Разработка стационарного метода и устройства для определения зависимостей теплопроводности и реологических характеристик неньютоновских жидкостей от скорости сдвига

• Автор: Мозгова, Галина Владимировна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ

1.1 Методы и приборы для определения теплофизических характеристик жидкостей

1.1.1 Стационарные методы определения теплофизических свойств жидкостей

1.1.2 Нестационарные методы определения теплофизических свойств жидкостей

1.1.3 Методы ламинарного режима

1.2 Методы и приборы для определения реологических характеристик неньютоновских жидкостей

1.2.1 Капиллярные приборы для исследования реологических характеристик жидкостей

1.2.2 Ротационные приборы, применяемые для реологических

исследований

1.3 Постановка цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ
2.1 Физическая модель измерительного устройства
2.2 Математическая модель температурного поля в измерительном устройстве
2.2.1 Основные уравнения, описывающие закономерности течения и теплопередачи неньютоновских жидкостей в цилиндрической системе координат
2.2.2 Выбор реологического уравнения состояния исследуемой неньютоновской жидкости
2.2.3 Допущения, принятые при составлении математической модели
2.2.4 Постановка и решение задачи о вычислении установившегося профиля скорости сдвигового течения исследуемой неньютоновской жидкости в зазоре между коаксиальными цилиндрами измерительного

устройства
2.2.5 Вывод уравнения теплового баланса для слоя исследуемой неньютоновской жидкости, подчиняющейся степенному закону течения
2.2.6 Постановка и решение задачи распределения температурных полей в слоях измерительного устройства в установившемся тепловом режиме
2.2.7 Анализ источников погрешностей, вызванных принятыми допущениями и рекомендации по конструированию измерительного устройства и выбору режимных параметров эксперимента
2.2.8 Определение координаты Т?4, определяющей оптимальную толщину защитного слоя 3 электронагревателя и термопреобразователя в измерительном устройстве
Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
3.1 Обоснование выбранной конструкции измерительного устройства
3.2 Конструкция измерительного устройства
3.3 Измерительная установка
3.3.1 Подсистема для контроля и измерения угловой скорости вращения наружного цилиндра
3.3.2 Подсистема для измерения теплопроводности исследуемой неньютоновской жидкости
3.3.3 Подсистема для измерения реологических характеристик
3.3.4 Подсистема для поддержания заданных граничных условий 1 рода
3.3.5 Структурная схема измерительно-вычислительного комплекса для измерения теплофизических и реологических характеристик
неньютоновских жидкостей при сдвиговом течении
3.4 Порядок измерительных операций при проведении
эксперимента
Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
4.1 Предварительная оценка погрешности определения теплопроводности

на стадии проектирования и изготовления измерительного устройства
4.1.1 Оценка абсолютной погрешности A f измерения среднеинтегральной температуры
4.1.2 Оценка погрешности измерения радиусов слоев ИУ
4.1.3 Оценка погрешности измерения объема VH слоя нагревателя и термопреобразователя сопротивления
4.1.4 Оценка погрешности измерения мощности нагревателя QH измерительного устройства
4.1.5 Оценка погрешности измерения угловой скорости вращения со наружного цилиндра
4.1.6 Оценка погрешности измерения величины касательного напряжения огф и реологических характеристик тип исследуемой неныотоновской
жидкости
4.2 Оценка систематической погрешности по результатам калибровочных
измерений
Выводы по четвертой главе
ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1 Результаты исследования синтетического каучука «Структурой»
5.2 Результаты исследований синтетического каучука «Структурой» с добавками из наноуглеродных наноструктурных элементов
5.3 Результаты исследований 10 % водного раствора полиоксиэтилена
Выводы по пятой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение 1. Программа для вычисления теплопроводности Хгг
Приложение 2. Расчет инструментальной погрешности измерения
среднеинтегральной температуры
Приложение 3. Программа для вычисления погрешности определения реологических характеристик ш, п; скорости сдвига у и касательного
напряжения оГ(р
Приложение 4. Программа для вычисления погрешности косвенного измерения теплопроводности 8ЯГГ ки
Приложение 5. Акты внедрения результатов диссертационной работы

где Щг) - интенсивность диссипативного источника тепла в слое исследуемой жидкости.
Допущения, позволяющие задать граничные условия на поверхностях сопряженш слоев цилиндрической системы.
13. Термические сопротивления между слоями 1 и 2, 2 и 3 внутреннего цилиндра В и слоем исследуемой жидкости 4 (см. рис. 8) отсутствуют.
14. Температура теплоносителя, прокачиваемого через внутреннюю полость 6 цилиндра В и водяную рубашку на внешней поверхности цилиндра Я, поддерживается постоянной, что позволяет задать граничные условия первого рода на поверхностях с координатами Д и Д (см. рис. 8) [5,23, 31], т.е.
7;(Л„г) = Г0=0; ад,г) = Г0=0. (2.18)
15. На границах слоев 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 (см. рис. 8) выполняется допущение о непрерывности температур и тепловых потоков [23, 31], что позволяет задать на этих поверхностях граничные условия четвертого рода в виде:
-0,г)=Тм(кы +0,4 = 1 (2.19)
ог дг
где 1=1, 2, 3.
2.2.4 Постановка и решение задачи о вычислении установившегося профиля скорости сдвигового течения исследуемой неньютоновской жидкости в зазоре между коаксиальными цилиндрами измерительного устройства
Для нахождения распределения окружных скоростей а>Дг) по радиусу г и
зависимости компоненты тензора напряжения о>Ф(г) необходимо решить систему, состоящую из уравнений движения (2.14) и реологического уравнения (2.9) исследуемой неньютоновской жидкости, подчиняющейся степенному закону течения [5].