Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu:

Współczesne Materiały Inżynierskie

Temat ćwiczenia

Badanie właściwości reologicznych cieczy magnetycznych

Prowadzący:dr inż. Marcin Szczęch

Wykonawcy 1……………2……………

Kraków, kwiecień 2013

Strona 1 z 7

1. Podstawowe modele reologiczne cieczy

Rys. 1 Krzywe płynięcia cieczy a) zależność lepkości η od szybkości ścinania γ̇ b) zależność naprężenia stycznego τ od szybkości ścinania γ̇, 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 (grubość każdej warstwy cieczy jest stała (dh=const)). Wynika z tego, że prędkość ścinania ma stałą wartość między dwoma warstwami cieczy.

Strona 2 z 7

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 poprzez parametr lepkości dynamicznej η.

η= τγ̇[Pa·s=N·s/m2]- lepkość dynamiczna

υ=ηρ[m

2

s]- 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

3. Budowa reometru MCR 301

Rys. 4 Widok reometru MCR 301 [2]

Rys.5 Budowa głowicy reometru MCR 301

Strona 4 z 7

4. Przebieg pomiaru lepkości cieczy magnetycznych

Ćwiczenie obejmuje wykonanie pomiarów lepkości η w zależności od szybkości ścinania γ̇dla 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 γ̇dla ferrocieczy FLS 040.040 przedstawiono na rysunku 5.

Rys. 6 Krzywe płynięcia (zależność lepkości η od szybkości ścinania γ̇) cieczy ferromagnetycznej FLS 040.040 dla wybranych wartości pola magnetycznego.

Dane pomiarowe

Rodzaj pomiaru: płytka-płytkaPromień płytki R: 10 mmWysokość szczeliny h: 0,5 mmIlość cieczy na jeden pomiar: 0,175 mlRodzaj badanych cieczy: -ferrociecz BM-30 Batch 257-magnetoreologiczna MFR-122EGZakres szybkości ścinania: 5-1000 1/sZakres indukcji magnetycznej: 0-1 T

Strona 5 z 7

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 γ̇. Szybkość ścinania dla każdej grupy podana jest w arkuszu kalkulacyjnym - Dane pomiarowe.xlsxSposób 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 γ̇=¿500 1/s

Strona 6 z 7

Rys. 8 Zależności lepkości η od indukcji magnetycznej dla szybkości ścinania γ̇ =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