粘度是度量流體粘滯性大小的物理量,粘度的測(cè)量在許多領(lǐng)域都有著重要的作用。不同領(lǐng)域適用不同的粘度測(cè)量方法和儀器,選擇合適的粘度測(cè)量方法和儀器對(duì)科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。旋轉(zhuǎn)法、毛細(xì)管法、落體法和振動(dòng)法是幾種常見的粘度測(cè)量方法,它們
的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍和改進(jìn)方向都有所不同,而現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)是基于新技術(shù)的非接觸式測(cè)量方法。
液體和固體的重要區(qū)別之一是液體具有流動(dòng)性,給它很小的力就可以使其變形。以河流為例,可以發(fā)現(xiàn)河中心流速最快,越靠近岸邊流速越慢,這是因?yàn)榱黧w有抵抗變形的性質(zhì),也就是粘滯性,而粘度就是度量流體粘滯性大小的物理量。
如果在垂直于流速的方向上取一段無限小的距離dx,流速由v變?yōu)関+dv,則比值dv/dx表示在垂直于流速方向單位距離流速的增量,即剪切速率γ(或流速梯度)。因?yàn)閮?nèi)聚力的存在,流速不同的流層之間會(huì)有相互作用(剪切力),將單位面積上的剪切力稱作剪切應(yīng)力τ。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律,可以得到τ=μγ,式中的μ即粘度,它在數(shù)值上等于剪切應(yīng)力與剪切速率的比值,物理意義為產(chǎn)生單位剪切速率所需要的剪切應(yīng)力。
水、醋類、油類等流體的粘度不受剪切速率變化的影響,被稱之為牛頓流體。但有些流體的粘度會(huì)隨剪切速率的變化而變化,它們被稱為非牛頓流體,典型的非牛頓流體包括紙漿、油漆、血液、高聚物溶液等。非牛頓流體還可細(xì)分為塑性流體、假塑性流體、膨脹流體等幾類。
粘度是表征流體性質(zhì)的一項(xiàng)重要參數(shù),在石油、化工、醫(yī)學(xué)、輕工、食品、建材、冶金、航天等領(lǐng)域都需要精確地測(cè)量流體的粘度,以達(dá)到控制生產(chǎn)流程、保證安全生產(chǎn)、控制與評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量、協(xié)助醫(yī)學(xué)診斷及科學(xué)研究等目的。粘度的測(cè)量是研究和應(yīng)用各種流體的必要手段。如在石油化工領(lǐng)域,準(zhǔn)確測(cè)定石油的粘度,有助于選擇合適的泵送和煉油參數(shù),從而提高其產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量;在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,因為人體血液粘度異常會(huì)導(dǎo)致微循環(huán)和組織的新陳代謝出現(xiàn)障礙,因而血液粘度的準(zhǔn)確測(cè)量將有助于病情的及時(shí)診斷和疾病的有效預(yù)防;在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,粘度的測(cè)定也占有非常重要的地位,如研究膠體稀溶液的粘度可以幫助了解質(zhì)點(diǎn)的大小與形狀、質(zhì)點(diǎn)與介質(zhì)間的相互作用等。
由于粘度被定義為剪切應(yīng)力與剪切速率的比值,故而測(cè)量粘度的思路有兩種,其一是通過上海昌吉NDJ-8S旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量,其二是固定剪切速率測(cè)剪切應(yīng)力。目前測(cè)量粘度的方法有許多,相應(yīng)的儀器更是數(shù)不勝數(shù),其中應(yīng)用最廣泛的主要有旋轉(zhuǎn)法、毛細(xì)管法、落體法以及振動(dòng)法等幾種。這四種方法中,毛細(xì)管法和落體法采用了第一種思路,旋轉(zhuǎn)法和振動(dòng)法則采用了第二種思路。下面介紹這幾種方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍以及應(yīng)用情況。