Verticale vallende kogelviscositeitsmeter

Er kunnen veel methoden worden gebruikt om de viscositeit van een vloeistof te meten. Deze verschijnselen zijn meestal gebaseerd op een van de volgende drie verschijnselen: een bewegend oppervlak dat in contact is met de vloeistof, een object dat door de vloeistof beweegt en de vloeistof die door een weerstandscomponent stroomt. Deze verschijnselen maken gebruik van de drie belangrijkste viscometers in de industrie, namelijk roterende en vallende kogelviscometers en capillaire viscometers. Viscositeitsmeters met vallende kogels worden vaak gebruikt om de viscositeit van Newtoniaanse vloeistoffen en gassen te meten. Deze methode past de bewegingswetten van Newton toe onder krachtevenwicht wanneer de vallende bal zijn eindsnelheid bereikt. Volgens de bewegingswetten van Newton voor een vallende bal zijn er drijfvermogen, zwaartekracht en weerstand, en deze drie krachten komen uit op een netto kracht van nul. De sleepkracht kan worden verkregen uit de wet van Stokes, die geldt voor Reynoldsgetallen kleiner dan 1.

Viscositeitsmeters met vallende kogels zijn zeer geschikt voor het meten van de viscositeit van vloeistoffen, en de methode wordt beschreven in internationale normen. In de internationale G-standaard verschilt de methode van de principes beschreven in Ref. Deze normen beschrijven een hellende buismethode waarbij de valkogelbuis een hoek van 10 graden ten opzichte van de verticaal maakt. Bovendien worden voor verschillende dynamische viscositeitsmeetbereiken zes ballen met verschillende diameters gebruikt, en de juiste bal kan worden geselecteerd wanneer de valtijd van de bal niet minder is dan de minimale valtijd die tijdens de test is geregistreerd. De rollende en glijdende beweging van de kogel door de monstervloeistof vindt soms plaats in een schuine cilindrische meetbuis. De viscositeit van het monster houdt verband met de tijd die de bal nodig heeft om over een bepaalde afstand te vallen, en de testresultaten worden gegeven als dynamische viscositeit.

Hoewel de vallende kogelmethode goed ingeburgerd is en beschreven wordt in internationale normen, is het gebruik van dit type viscometer enigszins lastig. Een viscometer heeft bijvoorbeeld zes kogels met verschillende diameters nodig om verschillende viscositeitsbereiken te meten, en de gebruiker moet tests uitvoeren om de juiste kogels te selecteren. Bovendien is het moeilijk om te bepalen waar de vallende bal zijn eindsnelheid bereikt, dat wil zeggen of de afstand tussen de startregistratielijn en de initiële valpositie voldoende is. Bovendien bevindt de viscositeitsmeter met schuine buis zich 10 graden ten opzichte van de verticaal; daarom valt de bal die de grond raakt niet alleen, maar rolt hij ook. Dit fenomeen verschilt van de afleidingsvoorwaarden van de vallende balmethode. Daarom is het doel van deze studie om een ​​nieuwe methode te ontwikkelen, gebaseerd op de traditionele vallende balmethode, terwijl dynamische vergelijkingen worden afgeleid die het gedrag van vallende ballen in verticale buizen beschrijven. Omdat dit type viscometer loodrecht op de grond staat, wordt hij hier een verticaal vallende kogelviscosimeter genoemd.