本發明專利技術提供一種基于流變儀改進的界面滑移參數測量裝置，在流變儀的下試樣臺、錐板轉子的基礎上，設置試樣夾具，夾具上壓板軸向壓緊試樣夾具，并通過內六角螺釘與流變儀下試樣臺連接，本發明專利技術可通過內六角螺釘控制試樣的平行度，測量過程中，錐板轉子與圓柱形試樣之間夾著被測試液體，通過測量不同轉速下轉子受到的摩擦力矩得到固液界面間的剪切率曲線，通過不同材料間的曲線對比得到被測試固液間的界面滑移參數；本發明專利技術克服了原有流變儀中無法更換下試樣臺材料的缺點，下試樣可更換為任意平面材料，同時利用了流變儀對不同轉速下力矩的精確測量，擴展了流變儀的功能范圍，對不同材料與液體間的界面滑移參數的測量提供了便捷測量方法。
【技術實現步驟摘要】
一種基于流變儀改進的界面滑移參數測量裝置與方法
本專利技術屬于界面滑移參數測量裝置
，特別涉及一種基于流變儀改進的界面滑移參數測量裝置與方法。
技術介紹
隨著水介質潤滑的廣泛使用，傳統潤滑模擬計算中普遍采用的固液界面無滑移假設適用性受到挑戰。更有精確的實驗結果證實了浸潤性較差的材料表面容易發生界面相對滑移，從而影響工作性能。滑移長度和極限剪切應力是衡量固液界面發生滑移難易程度的主要指標。固液表面滑移參數的測量實驗大多需要設計精密測量的儀器，并且很多裝置只適用于微觀尺寸下固液界面滑移參數的測量，所以在界面滑移的應用中，目前還處于假設表面參數進行理論建模仿真的階段，這阻礙了將界面滑移效應直接應用于工程應用的性能分析。目前固液界面滑移參數測試方法主要包括直接測量法與間接測量法兩類，直接測量法中應用較多的有光脫色熒光恢復技術(TIR-FRAP)、微顆粒顯影技術(μ-PIV)和近場激光速度儀(NFLV)對靠近固體表面的流場進行直接觀測，從而得到固液間的滑移參數；間接測量法中多采用表面力儀(SFA)、原子力顯微鏡(AFM)或微通道技術(Capillary)，通過圓柱或微球靠近時的動壓阻力(或液體流經微通道后的壓降)與無滑移假設后的理論計算值作對比，間接得到固液間滑移參數。上述主要方法中，普遍只能測量特定微觀固液間界面滑移參數，很多裝置對被測表面的形狀有特定要求，且大多需要借助復雜的光學處理程序或大型測量設備，并不能滿足實際工程中對大量固液表面之間的測量需求。由于現有技術存在上述不足，目前還沒有可簡捷測試固液界面之間界面滑移參數的測量裝置。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供一種基于流變儀改進的界面滑移參數測量裝置與方法，可解決固液界面滑移參數測量復雜的問題，便捷完成不同固體表面與不同液體之間界面滑移參數的測量。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種基于流變儀改進的界面滑移參數測量裝置，在流變儀的下試樣臺1、錐板轉子3的基礎上，環形的試樣夾具5通過定位螺釘6連接在流變儀下試樣臺1上，試樣夾具5與錐板轉子3共軸，圓柱形試樣4通過試樣夾具5固定于流變儀下試樣臺1上，位于試樣夾具5的中心位置，與此同時，夾具上壓板7軸向壓緊試樣夾具5，并通過內六角螺釘8與流變儀下試樣臺1連接。所述試樣夾具5通過臺階面與下試樣臺1上表面接觸進行軸向定位，通過柱面進行徑向定位，圓柱形試樣4通過臺階面與試樣夾具5上表面接觸進行軸向定位，通過柱面夾緊進行徑向定位。所述夾具上壓板7通過三個內六角螺釘8與流變儀下試樣臺1連接，通過調整所述三個內六角螺釘8，對圓柱形試樣4與錐板轉子3之間的平行度進行調整。本專利技術還提供了利用所述基于流變儀改進的界面滑移參數測量裝置的測量方法，先計算固液界面的滑移長度：其中，δ是滑移長度，R是錐板轉子3的半徑，θ0是錐板的錐角，Ω是錐板轉子3的轉速，M是測得的力矩，μ是被測液體的粘度；通過滑移長度δ隨剪切速率的變化，得到極限剪應力的數值或范圍。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：(1)克服了原有流變儀中無法更換下試樣臺材料的缺點，下試樣可更換為任意平面材料，同時利用了流變儀對不同轉速下力矩的精確測量，擴展了流變儀的功能范圍，從而可以便捷測量任意平面材料與液體間的界面滑移參數；(2)利用夾具上壓板同時實現了對下試樣的軸向限位及平行度調節。附圖說明圖1是本專利技術試驗裝置的結構半剖圖。圖2是本專利技術所采用的流變儀原有結構半剖圖。圖3是本專利技術試驗裝置的軸側視圖。圖4是本專利技術實施例中的剪切速率——切應力曲線結果。