RU2740342C1 - Method of measuring viscosity of liquid and granular materials - Google Patents

Method of measuring viscosity of liquid and granular materials Download PDF

Info

Publication number
RU2740342C1
RU2740342C1 RU2019139795A RU2019139795A RU2740342C1 RU 2740342 C1 RU2740342 C1 RU 2740342C1 RU 2019139795 A RU2019139795 A RU 2019139795A RU 2019139795 A RU2019139795 A RU 2019139795A RU 2740342 C1 RU2740342 C1 RU 2740342C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
viscosity
height
radius
medium
Prior art date
Application number
RU2019139795A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ахметсалим Сабирович Галеев
Голия Ильдусовна Бикбулатова
Раис Насибович Сулейманов
Артур Мансурович Нурмухамедов
Олег Владимирович Филимонов
Сергей Леонидович Сабанов
Original Assignee
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Альметьевский государственный нефтяной институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Альметьевский государственный нефтяной институт" filed Critical Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Альметьевский государственный нефтяной институт"
Priority to RU2019139795A priority Critical patent/RU2740342C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2740342C1 publication Critical patent/RU2740342C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

FIELD: determining rheological properties of liquids and loose bodies.
SUBSTANCE: invention is intended for measurement of effective viscosity. Method of measuring viscosity of liquids and loose bodies consists of a cylindrical sealed high-pressure vessel of radius R, height H, inclined plane with height h, wherein the roughness of the cylinder and the inclined plane is much less than the radius of the cylinder, and the dynamic viscosity η is determined by rolling speed ν cylinder, half filled with analyzed medium η=((M+m)g·h−(ν2/2)·(2M+m))/(π·ν·H·h/sinα), where M and m are masses of cylinder and medium, respectively, α—angle of inclination of plane, g—acceleration of free fall of 9.81 m/s2, π=3.14.
EFFECT: technical result is fast determination of dynamic viscosity of fluids (including non-Newtonian) and effective viscosity of granular materials.
1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области определения реологических свойств жидкостей и сыпучих тел и предназначено для измерения эффективной вязкости.The present invention relates to the field of determining the rheological properties of fluids and bulk solids and is intended to measure the effective viscosity.

Известен способ определения вязкости, заключающийся в измерении времени истечения известного объема жидкости через капилляр, так называемый метод Освальда-Пинкевича, и расчета величины вязкости по соответствующей формуле [1].There is a known method for determining the viscosity, which consists in measuring the flow time of a known volume of liquid through a capillary, the so-called Oswald-Pinkevich method, and calculating the value of viscosity according to the corresponding formula [1].

Недостатками способа являются невозможность использования метода для повышенных давлений.The disadvantages of this method are the impossibility of using the method for high pressures.

Известен способ определения вязкости методом падающего шарика [2], который лишен этого недостатка и может быть использован, в том числе, и в скважинных условиях.The known method for determining the viscosity by the falling ball method [2], which is devoid of this drawback and can be used, including in downhole conditions.

Недостаток данного способа заключается в том, что он не может быть применен для непрозрачных и (или) высоковязких жидкостей.The disadvantage of this method is that it cannot be applied to opaque and (or) highly viscous liquids.

Этих недостатков лишен ротационный метод определения вязкости жидкости [3]. Однако данный способ отличается дороговизной, т.к. предполагает использование прецизионного оборудования в виде крутильных весов.The rotary method for determining the viscosity of a liquid is devoid of these disadvantages [3]. However, this method is expensive, because involves the use of precision equipment in the form of a torsion balance.

Предлагается способ и устройство для определения вязкости жидкости и эффективной вязкости сыпучих тел, состоящий из наклонной плоскости с регулируемым углом наклона α и цилиндрического герметичного сосуда высокого давления радиуса R и высоты Н (см. Фиг. 1).The proposed method and device for determining the viscosity of a liquid and effective viscosity of bulk solids, consisting of an inclined plane with an adjustable angle of inclination α and a cylindrical sealed pressure vessel of radius R and height H (see Fig. 1).

