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비 뉴턴 유체 점도 이해하기

인라인 점도계 SRV를 사용한 비 뉴턴 유체 점도 측정

대부분은 아니지만 많은 유체가 비 뉴턴 운동을 나타냅니다. 유체의 측정 점도가 측정이 수행되는 전단 속도에 의존 할 때 유체는 비 뉴턴 유체라고합니다.

1. 비 뉴턴 유체에 대한 간략한 소개

점도는 유체가 균일하게 전단 될 때 전단 응력 대 전단 속도의 비율로 정의됩니다 (그림 1에 개략적으로 표시됨).

그림 1 – 두 개의 평행 판 사이에서 전단되는 뉴턴 유체

그림 1 : 두 평행 판 사이에 전단되는 뉴턴 유체

항력 (전단 응력)이 하판의 속도 (전단 속도)에 비례 할 때 유체를 뉴턴식이라고합니다. 점도는 항력과 속도의 비율에 비례합니다. 따라서 점도는 전단 속도에 의존하지 않습니다. 전단 응력에 따라 전단 응력이 증가합니다. 전단 응력 대 전단 속도의 비율이 클수록 점도가 높아집니다 (아래 그림 2의 두 직선).

그림 2 – 뉴턴 및 전단 희석 유체의 거동

그림 2 : 뉴턴 및 전단 박화 유체의 거동

뉴턴 및 비 ​​뉴턴 유체

 뉴턴 유체, 유체에 가하는 힘을 변경해도 점도는 변하지 않습니다. 가해진 힘이 변함에 따라 점도는 일정하게 유지됩니다. 안에 뉴턴 유체 전단 응력과 전단 속도의 관계는 선형이며, 원점을 통과하며 비례 상수는 점도 계수입니다.

비 뉴턴 유체는 유체에 가해지는 힘의 양에 따라 변하는 점도를 갖는다. 가해진 힘이 변함에 따라 점도가 변한다. 안에 비 뉴턴 유체 전단 응력과 전단 속도 사이의 관계는 다르며 시간 의존적 일 수도 있습니다 (시간 종속 점도). 비 뉴턴 유체에 대해 일정한 점도 계수는 뉴턴 유체에 대해 가능한 한 정의 할 수 없습니다.

비 뉴턴 유체의 경우, 유체의 전단 특성을 특성화하기 위해 유체 역학에서 일반적으로 사용되는 점도 개념은 적절하지 않습니다. 대신, 다양한 장치 또는 레오 미터를 사용하여 측정되는 다양한 유량 조건 하에서 응력 및 변형률 텐서와 관련된 다른 유변학 적 특성을 통해 가장 잘 연구됩니다.

참조 – https://www.wikilectures.eu/w/Non-Newtonian_fluid (이미지 – 크리에이티브 커먼즈 라이선스)

많은 유체에 공통적 인 비 뉴턴 운동의 한 종류는 점도계의 전단 속도가 올라감에 따라 측정 된 점도가 감소한다는 것입니다. 이것을 전단 박화 거동이라고합니다. 전단 박화 액체의 전단 응력 대 전단 속도의 비는 높게 시작하지만 전단 속도가 증가함에 따라 작아진다. 상기도 2에서, 전단 박화 액체의 전단 응력 대 전단 속도의 곡선은 고점도 유체와 평행하게 시작하여 저점도 유체와 평행하게 감긴 다. 전단 속도가 빠를수록 유체가 얇아집니다.

대부분의 유체는 전단 응력과 전단 속도 사이에 비선형 관계를 나타냅니다. 이는 측정 된 점도가 측정에 사용 된 점도계의 유형에 의존한다는 것을 의미합니다. SRV는 대부분의 회전식, 모세관 및 유출 컵 점도계보다 전단 속도가 훨씬 높습니다. 따라서 SRV는 종종 실험실 회전기구와 실질적으로 다른 점도를 나타냅니다.

다음 단락에서는 일반적인 전단 박화 유체의 측정 값과 Rheonics SRV를 사용한 인라인 측정의 의미에 대해 설명합니다.

2. 전단 박화 물질의 점도 측정

샴푸, 식기 세척액 및 섬유 유연제와 같은 농축 세제 용액은 일반적으로 전단-박화 거동을 나타냅니다. Brookfield DV와 같은 회전 점도계를 사용하여 점도를 측정하면 스핀들 회전 속도가 증가함에 따라 표시된 점도가 감소합니다. 다음 차트 (그림 3)는 이러한 전단 박화 거동을 보여줍니다.

