一種研究流體流變行為的方法及狹縫流變儀技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種通過(guò)調(diào)節(jié)收縮比來(lái)研究高分子流體的流變行為的方法，及可調(diào)節(jié)收縮比的狹縫流變儀。本發(fā)明專利技術(shù)公開的狹縫流變儀特征在于有分體裝配的、可調(diào)節(jié)寬度比的上下兩流道，且開設(shè)了可觀察流體流動(dòng)狀態(tài)的玻璃視窗。本發(fā)明專利技術(shù)大大拓展了傳統(tǒng)流變儀的應(yīng)用范圍，并且方便可調(diào)，避免了因改變收縮比需要多次更換流道的缺點(diǎn)，提高了其使用效率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種流體研究方法及狹縫流變儀，具體涉及通過(guò)調(diào)節(jié)收縮比來(lái)研究高分子流體的流變行為的方法，及可調(diào)節(jié)收縮比的狹縫流變儀。
技術(shù)介紹
目前,傳統(tǒng)的流變儀有毛細(xì)管流變儀，錐－板流變儀，同軸圓筒流變儀，平板流變儀，轉(zhuǎn)矩流變儀,拉伸流變儀等，通過(guò)這些流變儀可以研究高分子材料的流變特性，如獲得高分子流體的粘度隨剪切速率的變化，第一法向應(yīng)力差隨角速度的變化，儲(chǔ)能模量和損耗模量隨角速度或頻率的變化，高分子材料加工中的功率消耗曲線等。雖然上述流變儀應(yīng)用廣泛,但無(wú)法實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)的可視化，且存在流場(chǎng)流動(dòng)形式單一的缺點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)在拉伸和剪切共存條件下、直觀地研究高分子流體復(fù)雜流變行為的功能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提出了一種帶有可調(diào)收縮比結(jié)構(gòu)的狹縫式流變儀，大大拓展了傳統(tǒng)流變儀的應(yīng)用范圍，并且方便可調(diào)，避免了因改變收縮比需要多次更換流道的缺點(diǎn)，提高了其使用效率。本專利技術(shù)所涉及的一種可調(diào)收縮比的狹縫流變儀，如附圖1、2、3所示，它由機(jī)頭聯(lián)接板1、U形流道板2及上面開設(shè)的上游流道4、壓力/溫度傳感器3、玻璃視窗5、兩個(gè)鍥形塊13形成的下游流道6、導(dǎo)柱7、導(dǎo)槽8、手輪9、精密絲杠10、螺紋支座11、鎖緊螺栓12和絲堵14組成。本專利技術(shù)中，機(jī)頭聯(lián)接板1通過(guò)螺釘與流體擠出機(jī)的機(jī)頭聯(lián)接，U形流道板2與機(jī)頭聯(lián)接板1相聯(lián)，機(jī)頭聯(lián)接板1內(nèi)開設(shè)供流體流通的流道、U形流道板2上部開設(shè)寬度為D的上游流道4，機(jī)頭聯(lián)接板內(nèi)的流道與上游流道4連通。U形流道板2上還設(shè)置了壓力/溫度傳感器3和兩個(gè)玻璃視窗5，玻璃視窗5的位置處于上游流道4和下游流道6的連接處。絲堵14位于U形流道板2的最上方中間位置，主要用于試驗(yàn)完畢后可卸下，便于清理U形流道中上游流道中的物料。下游流道6由兩個(gè)鍥形塊13組成，分別與相應(yīng)的兩個(gè)螺紋支座11相接觸，兩個(gè)螺紋支座11與雙向精密絲杠10相配，在手輪9的搖動(dòng)下可以使兩個(gè)螺紋支座11水平左右移動(dòng)，從而推動(dòng)兩個(gè)鍥形塊13之間的距離d可以在一定范圍任意改變，最終實(shí)現(xiàn)上、下流道收縮比D/d的調(diào)節(jié)。為了保證兩個(gè)鍥形塊13水平移動(dòng)，在U形流道板下部開設(shè)水平導(dǎo)槽8，導(dǎo)柱7貫穿于鍥形塊13的內(nèi)部且嵌入導(dǎo)槽8內(nèi)，只能沿著導(dǎo)槽8水平移動(dòng)，這樣也能保證兩個(gè)鍥形塊13形成的下游狹縫流