Наружная поверхность цилиндра имеет шероховатость dn1 много меньшую радиуса цилиндра RThe outer surface of the cylinder has a roughness dn 1 much smaller than the radius of the cylinder R

Figure 00000001
Figure 00000001

внутренняя поверхность имеет шероховатость dn2 много меньшую минимального размера частиц D (в случае сыпучих тел)the inner surface has a roughness dn 2 much smaller than the minimum particle size D (in the case of bulk solids)

Figure 00000002
Figure 00000002

а фобность (или фильность) внутренней поверхности (для жидкостей) определяется задачами исследования.and the phobicity (or phility) of the inner surface (for liquids) is determined by the research objectives.

Для определения вязкости необходимо в сосуд залить (засыпать) среду, вязкость которой требуется определить, объемом V, равным половине объема сосуда высотой Н:To determine the viscosity, it is necessary to pour (fill in) the medium, the viscosity of which is to be determined, into the vessel with a volume of V equal to half the volume of the vessel with a height of H:

Figure 00000003
Figure 00000003

После чего цилиндр устанавливается на наклонной плоскости так, чтобы началось его самопроизвольное скатывание.After that, the cylinder is installed on an inclined plane so that its spontaneous rolling begins.

Причем уровень жидкости (песка) должен быть горизонтальным.Moreover, the level of the liquid (sand) must be horizontal.

Толщина стенок цилиндра d много меньше его радиуса:The cylinder wall thickness d is much less than its radius:

R>>dR >> d

Тогда скорость скатывания ν, высота наклонной плоскости h, работа силы трения жидкости (среды) о стенки сосуда Аη и качения Aкачения связаны выражением:Then the speed of rolling ν, the height of the inclined plane h, the work of the force of friction of the fluid (medium) against the walls of the vessel A η and the rolling A of rolling are related by the expression:

Figure 00000004
Figure 00000004

где П, Кпост. и Квращ., соответственно, потенциальная, кинетическая поступательная и кинетическая вращательная энергии, равные:where P, Kpost. and Kvt., respectively, potential, kinetic translational and kinetic rotational energies, equal to:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

При выводе формулы (4.3) не учитывается работа силы трения на торцах цилиндра, т.к.When deriving formula (4.3), the work of the friction force at the ends of the cylinder is not taken into account, since

H≥10⋅RH≥10⋅R

Здесь: М и m - соответственно, массы цилиндра и среды, g - ускорение свободного падения 9.81 м\с2, I и ω - момент инерции цилиндра (тонкостенного) и угловая скорость, π=3.14….Here: М and m are the mass of the cylinder and the medium, respectively, g is the acceleration of gravity of 9.81 m / s 2 , I and ω are the moment of inertia of the cylinder (thin-walled) and the angular velocity, π = 3.14….

Кинетическая энергия вращения (см. ф. (4.2) получена в предположении, что среда (вязкая жидкость, песок) в системе отсчета, связанной с катящимся цилиндром, неподвижна, и соответственно, кинетическая энергия среды определяется только ее поступательным движением (см. ф. (4.1).The kinetic energy of rotation (see f. (4.2) was obtained under the assumption that the medium (viscous liquid, sand) in the frame of reference associated with the rolling cylinder is stationary, and, accordingly, the kinetic energy of the medium is determined only by its translational motion (see f. (4.1).

Работа силы трения вязкости среды о стенки сосуда Аη получена из определения касательного напряженияThe work of the friction force of the viscosity of the medium against the walls of the vessel A η is obtained from the definition of the shear stress

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Здесь для удобства обозначено: S и L - соответственно, площадь соприкосновения среды с внутренней поверхностью цилиндра и пройденный ею путь внутри цилиндра, равный пути цилиндра по наклонной поверхности.Here, for convenience, it is indicated: S and L - respectively, the area of contact of the medium with the inner surface of the cylinder and the path it traveled inside the cylinder, equal to the path of the cylinder along the inclined surface.

