Viscozimetru cu bile în cădere verticală

Multe metode pot fi utilizate pentru a măsura vâscozitatea unui fluid. Aceste fenomene se bazează de obicei pe unul dintre cele trei fenomene - o suprafață în mișcare în contact cu fluidul, un obiect care se deplasează prin fluid și fluidul care curge printr-o componentă rezistivă. Aceste fenomene utilizează cele trei principale vâscozimetre din industrie, și anume vâscozimetre cu bile rotative și în cădere și vâscozimetre capilare. Vâscozimetrele cu bile de cădere sunt utilizate în mod obișnuit pentru a măsura vâscozitatea lichidelor și gazelor newtoniene. Această metodă aplică legile mișcării lui Newton în echilibru de forță atunci când bila care cade atinge viteza sa finală. Conform legilor de mișcare ale lui Newton pentru o minge care cade, există flotabilitate, gravitație și rezistență, iar aceste trei forțe ajung la o forță netă de zero. Forța de tracțiune poate fi obținută din legea lui Stokes, care este valabilă pentru numerele Reynolds mai mici de 1.

Vâscozimetrele cu bile care căde sunt potrivite pentru măsurarea vâscozității fluidelor, iar metoda este descrisă în standardele internaționale. În standardul internațional G, metoda diferă de principiile descrise în Ref. Aceste standarde descriu o metodă cu tub înclinat în care tubul cu bile de picătură este înclinat cu 10 grade față de verticală. În plus, pentru diferite intervale de măsurare dinamică a vâscozității, se folosesc șase bile cu diametre diferite, iar bila corespunzătoare poate fi selectată atunci când timpul de cădere al bilei nu este mai mic decât timpul minim de cădere înregistrat în timpul testului. Mișcarea de rulare și alunecare a mingii prin lichidul de probă este uneori localizată într-un tub de măsurare cilindric înclinat. Vâscozitatea probei este legată de timpul necesar pentru ca mingea să cadă pe o anumită distanță, iar rezultatele testului sunt date ca vâscozitate dinamică.

Deși metoda bilei care căde este bine stabilită și descrisă în standardele internaționale, operarea acestui tip de viscozimetru este oarecum incomod. De exemplu, un viscozimetru necesită șase bile de diametre diferite pentru a măsura diferite intervale de vâscozitate, iar utilizatorul trebuie să efectueze teste pentru a selecta bilele adecvate. Mai mult, este dificil de determinat unde bila care cade atinge viteza sa finală, adică dacă distanța dintre linia de înregistrare de pornire și poziția inițială de cădere este suficientă. În plus, vâscozimetrul cu tub înclinat este la 10 grade față de verticală; de aceea mingea care lovește pământul nu numai că cade, ci și rostogolește. Acest fenomen este diferit de condițiile de derivare ale metodei mingii în cădere. Prin urmare, scopul acestui studiu este de a dezvolta o nouă metodă bazată pe metoda tradițională a bilei în cădere, în timp ce derivă ecuațiile dinamice care descriu comportamentul bilelor în cădere în tuburile verticale. Deoarece acest tip de vâscozimetru este perpendicular pe sol, acesta este denumit aici vâscozimetru cu bilă verticală.