道是垂直方向，并在精密絲杠的調(diào)整下使下游狹縫流道6的軸線與上游流道4的軸線重合。當(dāng)上游流道4和下游流道6的收縮比調(diào)整到位后，用位于兩個(gè)鍥形塊13上的鎖緊螺栓12鎖緊鍥形塊。在設(shè)計(jì)精密絲杠時(shí)，采用具有自鎖功能的螺紋，只能絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋支座移動(dòng)，反之不能轉(zhuǎn)動(dòng)，防止在下游流道中流體壓力的作用導(dǎo)致兩個(gè)鍥形塊之間的距離d變化。為了便于加工上游流道4和下游流道6的狹縫，將下游流道6和上游流道4采用分體式加工，裝配時(shí)要保證上游流道4、下游流道6的對(duì)稱軸同軸。實(shí)際使用中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪9帶動(dòng)雙向精密絲杠10轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)與絲杠相配合的兩個(gè)螺紋支座11沿水平方向左右移動(dòng)；螺紋支座11水平移動(dòng)時(shí)，與其相連的鍥形塊上的導(dǎo)柱7可在U形流道板2兩側(cè)板上開設(shè)的水平導(dǎo)槽8內(nèi)左右移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)上游流道4與下游流道6的收縮比D/d在一定范圍內(nèi)任意可調(diào)。D/d有4種情況：(1)d＝0時(shí)，如附圖4所示下游流道的狹縫間隙消失，成為一種極限形式，此時(shí)收縮比D/d趨于無(wú)窮大；(2)D>d時(shí)，如附圖5上下游流道的收縮比D/d>1變?yōu)槭湛s流道；(3)當(dāng)D＝d時(shí)，如附圖6上下游流道的寬度一樣，變?yōu)橹绷鞯溃裳芯扛叻肿恿黧w的充分發(fā)展流動(dòng)；(4)當(dāng)D<d時(shí)，如附圖7收縮比D/d<1，流道結(jié)構(gòu)變?yōu)閿U(kuò)張流道。當(dāng)調(diào)整收縮比完畢后，通過(guò)鎖緊螺栓12鎖緊兩個(gè)鍥形塊13。流體在流變儀中流動(dòng)時(shí)，利用外部配備的PIV系統(tǒng)可以獲得流場(chǎng)中的速度分布，借助FIB系統(tǒng)可以測(cè)定流場(chǎng)中的主應(yīng)力差條紋分布，從而獲得可研究流體的流變行為的數(shù)據(jù)。流體最后經(jīng)由下游流道6流出，外部可放置或連接一個(gè)承接容器。本專利技術(shù)提出的可調(diào)節(jié)收縮比的狹縫流變儀，可以實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)流動(dòng)情況的在線觀察和測(cè)量，上下游流道的收縮比在一定范圍內(nèi)任意可調(diào)。另外，由于在流道對(duì)稱面上的流體受到強(qiáng)烈的拉伸作用，而在靠近壁面附近的流體受到強(qiáng)烈的剪切作用，所以，在收縮口附近的流體承受拉伸和剪切的雙重作用，類似這種復(fù)雜的組合流動(dòng)經(jīng)常出現(xiàn)在高分子材料的實(shí)際成型加工中。因此，本專利技術(shù)為研究高分子熔體的流變行為提供了豐富的流場(chǎng)信息，具有重要的工程意義。特別是下游流道寬度在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)從收縮流道變?yōu)閿U(kuò)張流道的轉(zhuǎn)換，大大拓展了這種狹縫流變儀在復(fù)雜流場(chǎng)中研究高分子流體的應(yīng)用前景。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)的A-A剖面圖；圖2為本專利技術(shù)的左視圖；圖3為本專利技術(shù)的俯視圖；圖4-7為可調(diào)收縮比的狹縫流變儀在不同的上下游流道寬度比的情況，圖4為下游流道寬度d＝0，圖5為D>d，圖6為D＝d，圖7為D<d。附圖標(biāo)注：1-機(jī)頭聯(lián)接板，2-U形流道板，3-壓力/溫度傳感器，4-上游流道，
5-玻璃視窗，6-下游流道，7-導(dǎo)柱，8-導(dǎo)槽，9-手輪，10-雙向精密絲杠，11-螺紋支座，12-鎖緊螺栓，13-鍥形塊，14-絲堵。具體實(shí)施方式下面根據(jù)附圖對(duì)本專利技術(shù)所提出的狹縫式流變儀進(jìn)行具體的描述。實(shí)施例1開啟擠出機(jī)，高分子或其他流體通過(guò)擠出機(jī)的機(jī)頭流入機(jī)頭聯(lián)接板1中的流道，接著流入連通的上游流道4。調(diào)節(jié)手輪9，使得兩個(gè)螺紋支座11水平左右移動(dòng)，從而推動(dòng)鍥形塊13水平移動(dòng)，直到兩個(gè)鍥形塊之間的距離d小于上游流道4的寬度D，用鎖緊螺栓12鎖緊兩個(gè)鍥形塊13，此時(shí)如圖5所示D>d，流體在收縮流道中流動(dòng)，可通過(guò)玻璃視窗5觀察到流體流動(dòng)狀態(tài)。