圖5是本專利技術實施例中的剪切速率——滑移長度結果。具體實施方式下面結合附圖和實施例詳細說明本專利技術的實施方式。如圖1所示，一種基于流變儀的界面參數測量裝置，在原有流變儀和下試樣臺1、錐板轉子3的基礎上，試樣夾具5通過定位螺釘6連接在流變儀的下試樣臺1上，圓柱形試樣4通過試樣夾具5固定于流變儀下試樣臺1上，試樣夾具5為環形，與錐板轉子3共軸，圓柱形試樣4位于試樣夾具5的中心位置，與此同時，夾具上壓板7軸向壓緊試樣夾具5，并通過內六角螺釘8與流變儀下試樣臺1連接。試樣夾具5通過臺階面與下試樣臺1上表面接觸進行軸向定位，通過柱面進行徑向定位，圓柱形試樣4通過臺階面與試樣夾具5上表面接觸軸向定位，通過柱面夾緊，進行軸向及徑向定位。在測試過程中，由于錐板轉子3對圓柱形試樣4向上的吸引力，圓柱形試樣4會有向上的運動趨勢，夾具上壓板7限制了這種運動趨勢。此外，圓柱形試樣4與錐板轉子3之間的平行度可以通過調節夾具上壓板7上的三個內六角螺釘8進行調整，從而保證液膜2的均勻性和結果的準確性。本專利技術的工作原理：通過使用試樣夾具5和夾具上壓板7實現了對流變儀下試樣所使用的材料進行更換，同時利用三個內六角螺釘8的調節保證被測圓柱形試樣4與錐板轉子3之間的平行度，利用流變儀在不同轉速下對轉動過程中的力矩進行精準測量，利用不同試樣在相同剪切速率下的力矩的比值來測量固液界面的滑移參數——滑移長度和極限剪應力。固液界面發生界面滑移后，流變儀測得的摩擦力矩會低于未發生滑移表面的摩擦力矩。可以通過力矩低于未滑移理論值的摩擦力矩拐點對應的臨界轉速得到固液界面的極限剪應力。通過積分計算，可以從力矩值、轉速中得到相應的滑移長度的計算公式：其中，δ是滑移長度，R是錐板轉子半徑，θ0是錐板的錐角，Ω是轉子的轉速，M是測得的力矩，μ是被測液體的粘度。通過測得的滑移長度隨剪切速率的變化，可以得到極限剪應力的數值或范圍。實施例本實施例采用奧地利安東帕MCR302旋轉流變儀作為測量系統基礎進行測量，采用的錐板轉子為CP50-0.3轉子，石墨材料型號為FH82Z5。利用測量裝置測得的去離子水——PTFE材料、石墨材料之間的剪切率——力矩曲線及基于原有流變儀測得的去離子水——下試樣臺之間的剪切率——力矩曲線如圖4所示。以原有試樣臺測得的曲線為基準，由上式得到的滑移長度——剪切率曲線如圖5所示，所測得的PTFE材料的滑移長度為45μm，浸漬石墨材料的滑移長度為5μm，這兩種材料的極限剪應力都小于1Pa。以上僅為本專利技術的優選實施例，并不用于限制本專利技術，本專利技術可以有各種更改和變化。凡在本專利技術的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于流變儀改進的界面滑移參數測量裝置，其特征在于，在流變儀的下試樣臺(1)、錐板轉子(3)的基礎上，環形的試樣夾具(5)通過定位螺釘(6)連接在流變儀下試樣臺(1)上，試樣夾具(5)與錐板轉子(3)共軸，圓柱形試樣(4)通過試樣夾具(5)固定于流變儀下試樣臺(1)上，位于試樣夾具(5)的中心位置，與此同時，夾具上壓板(7)軸向壓緊試樣夾具(5)，并通過內六角螺釘(8)與流變儀下試樣臺(1)連接，測量時，測試液體夾在錐板轉子(3)與圓柱形試樣圓柱形試樣(4)之間。
【技術特征摘要】
1.一種基于流變儀改進的界面滑移參數測量裝置，其特征在于，在流變儀的下試樣臺(1)、錐板轉子(3)的基礎上，環形的試樣夾具(5)通過定位螺釘(6)連接在流變儀下試樣臺(1)上，試樣夾具(5)與錐板轉子(3)共軸，圓柱形試樣(4)通過試樣夾具(5)固定于流變儀下試樣臺(1)上，位于試樣夾具(5)的中心位置，與此同時，夾具上壓板(7)軸向壓緊試樣夾具(5)，并通過內六角螺釘(8)與流變儀下試樣臺(1)連接，測量時，測試液體夾在錐板轉子(3)與圓柱形試樣圓柱形試樣(4)之間。2.根據權利要求1所述基于流變儀改進的界面滑移參數測量裝置，其特征在于，所述試樣夾具(5)通過臺階面與下試樣臺(1)上表面接觸進行軸向定位，通過柱面進行徑向定位，圓柱形試樣圓柱形試樣(4)通過臺階面與試樣夾具(5)上表面接觸進行...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉瑩，宋智翔，郭飛，劉向鋒，王玉明，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京,11
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