Metody pomiaru reologicznych właściwości cieczy

Temat: Metody pomiaru reologicznych właściwości cieczy
(testy statyczne i dynamiczne, techniki pomiarowe).
Reometry i metody pomiarowe
Wybór reometru dla wykonania określonego zadania jest sprawą o dużym znaczeniu. Nazwa ?reometr" wskazuje, że wymagane jest coś więcej niż tylko sam pomiar lepkości. W rzeczywistości reometr może być traktowany jako przyrząd, który dostarcza danych ilościowych dotyczących reologii płynu. Oznacza to co najmniej, że za jego pomocą można wykonywać pomiary w pewnym zakresie szybkości ścinania.
Istnieją dwa oczywiste niebezpieczeństwa, związane z wyborem przyrządu.
-Pierwsze polega na tym, że po nabyciu przyrządu stwierdzimy, iż jest on nieprzydatny do wykonania określonego zadania.
-Drugie niebezpieczeństwo polega na tym, że chcąc zapobiec takiej sytuacji dokonuje się zakupu reometru, który jest w stanie wykonać znacznie więcej zadań niż będziemy kiedykolwiek od niego wymagali.
W obu przypadkach oznacza to marnowanie pieniędzy, gdyż w pierwszym przypadku przyrząd będzie bezużyteczny, zaś w drugim - reometr będzie kosztował znacznie więcej niż to jest konieczne, a ponadto obsługa przyrządu może przekraczać kwalifikacje personelu laboratorium. Ten ostatni, mniej oczywisty problem powstaje zaskakująco często. Nowa generacja sterowanych komputerowo reometrów przesuwa gwałtownie punkt ciężkości zagadnienia w kierunku interpretacji danych.
Przedstawię podstawowe cechy głównych rodzajów reometrów oraz ich ograniczenia. Ograniczenia te zmieniają się zależnie od przyrządu, nawet w danym zakresie, i zależą szczególnie od badanego płynu. Należy również dodać, że wiele produkowanych komercyjnie reometrów może być stosowanych przy więcej niż jednej geometrii układu pomiarowego, choć w praktyce, jeżeli przyrząd jest przystosowany do określonej geometrii, jest ona rzadko zmieniana.

1 REOMETRY KAPILARNE

1.1 Zalety i wady
Przyrząd w swej podstawowej formie jest względnie tani, łatwy do zbudowania i prosty w obsłudze. Można za jego pomocą uzyskać wyższe szybkości ścinania niż te, które są dostępne w przyrządach rotacyjnych. Regulacja temperatury jest łatwa, zaś proces przepływu przez kapilarę podobny do wielu procesów przemysłowych, takich jak wytłaczanie i formowanie wtryskowe.
Za pomocą reometrem kapilarnego możemy tylko badać wzrost średnicy strumienia wytłaczanego z dyszy, czyli tzw. pęcznienie wytłoczki oraz nieregularne zniekształcenie wytłoczki polimeru opuszczającego dyszę, czyli tzw. pękanie stopu. Przepływ przez kapilarę modeluje także ściśle przepływ przez rurę w warunkach laminarnych.
Metoda pomiarowa reometrii kapilarnej wydaje się prosta, jednakże ukryte niebezpieczeństwa, takie jak zagadnienie efektów wlotowych- spadek ciśnienia spadek energii zamienianej na ciepło. Na przykład należy dbać o to, aby prawdziwy przepływ Poiseuille'a był w pełni uformowany w kapilarze.
Omawiany przyrząd znajduje największe zastosowanie w reologii stopionych tworzyw sztucznych.

Rys. 1. Przepływ w kapilarze przy; a) normalnym przepływie Poiseuille?a b) dużej szybkości ścinania przy ścianie oraz c) przepływie tłokowym z obszarem wysokiego ścinania przylegającym do ściany.
Istnieją dwa rodzaje reometrów kapilarnych - z regulowaną szybkością ścinania oraz z regulowanym naprężeniem (rys.2).
1.2 Regulowana szybkość ścinania
Płyn w zbiorniku jest przetłaczany przez kapilarę za pomocą tłoka zaopatrzonego w miernik siły, rys. 2a. Szybkość ścinania w kapilarze jest zdeterminowana przez jej średnicę i przez szybkość przesuwania się tłoka. Silnik napędzający tłok musi więc mieć taką moc, aby zachować stałą prędkość przesuwu w każdych warunkach. Wartość naprężenia stycznego jest uzyskiwana bezpośrednio za pomocą miernika siły.

