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技術(shù)文章

粘度計(jì)算公式
黏度是測量流體內(nèi)在摩擦力的所獲得的數(shù)值。當(dāng)某一層流體的移動(dòng)會(huì)受到另一層流體移動(dòng)的影響時(shí)，此摩擦力顯得極為重要。摩擦力愈大，我們就必須施予更大的力量以造成流體的移動(dòng)，此力量即稱為 ”剪切（shear）”。剪切發(fā)生的條件為當(dāng)流體發(fā)生物理性地移動(dòng)或分散，如傾倒、散布、噴霧、混合等等。高黏度的流體比低黏度的材料需要更大的力量才能造成流體的流動(dòng)。 牛頓以圖4-1的模式來定義流體的黏度。兩不同平面但平行的流體，擁有相同的面積”A”，相隔距離”dx”，且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流動(dòng)，牛頓假設(shè)保持此不同流速的力量正比于流體的相對(duì)速度或速度梯度，即： F/A ＝ ηdv/dx 其中η與材料性質(zhì)有關(guān)，我們稱為”黏度”。 速度梯度，dv/dx，為測量中間層的相對(duì)速度，其描述出液體所受到的剪切，我們將它稱為”剪速（shear rate）”，以S表示；其單位為時(shí)間倒數(shù)（sec-1）。 F/A項(xiàng)代表了單位面積下，剪切所造成的合力，稱為”剪力（shear stress）”，以F代表；其單位為”達(dá)因每平方公分（dyne/cm2）”。 使用這些符號(hào)，黏度計(jì)可以下列數(shù)學(xué)式定義： η＝黏度＝F/S＝剪力/剪速 黏度的基本單位為 ”poise”。我們定義一材料在剪力為1達(dá)因每平方公分、剪速為1 sec-1下的黏度為100 poise。測量黏度時(shí)，你可能會(huì)遭遇到黏度的單位為 “Pa˙s” 或 “mPa˙s” 的情況，此為國際標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，且有時(shí)較被公制命名所接受。1 Pa˙s等于10 poise；1 mPa˙s等于1 cp。 牛頓假設(shè)所有的材料在固定溫度下，黏度與剪速是沒有相關(guān)的，亦即兩倍的力量可以幫助流體移動(dòng)兩倍的速度。 就我們所知，牛頓的假設(shè)只有部分是正確的。 牛頓流體 牛頓稱具有此形式流動(dòng)行為的所有流體，皆稱為”牛頓（Newtonian）”，然而這只是你可能遭遇到的流體中的其中一種而已。牛頓流體的特性可參考圖4-2；圖A顯示剪力（F）和剪速（S）之間為線性關(guān)系；圖B顯示在不同剪速下，黏度皆保持一定。典型的牛頓流體為水與稀薄的機(jī)油。 上述代表的意義即為在固定溫度下，不論你所使用的黏度計(jì)型號(hào)、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速為何，牛頓流體的黏度皆保持一定。標(biāo)準(zhǔn)Brookfield黏度值為以Brookfield儀器在某一剪速范圍內(nèi)所測之值，這就是為什么牛頓流體可以在所有我們的黏度計(jì)型號(hào)下操作。牛頓流體明顯地為*容易測量的流體－只要拿出你的黏度計(jì)并操作它即可。不幸的是，更常見且更復(fù)雜的流體－非牛頓流體，我們將在下一節(jié)中介紹。 非牛頓流體概略的定義為F/S的關(guān)系不為常數(shù)，亦即當(dāng)施予不同的剪速，剪力并不隨著相同比例變化（或甚至同一方向）。這些流體的黏度會(huì)受到不同剪速的影響，同時(shí)，不同型號(hào)黏度計(jì)的設(shè)定參數(shù)、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速都會(huì)影響到非牛頓流體的黏度值。此測量的黏度值稱為流體的”表觀黏度（apparent viscosity）”，其值為正確的只有當(dāng)實(shí)驗(yàn)的參數(shù)值被正確的設(shè)定且精準(zhǔn)的測得。 非牛頓流體流動(dòng)可以想象成流體為不同形狀和大小的分子所組成，當(dāng)它們流經(jīng)彼此，亦即流動(dòng)發(fā)生時(shí)，需要多少力量才能移動(dòng)它們將取決于它們的大小、形狀及黏著性。在不同的剪速下，排列的方式將會(huì)不同，而且需要更多或更少的合力才能保持運(yùn)動(dòng)。 辨別不同非牛頓流體的行為，可由剪速的??異得到流體黏度的變化，常見非牛頓流體的形式包括： 擬塑性的（pseudoplastic）：此形式流體的特性為當(dāng)剪速增加時(shí)，會(huì)伴隨著流速的減少，其可能為*常見的非牛頓流體。擬塑性流體包括油漆、乳液和各種不同形式的流體。此類流體的行為有時(shí)候可稱為”shear thinning”。 膨脹性的（diltant）：膨脹性的流體其特性為流速隨著剪速的增加而增加。雖然膨脹性流體不如擬塑性流體常見，然而膨脹性流體?？捎纱嬖谟胁粫?huì)聚集固體的流體中看到，如泥漿、糖果合成物、玉米淀粉類與水的混合物以及沙/水混合物。此類流體的行為也可稱為”shear thickening”。 塑性的（plastic）：此類流體的行為就如同固體處在靜電的環(huán)境中。在流體流動(dòng)前，我們就必須先施予流體某一力量，此力量稱為“屈服力（yield value）”。此類流體典型的例子為蕃茄醬，其產(chǎn)值造成蕃茄醬無法直接從罐子中倒出，除非我們先搖動(dòng)或敲擊。當(dāng)產(chǎn)值超過上限值時(shí)，流體開始流動(dòng)。塑性流體包含有牛頓流體、擬塑性流體、膨脹性流體的特性。 到目前為止我們只有討論非牛頓流體剪速的效應(yīng)，當(dāng)我們同時(shí)考慮時(shí)間效應(yīng)時(shí)，有會(huì)有什么問題發(fā)生?此問題使得我們必須討論其它兩類非牛頓流體：”搖變性的（thixotropic）” 和 “流變性的（rheopectic）”。