Определение вязкости оксидных расплавов методом оседающего шарика по результатам цифровой обработки рентгенотелевизионных изображений

• Автор: Лямкина, Наталья Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Содержание

Список обозначении.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯИЕ ВОПРОСА

1.1 Методы измерения вязкости оксидных расплавов

1.1.1 Метод капиллярного истечения

1.1.2 Ротационный метод.

1.1.3 Вибрационный метод

1.1.4 Метод падающего шарика

1.1.5 Метод крутильных колебаний

1.2 Известные реализации метода падающего шарика.

1.3 Коррекция решения задачи Стокса для реальных условий проведения эксперимента.
1.3.1 Влияние инерционных сил.
1.3.2 Влияние стенок сосуда.
1.3.3 Влияние горизонтальных поверхностей.
1.4 Обоснование задач исследования
2 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
2.1 Особенности конструкции печи
2.2 Система контроля и управления температурой печи.
2.3 Рентгемотелевизионная система наблюдения
2.4 Конструкция экспериментальной ячейки
3 МЕТОДИКА РОВЕДЕ1ШЯ ЭКСПЕРИМЕНТА.
3.1 Подготовка исследуемого расплава
3.2 Изготовление шариков
3.3 Связь между истинными размерами наблюдаемого объекта и размерами элементарной ячейки изображения.
3.4 Проведение эксперимента.
4 МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА.
4.1 Синхронизация данных эксперимента по времени
4.2 Программа для обработки ачфайлов
4.3 Определение границ шлака с тиглем и с газовой фазой.
4.3.1 Обработка файлов изображения
4.3.2 Определение формы и положения внутренней поверхности тигля
4.3.3 Повышение точности определения внутренней поверхности тигля за счет статистической обработки серии измерении в одном эксперименте.
4.3.4 Аппроксимация границы раздела оксидный расплав газ
4.4 Расчет объема расплава.
4.5 Оценка плотности и поверхностного натяжения расплава.
4.6 Определение координат центра шарика
4.7 Оценка скорости стационарною движения шарика.
4.7.1 Определение мгновенных скоростей движения шарика.
4.7.2 Учет концевых эффектов.
4.7.3 Учет влияния стенок
4.7.4 Учет эксцентриситета.
4.8 Определение вязкости исследуемого расплава.
4.8.1 Предварительная оценка вязкости расплава.
4.8.2 Учет инерционных членов в уравнении Навье Стокса.
4.8.3 Оценка погрешности определения вязкости
Выводы.
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ОКСИДНЫХ РАСПЛАВОВ
5.1 Опыты в силикатном расплаве.
5.1.1 Температурная зависимость плотности.
5.1.2 Оценка поверхностного натяжения.
5.1.3 Температурная зависимость вязкости
5.2 Опыты в боратном расплаве.
5.2.1 Температурная зависимость плотности.
5.2.2 Оценка поверхностного натяжения.
5.2.3 Температурная зависимость вязкости
5.3 Наблюдаемые особенности скорости движения шариков в исследованных расплавах.
Заключение
Список литературы


Обнаружено различие в характере изменения скорости движения шарика, оседающего в оксидном расплаве, на участках разгона и торможения, несвойственное ньютоновским жидкостям. Результаты экспериментального определения вязкости, плотности и поверхностного натяжения в зависимости от температуры для двух оксидных композиций. Методики одновременного измерения вязкости, плотности и поверхностного натяжения по кратковременным цифровым видеозаписям рентгенотелевизиониьтх изображений измерительной ячейки. Константа скорости пропитки тигля оксидным расплавом и метод се определения. Методики оценки погрешностей всех измеряемых величин. Результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях 6 i, , , I и II отчетной конференции молодых ученых УГТУУПИ Екатеринбург, , , XII Российской конференции Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов Екатеринбург, . Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Объем основной части работы составляет 8 страниц машинописного текста. Диссертация содержит рисунок и 3 таблицы. Библиографический список включает наименование. Вязкость физическое свойство жидкости, несущее информацию о ее структуре и мсжчастичном взаимодействии, имеет большое значение при описании взаимодействий с участием жидкой фазы и для понимания ее строения. Для характеристики свойства принят коэффициент, определенный силой, возникающей при относительном движении слоев жидкости с единичным градиентом на единичной площади поверхности их контакта и называемый коэффициентом динамической вязкости. Вязкость оксидных расплавов колеблется в достаточно широких пределах в зависимости от их состава и температуры. Согласно ионным представлениям о структуре жидких оксидных расплавов, вязкость в основном определяется присутствием крупных относительно малоподвижных комплексных анионов, состояние и устойчивость которых зависит от температуры и катионного окружения. В настоящее время для описания температурной зависимости вязкости наибольшее распространение получила активационная модель. Она была предложена Френкелем на основе предположения о структурной близости жидкого и твердого тела и вакансионной модели теплового движения частиц. Аналогичная зависимость получена Эйрингом, применившим развитую им теорию абсолютных скоростей реакций к процессам переноса в жидкостях. С ростом температуры вязкость оксидных расплавов уменьшается. Характер этой зависимости определяет ся энергией активации вязкого течения. Оксидным расплавам с небольшим содержанием оксидовком п л ексообразователей свойственно постоянное невысокое значение энергии активации. С увеличением содержания комплексообразующих оксидов наблюдается тенденция возрастания и энергии активации. Существующие методы измерения вязкости жидкостей основаны на регистрации в процессе измерений различных параметров, функционально связанных с величиной вязкости. Связь между этими параметрами и вязкостью жидкости обосновывается в математических теориях методов. Скольжение на поверхности соприкосновения жидкость твердое тело полностью отсутствует. Движение жидкости с достаточной точностью описывается уравнением Навье Стокса для несжимаемой жидкости. Система рассматривается при установившемся регулярном движении жидкости только для стационарных методов. Принципиально все методы измерения вязкости жидкостей при комнатных или слегка повышенных температурах могут быть использованы и в высокотемпературной вискозиметрии. Однако высокие температуры, а также повышенная активность оксидных расплавов но отношению к элементам конструкции измерительной ячейки, являются факторами, затрудняющими процесс измерений. Поэтому некоторые методы, довольно широко используемые при измерении вязкости органических и неорганических жидкостей в обычных условиях, по причине конструктивного характера ограниченно применяются в высокотемпературной вискозиметрии. В соответствие с принятой классификацией методы определения вязкости принято подразделять на две основные группы стационарные метод капиллярного истечения, ротационный, вибрационный и метод падающего шарика и нестационарные крутильных колебаний.