Rys. 2. Schemat reometru kapilarnego z a) regulowaną szybkością ścinania b) regulowanym naprężeniem stycznym.
1.3 Regulowane naprężenie styczne
Znajdujący się w zbiorniku płyn jest poddany działaniu ciśnienia, zwykle przy użyciu azotu, aby zapobiec utlenieniu, które mogłoby nastąpić gdyby zastosowano sprężone powietrze. Zwykle w badaniach tego rodzaju umieszcza się kulę lub płytkę ze stali kwasoodpornej na powierzchni płynu, aby zredukować pole tej powierzchni stykającej się z azotem. Zmniejsza również prawdopodobieństwo tzw. ?kanałowania", czyli utworzenia przez gaz kanału, przez który przedostaje się on na zewnątrz poprzez zbiornik i kapilarę, prowadząc do przedwczesnego i nagłego zakończenia eksperymentu. Szybkość ścinania mierzy się przez ważenie ilości wytłoczonego płynu zebranego w określonym czasie, przeliczając to na objętościowe natężenie przepływu, a następnie wyznaczając wartość y ze wzoru:

Aby uzyskać dokładną krzywą płynięcia, zarówno ciśnienie jak natężenie przepływu muszą być precyzyjnie rejestrowane.
Jeżeli płyn wykazuje niestabilności przepływu, takie jak pękanie stopu oraz ma strukturę, to korzystne jest stosowanie rozwiązania ze stałym naprężeniem stycznym. Jeżeli jednak badany proces charakteryzuje się stałym natężeniem przepływu, tak jak wytłaczanie rur lub formowane włókien, to przyrząd z regulowaną szybkością ścinania będzie bardziej użyteczny.

Rys. 3. Profile prędkości płynu wpływającego ze zbiornika do kapilary. Należy zwrócić uwagę, że we wszystkich przypadkach w osi przepływu nie ma ścinania a jedynie przepływ wzdłużny.
Każdy reometr jest wyposażony w zestaw kapilar. Różnią się one długością, średnicą oraz kątem wlotu. Potrzebne jest to w celu dokonania korekty związanej ze stratami ciśnienia na wlocie oraz dla pęcznienia wytłoczki. Kapilary o różnych kątach wlotu są często potrzebne z przyczyn bardziej złożonych. Przepływ czysto lepkiego płynu na wlocie do dyszy o kącie wlotowym 90 będzie się odbywał wzdłuż linii prądu pokazanych na rys.3a.
W przypadku płynów lepko sprężystych pojawiają się obszary stagnacji, utworzone przez wolno obracające się wiry w rogach zbiornika. Przez zmniejszenie kąta wlotu wiry te mogą być zmniejszone lub wyeliminowane. Idealny kształt wlotu powinien być taki, aby pokrywał się z liniami prądu płynu dopływającego do wlotu kapilary.

1.4 Metody pomiaru

Metody pomiarowe obejmują:
a) zastosowanie mikroskopu przesuwnego w kierunku pionowym,
b) fotografowanie i pomiar średnicy wytłoczki na powiększonym zdjęciu,
c) zastosowanie urządzenia cieniowego,
d) zastosowanie kamery wideo połączonej z układem optycznym zawierającym niezbędne oprogramowanie, które umożliwia bezpośredni odczyt średnicy.

2. REOMETRY O WSPÓŁOSIOWYCH CYLINDRACH

Przyrządy o współosiowych cylindrach były prawdopodobnie najczęściej stosowaną geometrią do pomiaru lepkości
2.1 Zalety i wady
Zaletą wszystkich reometrów rotacyjnych, w porównaniu z reometwmi kapilarnymi, jest to, że nie występuje w nich ograniczenie czasu, w ciągu którego próbka może być ścinana.
Geometria współosiowych cylindrów jest najbardziej przydatna dla płynów o niskiej lepkości (< 10 Pa s). Przy bardzo wysokich wartościach lepkości powstają problemy przy załadowaniu próbki oraz trudno jest wyeliminować uwięzione w cieczy pęcherzyki powietrza. Górna granica szybkość ścinania może być zależna od wystąpienia niestabilności przepływu.

Rys. 4. Schematyczny rysunek reometru ze współosiowymi cylindrami. W przykładzie tym wewnętrzny cylinder jest obracany z regulowaną prędkością kątową.

Cylinder zawieszony na drążku skrętnym jest umieszczony w naczyniu cylindrycznym, które wykonuje ruch obrotowy. Moment obrotowy T, działający na cylinder wewnętrzny, może być obliczony z równania T= ? K, gdzie ? jest kątem skręcenia drążka skrętnego, zaś K jest jego stałą.

