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1、第23卷第3期 南 京 化 工 大 学 学 报 Vol.23No.32001年5月 JOURNALOFNANJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGYMay2001非牛顿流体幂指式流变模型的实验验证X袁祖强,刘建华(南京化工大学机械工程学院,江苏南京210009)#摘 要:用30机械油加聚异丁烯高分子添加剂构成非牛顿流体,选用幂指式流变模型作为这种流体的本构方程。n并在改进的MPV21500试验机上进行了这种非牛顿流体的流变性能试验。对于试验数据用幂指式(τ=mγÛ)模型进行线性回归。8组数据处理得到的最小相关系数
2、Rh=0.9963,在0.01信度下是高度显著的。充分证明幂指式流变模型完全符合这种流体的本构方程。从而为这种非牛顿流体在摩擦学中的应用提供了理论分析基础。关键词:非牛顿流体;本构方程;线性回归中图分类号:TH11712文献标识码:A 文献编号:1007—7537(2001)03—0060—03# 众所周知,非牛顿流体是剪切力与切变速率不第三组:30+5%添加剂#成线性关系的流体,例如,油脂、血液、加添加剂的润第四组:30+7%添加剂滑油等。基础油加高分子添加剂是非牛顿流体。描述这[1～5]种流体的流变模型很多。n#本文选用幂指式(τ=mγÛ)作为30基础油加入聚异丁烯高
3、分子添加剂润滑油的流变模型在改进的试验机上进行了流变性能的实验。分析表明幂指式流变模型完全符合这种流体的本构方程。1 非牛顿流体的组成图1HV21900高分子添加剂粘2温特性我们用聚异丁烯作为高分子添加剂。添加剂的Fig.1Theviscosity2temperaturefeatureofHV21900highmoleculeweightpolymeradditives型号为HV21900,日产。其粘度2温度特性示于图1。 将上述油品在不同温度(40℃,60℃)下进行了其它性能参数如下:流变学性能试验。平均相对分子质量:2350;运动粘度(98℃):24050(mm/s);
4、4℃下比重0.912g/mL;流点温度:25℃2 流变性能试验分子结构:CH3CH3CH3CH3用一般的粘度计进行流变性能试验时,由于粘CH3CCH2CCCH2CCH2度计转速太低(即切变速率太小),所以,流体的非牛CH3CH3CH3顿性能不能显示出来。为了获得较高的切变速率,#我们用上述性能的添加剂按不同质量比例加入30有效地进行非牛顿流体的流变性能试验,我们改装基础油构成4组油品。了国产的MPV21500试验机。#第一组:30+1%(体积分数,下同)添加剂改装后的MPV21500试验机工作原理图示于图2。#第二组:30+3%添加剂X收稿日期:2000209210作者简介:
5、袁祖强(19582),男,上海人,硕士,讲师,主要研究方向为机械设计及自动化。©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第3期 袁祖强等:非牛顿流体幂指式流变模型的实验验证 61行回归。为了回归简易,先对函数两边取对数:lnτ=lnm+nlnγÛ(2)令τ′=lnτ,m′=lnm,γÛ′=lnγÛ这样式(1)可写成τ′=m′+nγÛ′(3)我们对上述4种油品在不同温度下(40、60℃)进行流变性能试验。然后利用式(2)对试验数据进行线性回归,
6、可得线性相关系数Rh。8组数据处理得到的最小相关系数Rh=0.9963。图2 改装后的MPV21500试验机工作原理图Fig.2TheprinciplechartofmodifiedMPV21500testmachine对于给定的1%信度,在自由度为10条件下,试验装置的剪切速率计算公式如下:查相关系数检验表,得γÛ=πRbN/(30C′)(1)Rh0.01(10)=0.708式中C′=(Rc-Rb)为半径间隙;Rc为轴承半径于是,Rh=0.9963>Rh0.01(10)=0.708(mm);Rb为轴颈半径(mm);N为轴颈转速(r/min)。摩擦力可由数字电子秤读得。测试过
7、程如下:先将试验机启动,将转速升到最高运转一段时间,在这段时间里连续供油,控制温度到所需点。温度达到平衡状态后,将转速逐渐下降,间隔测出某一转速下的摩擦力矩,直到转速为零。3 试验数据的处理为了证明改装后试验机的可行性及其试验结果#的可靠性。作者对30基础油进行了流变性能的测图3 基础油流变性能#试,结果示于图3。由图中可以看出,30基础油呈Fig.3Therheologicalpropertiesofbasicoil现出良好的线性关系,这说明试验机是可行的。因此,在0101信度下是高度显著的。这说明油