流體在流變儀中流動(dòng)時(shí)，利用外部配備的PIV系統(tǒng)可以獲得流場(chǎng)中的速度分布，借助FIB系統(tǒng)可以測(cè)定流場(chǎng)中的主應(yīng)力差條紋分布，從而獲得可研究流體的流變行為的數(shù)據(jù)。流體最后經(jīng)由下游流道6流入外部放置的一個(gè)承接容器回收。實(shí)施例2開啟擠出機(jī)，高分子或其他流體通過(guò)擠出機(jī)的機(jī)頭流入機(jī)頭聯(lián)接板1中的流道，接著流入連通的上游流道4。調(diào)節(jié)手輪9，使得兩個(gè)螺紋支座11水平左右移動(dòng)，從而推動(dòng)鍥形塊13水平移動(dòng)，直到兩個(gè)鍥形塊之間的距離d等于上游流道4的寬度D，用鎖緊螺栓12鎖緊兩個(gè)鍥形塊13，此時(shí)如圖6所示D＝d，流體在直流道中流動(dòng)，可通過(guò)玻璃視窗5觀察到流體流動(dòng)狀態(tài)。流體在流變儀中流動(dòng)時(shí)，利用外部配備的PIV系統(tǒng)可以獲得流場(chǎng)中的速度分布，借助FIB系統(tǒng)可以測(cè)定流場(chǎng)中的主應(yīng)力差條紋分布，從而獲得可研究流體的流變行為的數(shù)據(jù)。流體最后經(jīng)由下游流道6流入外部放置的一個(gè)承接容器回收。實(shí)施例3開啟擠出機(jī)，高分子或其他流體通過(guò)擠出機(jī)的機(jī)頭流入機(jī)頭聯(lián)接板1中的流道，接著流入連通的上游流道4。調(diào)節(jié)手輪9，使得兩個(gè)螺紋支座11水平左右移動(dòng)，從而推動(dòng)鍥形塊13水平移動(dòng)，直到兩個(gè)鍥形塊之間的距離d大于上游流道4的寬度D，用鎖緊螺栓12鎖緊兩個(gè)鍥形塊13，此時(shí)如圖7所示D<d，流體在擴(kuò)張流道中流動(dòng)，可通過(guò)玻璃視窗5觀察到流體流動(dòng)狀態(tài)。流體在流變儀中流動(dòng)時(shí)，利用外部配備的PIV系統(tǒng)可以獲得流場(chǎng)中的速度分布，借助FIB系統(tǒng)可以測(cè)定流場(chǎng)中的主應(yīng)力差條紋分布，從而獲得可研究流體的流變行為的數(shù)據(jù)。流體最后經(jīng)由下游流道6流入外部放置的一個(gè)承接容器回收。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種研究流體流變行為的方法，其特征在于：讓流體通過(guò)上下兩個(gè)寬度不同且寬度比可調(diào)節(jié)的流道，根據(jù)寬度比的變化實(shí)現(xiàn)收縮流道、直流道及擴(kuò)張流道之間的轉(zhuǎn)換，研究流體在復(fù)雜組合流動(dòng)時(shí)的流變行為。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種研究流體流變行為的方法，其特征在于：讓流體通過(guò)上下兩個(gè)寬度不同且寬度比可調(diào)節(jié)的流道，根據(jù)寬度比的變化實(shí)現(xiàn)收縮流道、直流道及擴(kuò)張流道之間的轉(zhuǎn)換，研究流體在復(fù)雜組合流動(dòng)時(shí)的流變行為。2.如權(quán)利要求1所述的研究流體流變行為的方法，其特征在于：當(dāng)流體在流道中流動(dòng)時(shí)，用外部配備的PIV系統(tǒng)獲得流場(chǎng)中的速度分布，用FIB系統(tǒng)測(cè)定流場(chǎng)中的主應(yīng)力差條紋分布。3.一種可調(diào)節(jié)收縮比的狹縫流變儀，其特征在于：包括與機(jī)頭聯(lián)接板(1)相聯(lián)的U形流道板(2)，U形流道板(2)上部開設(shè)上流游道(4)，上流游道(4)下方是由兩個(gè)鍥形塊(13)組成的下游流道(6)，兩個(gè)鍥形塊(13)分別與相應(yīng)的兩個(gè)螺紋支座(11)相接觸，螺紋支座(11)與雙向精密絲杠(10)相配，手輪(9)連接并控制雙向精密絲杠(10)，在U形流道板(2)上...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王偉，張?zhí)烊A，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：青島科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東;37