Формула (4.4) справедлива, т.к. по умолчанию течение вязкой жидкости внутри цилиндра имеет ламинарный характер, то есть число Рейнольдса ReFormula (4.4) is valid, because by default, the flow of a viscous fluid inside the cylinder is laminar, that is, the Reynolds number Re

Figure 00000010
Figure 00000010

Работа трения качения цилиндра на наклонной плоскости Акачения принята равной 0, исходя из условия (1).The work of rolling friction of the cylinder on an inclined rolling plane A is taken equal to 0, based on condition (1).

Из ф. (4, 4.1-4.5) следует, что динамическая вязкость жидкости (или эффективная вязкость сыпучей среды) η равна:From f. (4, 4.1-4.5) it follows that the dynamic viscosity of the liquid (or the effective viscosity of the free-flowing medium) η is equal to:

Figure 00000011
Figure 00000011

Пример:Example:

Для следующих параметров:For the following parameters:

Плотность жидкости, кг/м3 Density of liquid, kg / m 3 10001000 Радиус цилиндра, мCylinder radius, m 0,50.5 Толщина стенки цилиндра, мCylinder wall thickness, m 0,0010.001 Масса цилиндра, кгCylinder weight, kg 0,540.54 Масса жидкости, кгLiquid mass, kg 0,830.83 Высота цилиндра, мCylinder height, m 0,220.22 Высота наклонной плоскости, мInclined plane height, m 0,60.6 Скорость скатывания, м/сRolling speed, m / s 2,912.91 Угол наклона плоскости, градPlane tilt angle, degrees 6060 Вязкость жидкости, Па*сLiquid viscosity, Pa * s 0,000970.00097

Подставив данные в предложенную нами формулу, получим, что динамическая вязкость жидкости равна 9,7*10-4. Полученное значение отличается от табличного (0,001 Па*с) в пределах погрешности измерений.Substituting the data in our proposed formula, we get that the dynamic viscosity of the fluid is 9.7 * 10 -4 . The obtained value differs from the tabulated value (0.001 Pa * s) within the measurement error.

Источники:Sources:

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Учеб. пособие: Для вузов. В 5 т. 2-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ. 2002. - 784 с.1. Sivukhin D.V. General physics course. Textbook. allowance: For universities. In 5 volumes, 2nd ed., Stereo. - M .: FIZMATLIT; Publishing house of MIPT. 2002 .-- 784 p.

2. Астарита, Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей / Дж. Астарита, Дж. Маруччи; пер. с англ. - М.: Мир, 1978. - 312 с.2. Astarita, J. Fundamentals of hydromechanics of non-Newtonian fluids / J. Astarita, J. Marucci; per. from English. - M .: Mir, 1978 .-- 312 p.

3. Гиматудинов Ш.К. Физика нефтяного и газового пласта. / Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И.: Учебник для вузов. - М.: Альянс, 2016. - 316 с.3. Gimatudinov Sh.K. Physics of oil and gas reservoir. / Gimatudinov Sh.K., Shirkovsky A.I .: Textbook for universities. - M .: Alliance, 2016 .-- 316 p.

Claims (3)

Способ измерения вязкости жидкостей и сыпучих тел, состоящий из цилиндрического герметичного сосуда высокого давления радиусом R, высотой Н, наклонной плоскости высотой h, отличающийся тем, что шероховатость цилиндра и наклонной плоскости много меньше радиуса цилиндра, а динамическая вязкость η определяется по скорости скатывания ν цилиндра, наполовину заполненную исследуемой средойA method for measuring the viscosity of liquids and bulk solids, consisting of a cylindrical sealed pressure vessel with a radius R, a height H, an inclined plane with a height h, characterized in that the roughness of the cylinder and the inclined plane is much less than the radius of the cylinder, and the dynamic viscosity η is determined by the rolling speed ν of the cylinder half filled with test medium
Figure 00000012
Figure 00000012
 где М и m - соответственно, массы цилиндра и среды, α - угол наклона плоскости, g - ускорение свободного падения 9,81 м/с2, π=3,14.where M and m are the masses of the cylinder and the medium, respectively, α is the angle of inclination of the plane, g is the acceleration of gravity of 9.81 m / s 2 , π = 3.14.
RU2019139795A 2019-12-04 2019-12-04 Method of measuring viscosity of liquid and granular materials RU2740342C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139795A RU2740342C1 (en) 2019-12-04 2019-12-04 Method of measuring viscosity of liquid and granular materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139795A RU2740342C1 (en) 2019-12-04 2019-12-04 Method of measuring viscosity of liquid and granular materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740342C1 true RU2740342C1 (en) 2021-01-13

