗИСА ВЯЗКОГО ТЕЧЕНИЯ ПРИ ПРЕДЕЛЬНО МАЛЫХ ГРАДИЕНТАХ СКОРОСТИ
ТЕЧЕНИЯ
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ VII
Глава VIII. Кластерная модель низкочастотной сдвиговой упругости жидкостей
8.1. Вводные замечания
8.2. Быстрые и медленные физические процессы релаксации (а и ^.-процессы) в аморфных полимерах
8.3. Кластерные модели сильновязких жидкостей и стекол
8.4. Кластерная модель низкочастотной вязкоупругой релаксации в жидкостях
Выводы к главе VIII
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Создание общей теории жидкого состояния вещества является одной из важнейших задач современной молекулярной физики. Решение этой проблемы требует всесторонних теоретических и экспериментальных исследований структуры и физико-механических свойств жидких сред.
В этой связи изучение структуры жидкости и характера теплового движения молекул, выяснение природы релаксационных процессов различными методами представляет научный и практический интерес. Измерение динамических сдвиговых свойств жидкости акустическими методами является одним из прямых подходов к исследованию природы и характера процессов перестройки межмолекулярной структуры жидкости. Они позволяют получить информацию о вязкоупругих свойствах жидкостей (о динамическом модуле сдвига, о тангенсе угла механических потерь), а также установить связь этих свойств с происходящими в них релаксационными процессами.
Важнейшей структурной характеристикой жидкости является период релаксации г - время перехода из неравновесного в равновесное состояние. В теории жидкости Френкеля период релаксации оценивается (по скорости самодиффузии) приравниванием этого периода ко времени оседлого существования отдельных молекул и для маловязких жидкостей равен 10'"-10"12 с. Оценка времени релаксации неравновесного состояния по реологической модели Максвелла дает также значение г порядка Ю'10 с. Следовательно, динамическая сдвиговая упругость может быть обнаружена именно при таких периодах сдвиговых колебаний.
В работах У.Базарона, Б.Дерягина и А.Булгадаева (ЖЭТФ.-1966.-Т
В.4) впервые было показано, что жидкость, независимо от вязкости и полярности, обладает сдвиговой упругостью при частоте сдвиговых колебаний порядка 105 Гц. Данное необычное свойство было обнаружено при исследовании граничных слоев жидкостей, которые, как известно, под действием поверхностных сил твердого тела приобретают особые свойства, отличные от свойств жидкости в объеме.

вязкоупругие свойства вязких жидкостей рассматриваются на основе нелокально-диффузионной теории Исаковича и Чабан [59,85].
Из работ Барлоу и Лэмба особый интерес представляют работы [74,75], посвященные измерению вязкоупругих свойств полидиметилсилоксановых жидкостей при ультразвуковых частотах. Проведены измерения сдвиговых свойств четырех жидкостей с вязкостью от 103 до 105 сантистокс. Анализ этих работ будет проведен в главе IV.
Голик с сотрудниками [86-90] исследовали связь статической сдвиговой вязкости с молекулярной структурой жидкости при помощи дифракции рентгеновских лучей. Ими показано, что жидкости, имеющие одинаковые коэффициенты вязкости, обладают одинаковой структурой.
Михайлов с сотрудниками [91] исследовали структурную релаксацию в жидкостях и полученные результаты сопоставили с релаксационной теорией. Исследуя касторовое масло на продольных ультразвуковых волнах, Михайлов [92] и ряд других авторов [93-95] показали что величина а/2 на низких частотах существенно превышает стоксовское значение, а на высоких частотах становится ниже его. Применяя метод приведения по температуре, Михайлов показал, что релаксационная область занимает довольно широкий диапазон частот, не менее пяти декад. Этот вывод позже подтвердили непосредственные измерения в широком (до 1000 МГц) диапазоне частот. Это указывает на то, что области релаксации сдвиговой и объемной вязкости расположены близко друг к другу. На основании этих данных и результатов, полученных при исследовании других вязких жидкостей, Михайлов .высказал предположение, что объемная и сдвиговая вязкости могут релаксировать как раздельно, так и одновременно. Второе предположение подтверждается работой Литовица и др.[96], в которой более подробно исследовалось распространение, как продольных, так и поперечных ультразвуковых волн в изобутилбромиде в области частот 15-105 МГц. В работе [97] ими измерены динамическая сдвиговая вязкость и упругость воды, касторового и хлопкового масел. В хлопковом масле области релаксации объемной и