Brookfield 회전식 점도계
그림 3 – 표시된 점도 대 점도계 스핀들 속도

그림 3 (a) 일반적인 회전 점도계 – Brookfield DV3 (b) 회전 점도계에서 직물 연화를위한 표시된 점도 vs. 점도계 스핀들 속도

전단 속도는 대부분의 점도계에 대해 잘 정의되어 있지 않지만 Rheonics SRV와 같은 진동 점도계의 전단 속도는 일반적인 Brookfield, Fann 또는 기타 회전 점도계보다 XNUMX 배 이상 높은 것으로 나타났습니다. . 이는 SRV가 전단 속도 곡선의 전단 전단에서 작동 함을 의미합니다. 그것이 나타내는 점도는 대부분의 다른 비 진동 점도 측정 공정보다 현저히 낮습니다.

Rheonics SRV 점도계로 측정 할 때, 섬유 유연제는 표시된 점도가 9.7 cPs입니다. 훨씬 낮은 값은 스핀들 속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 그림 1과 같은 현상으로 추적 할 수 있습니다. 재료는 전단 박화이며 SRV의 전단 속도는 일반적인 회전 점도계에서 얻을 수있는 것보다 약 XNUMX 배 높습니다. 따라서, 엄격하게 뉴턴 식 즉, 전단 속도 독립적 유체를 제외하고 SRV와 회전식 점도계간에 수치 적으로 일치하는 것은 불가능합니다.

이는 유체가 전단력에 크게 의존하는 응용 분야에서 무엇을 의미합니까? 이는 SRV의 용도에 따라 다릅니다.

그림 1. 인라인 점도계(왼쪽) 및 인라인 애플리케이션용 플로우라인 어댑터에 설치됨.

그림 4. 인라인 점도계 (왼쪽) 및 인라인 어플리케이션을위한 흐름 선 어댑터에 설치

인라인 점도계의 일반적인 용도 중 하나는 점도가 일정하게 유지되는지 확인하기 위해 제품의 점도를 모니터링하는 것입니다. 그런 다음 작업자가 점도를 지정된 범위 내로 유지하도록 공정 매개 변수를 조정할 수 있습니다. 이 경우, Rheonics SRV 측정 값이 정의 된 전단 조건을 가진 실험실 측정 값과 상관 될 수있는 변환 공식을 도출 할 수 있습니다.

대안 적으로, Rheonics SRV는 제품 점도를 특정 한계 내로 유지하기 위해 하나 이상의 공정 파라미터를 자동으로 조정하기 위해 제어 루프에서 센서로 사용될 수 있습니다. 일반적인 응용 분야는 플 렉소 인쇄 또는 윤전 그라비어 인쇄기에 있으며 Rheonics SRV는 인쇄 잉크의 점도를 일정하게 유지하는 데 사용됩니다.

두 경우 모두 비누 및 계면 활성제 함유 제품과 같이 비 뉴턴 유체가 모니터링되거나 제어되는 경우 SRV는 센서를지나 흐르는 유체에서 작동해야합니다. 단순히 제품의 비이커에 담긴 경우 재현 가능한 판독 값을 제공하지 않습니다. 흐르는 제품이 포함 된 라인에서 사용하면 제품 점도의 변화에 ​​대해 명확하고 재현 가능한 반응을 제공합니다.

모니터링 장비

제품의 점도를 모니터링하여 점도가 일정하게 유지되는지 확인하십시오.

공정 제어

제어 루프에서 센서를 사용하여 제품 점도를 지정된 한계 내로 유지하기 위해 하나 이상의 공정 매개 변수를 자동으로 조정할 수 있습니다.

원료 확인

들어오는 원자재에 대한 품질 점검을 수행합니다.

최종 제품 확인

확립 된 표준으로 최종 제품의 품질을 완벽하게 준수합니다.

알림: 흐름 체계 (일관성)는 비 뉴턴 공정 유체에서 안정적이고 정확한 모니터링을 얻는 데 중요합니다. 센서 전체에 유체를 흐르게하고 모든 측정 중에 유사한 유체 속도와 단면을 가짐으로써 일관된 흐름 체제를 보장합니다.

3. 비 뉴턴 유체를 사용한 측정에 Rheonics SRV의 적용 가능성을 테스트하기위한 권장 사항

특정 인라인 측정을 위해 Rheonics SRV를 평가할 때는 실제 공정 조건에서 SRV를 작동해야합니다. SRV는 제품이 흐르는 공정 라인에 배치해야하며 공정 라인 작동 중에 점도와 온도가 기록되어야합니다.

정적 측정을 기반으로 SRV를 평가하지 않아야합니다. 고정식 유체의 비이커에 SRV를 넣는 것은 일반적으로 실제 공정 라인에서 수행 한 측정과 해당 공정의 일반적인 유량으로 측정 한 것과 일치하지 않는 측정을 제공하지 않습니다.

Rheonics SRV가 유용한 측정을 제공하는지 확실하지 않은 응용 분야의 경우 Rheonics에 문의하여 응용 분야의 SRV 센서 중 하나를 시험해보십시오.

Sensor_Pipe_mounting

그림 5. 파이프에 SRV 및 SRD 설치

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