150373 (594538), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Параметры аппроксимации (2) экспериментальной зависимости относительной (по отношению к градиенту давления p) средней скорости <vэ> /p = f(p) течения масла МРХ-30 от градиента давления p в щелевых зазорах вискозиметра трех фиксированных толщин D. Т = 294 К.
| Толщина зазора D, мкм | Параметры аппроксимации | ||
| u,10–9, м2/Пас | u0 10–9, м2/Пас | p 105, Па/м | |
| 39,7 | 13,4 | 4,41 | 1,81 |
| 35 | 10,4 | 3,74 | 2,02 |
| 31 | 8,3 | 3,24 | 4,04 |
Из рис.4 видно, что в области малых градиентов давления p < 0,5 МПа/м величина отношения
1.2.3 Обсуждение результатов и модель «жесткого, срезаемого» пристенного слоя.
Наблюдаемый характер зависимости
Поэтому для расчета параметров слоя рассмотрим его простейшую реологическую модель: на поверхностях обеих пластин, ограничивающих зазор, существует неподвижный (гидродинамически «жесткий») слой, периферийная часть которого “срезается” течением (рис.3). При постепенном увеличении скорости течения (за счет повышения перепада давления P) толщина пристенного слоя убывает вплоть до нуля.
В такой модели, в соответствии с (1), рассматриваемая величина отношения
, (3)
что позволяет по полученным экспериментальным зависимостям
Рассчитанные таким образом значения толщины ds «жесткого, срезаемого» слоя в зависимости от средней линейной скорости
. (4)
Здесь d0s (мкм) – толщина пристенного слоя при отсутствии течения, (
Рис.5. Зависимость толщины пристенного слоя ds масла МРХ-30 (Т = 394 К) на стальной подложке в модели «жесткого, срезаемого течением слоя» от средней (по сечению) линейной скорости течения жидкости
Таблица.2
| Параметры МОДели | Толщина зазора D, мкм | ||
| 39,7 | 35,0 | 31,0 | |
| d0s, мкм | 3.4 | 3.2 | 3.1 |
| v0, мм/с | 2.2 | 1.9 | 2.6 |
Реологические характеристики пристенного слоя масла МРХ-30 (Т = 294 К) на поверхности стали в модели гидродинамически «жесткого, срезаемого слоя»
Как следует из рис.5 и табл.2, при отсутствии течения пристенный слой масла МРХ-30 на стальной подложке имеет толщину d0s 3 мкм. «Прочность» слоя на «срезание» сравнительно невелика – уже при скоростях течения
Расхождение с результатами таких измерений по толщине d0s можно объяснить несовершенством модели слоя, принятой для расчетов этого его параметра. В частности, не в пользу модели гидродинамически неподвижного слоя, о его «не жесткости» свидетельствует то, что даже при наименьших зазорах в наших измерениях не было отмечено предельного напряжения сдвига.
По-видимому, модель ЭЖК слоя, участвующего в течении жидкости, более адекватно может описать его реологические свойства. Для развития такой модели представляется необходимым одновременно с вискозиметрическим опытом проведение независимого измерения (оптическими или иными способами) структурных характеристик (толщины, однородности и др.) ЭЖК слоя прослойки при ее течении.
2 Исследование особенности граничного трения ротационным вискозиметром
В настоящей работе в исследованиях был использован разработанный и сконструированный в лаборатории эпитропных жидких кристаллов Одесского Национального Университета ротационный вискозиметр, предназначенный для исследования Куэтовского течения в тонких (5 50 мкм) однородных и неоднородных (с приповерхностными структурированными слоями) жидких прослойках.
Для прямых измерений вязкости тонких прослоек смазочных жидкостей между стальными подложками в приборе применялась в качестве рабочей цилиндрической пары вискозиметра стандартный узел топливной аппаратуры - распылитель форсунки, что позволило исследовать вязкость прослоек масла и топлива толщиной до 6 мкм. Схема установки представлена на рис.1. Измерения на приборе проводились методом задания постоянной скорости (от 3 до 200 об/мин) вращения наружного цилиндра - корпуса форсунки (Rн ~ 310-3 м). Набор штоков форсунки - сменных внутренних цилиндров различных диаметров позволял изменять толщину прослойки жидкости до 20 мкм. Пределы измерения коэффициента вязкости составляли = 510-3 1 Пасек, изменения скорости деформации - = 50 4103 с-1. Измерителем крутящего момента в вискозиметре является бифилярный подвес 5 (рис.1) с регулируемой чувствительностью. Вращение наружного цилиндра в точно обработанной цилиндрической поверхности корпуса 10, играющего роль подшипника скольжения, обеспечивается реверсивным асинхронным двигателем 3 с редуктором и ременными передачами. Соосность цилиндрической пары и натяжение подвеса обеспечивается системой грузов (калиброванных по массе дисков), располагаемых на цанговом держателе внутреннего цилиндра - штока форсунки. Число устанавливаемых дисков определяет чувствительность бифилярного подвеса к крутящему моменту трения. Прецизионная регулировка чувствительности измерителя крутящего момента обеспечивается изменением длины нитей подвеса. Поверхности деталей, входящие в контакт с исследуемой жидкостью, перед сборкой вискозиметра очищались от механических и органических загрязнений путем промывки растворителями (бензин высокой очистки и эфир) и просушивались. Исследуемые жидкости отстаивались и фильтровались. После заполнения вискозиметра исследуемой жидкостью при различных фиксированных угловых скоростях вращения внешнего цилиндра (в диапазоне = 102 104 рад/с) проводились измерения угла поворота внутреннего цилиндра. Разброс отсчетов угла в пределах серии измерений был ~ 1%, однако, воспроизводимость последовательных серий достигала 10%, что связано, по-видимому, с возможным попаданием в зазор отдельных частиц твердых примесей. Режимы течения во всех проведенных опытах были ламинарными (Re<<1). «Объемная» вязкость исследовавшихся жидкостей измерялась стандартными капиллярными вискозиметрами. 
Рис.1.Схема ротационного вискозиметра.
Исследование было посвящено исследованию масла САЕ 30. Масло отработало 950 часов в циркуляционной системе двигателя 64А25/34. Масло было исследовано и установлено, что на стальной поверхности образуется сравнительно толстый ЭЖК слой. Результаты измерения вязкости приведены на Рис.2. На последнем этапе исследований в масло был введён 1 % алиинновой кислоты, результаты измерения вязкости приведены Рис.4.Толщина слоя между цилиндрами составляла D=13.1мкм.
Рис.2. Зависимость вязкости от средней скорости течения масла: САЕ-30 между цилиндрами в ротационном вискозиметре.
На рис 2 мы наблюдаем ,что вязкость препарата падает со скоростью и примерно при величине скорости 5 мм/с становится равной вязкости изотропной жидкости, что свидетельствует о структурированности приповерхностного слоя.
По аналогии с приведенной теоретической моделью обработки данных в работе с капиллярным вискозиметром.
Была рассмотрена простейшая гидродинамическая модель "жесткого срезаемого слоя".
Т.е вязкость приграничного слоя равна бесконечности и эти слои срезаются.
Введем 51=2, 54=1, 53= r
Модель:
В полярных координатах:
х = r cos ω t y = r sin ω t
ω = v / r
Найдем компоненты скорости
Vx = -r ω sin ω t =- ω y
Vy = r ω cos ω t = ω x
Напряжение сдвига
Sxy=η
, подставим
для у=0
найдем момент сил
Получим для момента
-толщина приповерхностного слоя.
Используя эту модель можем построить графики зависимость толщины приповерхностного слоя от скорости течения масла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