Family

ID=74183967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019139795A RU2740342C1 (en) 2019-12-04 2019-12-04 Method of measuring viscosity of liquid and granular materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740342C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU868474A1 (en) * 1980-01-29 1981-09-30 Предприятие П/Я В-8296 Device for determining dynamic viscosity of liquid and gel-like products
SU1179154A1 (en) * 1984-03-07 1985-09-15 Новочеркасский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.Серго Орджоникидзе Arrangement for testing material rheological characteristics
SU1481643A1 (en) * 1986-12-29 1989-05-23 Украинский научно-исследовательский институт огнеупоров Device for determining rheologic properties of particulate materials
SU1562773A1 (en) * 1988-03-28 1990-05-07 Предприятие П/Я Г-4126 Method of determining dynamic shear viscosity of liquids
RU2244285C2 (en) * 2002-10-18 2005-01-10 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Method of determination of kinematic viscosity of liquid

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU868474A1 (en) * 1980-01-29 1981-09-30 Предприятие П/Я В-8296 Device for determining dynamic viscosity of liquid and gel-like products
SU1179154A1 (en) * 1984-03-07 1985-09-15 Новочеркасский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.Серго Орджоникидзе Arrangement for testing material rheological characteristics
SU1481643A1 (en) * 1986-12-29 1989-05-23 Украинский научно-исследовательский институт огнеупоров Device for determining rheologic properties of particulate materials
SU1562773A1 (en) * 1988-03-28 1990-05-07 Предприятие П/Я Г-4126 Method of determining dynamic shear viscosity of liquids
RU2244285C2 (en) * 2002-10-18 2005-01-10 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Method of determination of kinematic viscosity of liquid

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheng Yield stress: a time-dependent property and how to measure it
Depalo et al. Wetting dynamics and contact angles of powders studied through capillary rise experiments
RU2471167C1 (en) Rheometre for thick materials
US9176040B2 (en) Apparatus and method for measuring fluid viscosity
US3520179A (en) Variable head rheometer for measuring non-newtonian fluids
Maillard et al. Solid-solid transition in landau-levich flow with soft-jammed systems
Carew et al. A physically based correlation for the effects of power law rheology and inclination on slug bubble rise velocity
CN113758832B (en) Device and method for measuring rheological parameters of asphalt slurry
RU2740342C1 (en) Method of measuring viscosity of liquid and granular materials
Zenit et al. Mechanics of immersed particle collisions
Xu et al. Lubrication effects on the flow of wet granular materials
Larsen et al. Elasticity of dilatant particle suspensions during flow
Tsvetkov et al. Dynamic processes in hydrostatic leveling systems with various configuration and fluid properties
Braun et al. Problems of cross-viscosity
Ouattara et al. Influence of the inclination of a plate on forces generated in flows of Newtonian and yield stress fluids
Dong et al. An experimental study of mobilization and creeping flow of oil slugs in a water-filled capillary
Yang et al. The influences of “gas” viscosity on water entry of hydrophobic spheres
Ter-Martirosyan et al. Rheological properties of sandy soils
Akor Liquid holdup in vertical air/water multiphase flow with surfactant
Ter-Martirosyan et al. Rheological models creation on the results triaxial tests of sands
Blake Experimental Characterization and Modeling of Wettability in Two Phase Oil/Water Flow in the Annular Flume Apparatus
Tsvetkov et al. Mathematical model and numerical analysis of the dynamic characteristics of a hydrostatic leveling system with a tank
Gopalkrishnana et al. Modeling time-dependent forces on liquid bridge interactions between dissimilar particles
Le et al. Centrifugal effects on coaxial cylinders concrete tribometer
Ataki et al. Experimental Study of Rivulet Liquid Flow on an Inclined Plate