Вискозиметър с вертикална падаща топка

Могат да се използват много методи за измерване на вискозитета на течност. Тези явления обикновено се основават на едно от трите явления - движеща се повърхност в контакт с течността, обект, движещ се през течността и течността, протичаща през резистивен компонент. Тези явления използват трите основни вискозиметри в индустрията, а именно вискозиметри с ротационна и падаща топка и капилярни вискозиметри. Вискозиметрите с падаща топка обикновено се използват за измерване на вискозитета на нютонови течности и газове. Този метод прилага законите на Нютон за движение при силово равновесие, когато падащата топка достигне крайната си скорост. Според законите на Нютон за движение на падаща топка има плаваемост, гравитация и съпротивление и тези три сили стигат до обща сила нула. Силата на съпротивление може да се получи от закона на Стокс, който е валиден за числа на Рейнолдс, по-малки от 1.

Вискозиметрите с падаща топка са много подходящи за измерване на вискозитета на течности и методът е описан в международните стандарти. В международния стандарт G методът се различава от принципите, описани в Ref. Тези стандарти описват метод с наклонена тръба, при който тръбата за падаща топка е наклонена на 10 градуса от вертикалата. В допълнение, за различни диапазони на измерване на динамичния вискозитет се използват шест топки с различни диаметри и подходящата топка може да бъде избрана, когато времето на падане на топката не е по-малко от минималното време на падане, регистрирано по време на теста. Търкалящото се и плъзгащо се движение на топката през течността на пробата понякога се намира в наклонена цилиндрична измервателна тръба. Вискозитетът на пробата е свързан с времето, необходимо на топката да падне на определено разстояние, а резултатите от теста се дават като динамичен вискозитет.

Въпреки че методът на падащата топка е добре установен и описан в международните стандарти, работата с този тип вискозиметър е донякъде неудобна. Например, един вискозиметър изисква шест топки с различни диаметри за измерване на различни диапазони на вискозитет и потребителят трябва да проведе тестове, за да избере подходящите топки. Освен това е трудно да се определи къде падащата топка достига крайната си скорост, т.е. дали разстоянието между началната записваща линия и първоначалната позиция на падане е достатъчно. В допълнение, наклонената тръба на вискозиметъра е 10 градуса от вертикалата; следователно топката, която удари земята, не само пада, но и се търкаля. Това явление е различно от условията за получаване на метода на падащата топка. Следователно, целта на това изследване е да се разработи нов метод, базиран на традиционния метод на падаща топка, докато се извеждат динамичните уравнения, описващи поведението на падащите топки във вертикални тръби. Тъй като този тип вискозиметър е перпендикулярен на земята, той се нарича тук вискозиметър с вертикално падаща топка.