Sprawozdanie. z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: Współczesne Materiały Inżynierskie. Temat ćwiczenia

Transkrypt

1 Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: Współczesne Materiały Inżynierskie Temat ćwiczenia Badanie właściwości reologicznych cieczy magnetycznych Prowadzący: mgr inż. Marcin Szczęch Wykonawcy 1 2 Kraków, kwiecień 2013 Strona 1 z 7

2 1. Podstawowe modele reologiczne cieczy Rys. 1 Krzywe płynięcia cieczy a) zależność lepkości od szybkości ścinaniaa b) zależność naprężenia stycznego od szybkości ścinania, 1- ciecz newtonowska, 2- cieczy rozrzedzana ścinaniem, 3 ciecz zagęszczana ścinaniem [1] Rys. 2 Model płynięcia cieczy między dwoma płytkami, geometria i rozkład prędkości [1] Napięcie ścinające (Shear stress) Szybkość ścinania (Shear rate) Dla idealnych przepływów laminarnych, różnica prędkości między dwoma warstwami ma tą samą wartość (dv=const ), ponieważ prędkość v(h) maleje liniowo w szczelinie h (grubośćć każdej warstwy cieczy jest stała (dh=const)). Wynika z tego, że prędkość ścinania ma stałą wartość między dwoma warstwami cieczy. Strona 2 z 7

3 Rys. 3 Warstwy ścinanej cieczy o grubości (dh) w przepływie laminarnym między dwoma płytkami o prędkości (dv) [1] Lepkość (Viscosity) Dla wszystkich cieczy w ruchu, cząstki pozostają między sobą w ruchu względnym, procesowi temu towarzyszy wewnętrzne tarcie. Dla cieczy opór ten można określić po przez parametr lepkości dynamicznej η. / - lepkość dynamiczna - lepkość kinematyczna, ρ gęstość cieczy 2. Metodyka pomiarowa Pomiar stożek płytka: Zaletą tej metody jest jednakowa szybkość ścinania. Brak możliwości regulacji wysokości szczeliny. Potrzebna jest mała objętość próbki. Dla uzyskania ścinania stosuje się dwie metody: -regulowana szybkość ścinania -regulowane naprężenie styczne. Pomiar płytka płytka: Główną zaletą jest możliwość uzyskania precyzyjnego wyznaczenia parametrów reologicznych w przepływie oscylacyjnym. Stosowana przy badaniach cieczy magnetycznych. Wielkość szczeliny h jest regulowana. Strona 3 z 7

4 3. Budowa reometru MCR 301 Rys. 4 Widok reometru MCR 301 [2] Rys.5 Budowa głowicy reometru MCR 301 Strona 4 z 7

5 4. Przebieg pomiaru lepkości cieczy magnetycznych Ćwiczenie obejmuje wykonanie pomiarów lepkości η w zależności od szybkości ścinania dla dwóch rodzajów cieczy: ferrocieczy (nanocieczy magnetycznej) oraz cieczy magnetoreologicznej (mikrocieczy magnetycznej). Dla każdego rodzaju cieczy wykonane są dwa badania: przy zerowym polu magnetycznym oraz dla jednej wybranej wartości indukcji magnetycznej, różnej dla każdej grupy ćwiczeniowej. Przykładowy wykres zależności lepkości η od szybkości ścinania dla ferrocieczy FLS przedstawiono na rysunku 5. Rys. 6 Krzywe płynięcia (zależność lepkości η od szybkości ścinania ) cieczy ferromagnetycznej FLS dla wybranych wartości pola magnetycznego. Dane pomiarowe Rodzaj pomiaru: płytka-płytka Promień płytki R: 10 mm Wysokość szczeliny h: 0,5 mm Ilość cieczy na jeden pomiar: 0,175 ml Rodzaj badanych cieczy: -ferrociecz BM-30 Batch 257 -magnetoreologiczna MFR-122EG Zakres szybkości ścinania: /s Zakres indukcji magnetycznej: 0-1 T Strona 5 z 7

6 5. Opracowanie wyników pomiarów oraz przygotowanie sprawozdania a) Przedstawić schemat głowicy pomiarowej reometru MCR 301, b) Opisać przebieg ćwiczenia, c) Na podstawie zbiorczych wykresów krzywych płynięcia wyznaczonych dla różnych wartości pola magnetycznego opracować wykresy: Lepkość Indukcja magnetyczna dla ferrocieczy i cieczy magnetoreologicznej dla danej szybkości ścinania. Szybkość ścinania dla każdej grupy podana jest w arkuszu kalkulacyjnym - Dane pomiarowe.xlsx Sposób wykonania wykresu przedstawiony jest na rysunku 7. d) Wnioski Na rysunku 7 pokazano sposób wyznaczania lepkości dla stałej szybkości ścinania z krzywych płynięcia cieczy magnetycznej dla różnych wartości pola magnetycznego. Na rysunku 8 pokazano zależność lepkość indukcja magnetyczna. Rys. 7 Wyznaczanie lepkości dla stałej szybkości ścinania z krzywych płynięcia cieczy magnetycznej uzyskanych przy różnych wartościach pola magnetycznego, wybrana szybkość ścinania 500 1/s Strona 6 z 7

7 Rys. 8 Zależności lepkości η od indukcji magnetycznej dla szybkości ścinania =500 1/s 6. Literatura [1] Thomas G. Mezger, The Rheology Handbook: For Users Of Rotational And Oscillatory Rheometers, [2] Katalog firmy Anton Paar Strona 7 z 7