3. REOMETRY STOŻEK-PŁYTKA

Wspólną cechą przyrządów stożek-płytka jest to, że płyn jest ścinany pomiędzy płaską płytą a stożkiem o małym kącie, rys. 5. Nie jest ważne, który z tych elementów tworzy dolną, a który górną powierzchnię.

Rys. 5. Wyidealizowane ustawienie stożka i płytki. Jedna z powierzchni powinna się obracać, podczas gdy druga reaguje na powstające naprężenie przenoszone przez płyn.

Dla uzyskania ścinania stosuje się dwie różne metody:
-regulowana szybkość ścinania
-regulowane naprężenie styczne.
W przyrządach z regulowaną szybkością ścinania, które do niedawna były stosowane w większości laboratoriów, jedna z powierzchni ścinających wykonywali! ruch obrotowy z wybraną prędkością, podczas gdy druga powierzchnia jesl przytrzymywana przez drążek skrętny lub sprężynę o znanej charakterystyce ugięcia. Reometry o regulowanym naprężeniu stycznym wykorzystują najnowsze osiągnięcia w dziedzinie elektronicznych silników napędowych, co umożliwia uzyskanie regulowanego momentu obrotowego, a tym samym naprężenia stycznego w płynie. Wytworzona szybkość ścinania jest mierzona za pomocą odpowiedniego miernika obrotów.

W obu przypadkach próbka jest umieszczona, zwykle w pewnym nadmiarze, na dolnej powierzchni (lub płycie pomiarowej), a szczelina jest nastawiona tak, aby wierzchołek stożka lekko dotykał drugiej płytki.
3.1 Zalety i wady
Zaletą tej metody jest jednakowa szybkość ścinania, główną zaletą tej metody pomiarowej jest to, że jest jasna i prosta.
Potrzebna jest także mała objętość próbki (najwyżej 2,5 ml), masa a tym samym bezwładność płytki utrzymywanej przez drążek skrętny jest mała i można łatwo wykonać pomiary naprężeń normalnych oraz pomiary oscylacyjne. Metoda może być stosowana dla szerokiego zakresu płynów, wreszcie można łatwo zaobserwować czy płyn nie zachowuje się w dziwny sposób, np. czy nie występuje pękanie. Ponieważ zwykle konieczne jest wykonanie pomiarów w pewnym zakresie temperatur, istotny jest fakt, iż. wielkość szczeliny może być łatwo regulowana, tak aby uwzględnić rozszerzenie się części metalowych.
Omawiana metoda pomiarowa ma stosunkowo mało wad. Główną z nich jest to, iż maksymalna szybkość ścinania jest ograniczona. Próbka poliolefin (polimery zawierające tylko węgiel i wodór) o wysokiej lepkości ulegnie rozpadowi przy ścinaniu laminarnym poniżej szybkości ścinania 10 s-1. Przy wysokich szybkościach ścinania (>102s~') efekty odśrodkowe mogą spowodować powstanie ?negatywnych" naprężeń normalnych.
Trudnością praktyczną, występującą w przypadku wszystkich układów stożek-płytka lub równoległych płytek, jest ładowanie próbki. Dla płynów głównym problemem jest zapewnienie tego, aby próbka całkowicie wypełniała szczelinę oraz aby tworzyła, o ile to możliwe, profil wypukły tam gdzie występuje powierzchnia swobodna. Ponadto należy starannie usunąć pęcherzyki z próbki.
Hutton w swej pracy dotyczącej reologii smarów. Opisuje on metody, których można użyć, aby zapobiec rozpadowi próbki, łącznie z umieszczeniem stożka i płytki w zbiorniku oraz stosowaniem ząbkowanych stożków i płytek, tak że efektywną powierzchnię ścinania tworzy sam płyn,. rys. 6.

Rys. 6. Płytka zębata stosowana w przypadku smarów. Płaszczyzna szczytu każdego zęba działa jako powierzchnia ścinająca.

Podobnie jak w przypadku każdej reologicznej metody badawczej konieczne jest poczynienie pewnych założeń, aby uprościć obliczenie szybkości ścinania, naprężenia stycznego i sprężystości, a mianowicie:
a) Przepływ jest laminarny i występuje aż do powierzchni płynu.
b) Kąt między stożkiem a płytką jest bardzo mały (< 4). Poza trudnościami teoretycznymi, przy większych kątach stożka mogą powstać przepływy
wtórne. Są one częściowo wynikiem sił odśrodkowych spowodowanych ruchem obrotowym stożka.

4 REOMETRY PŁYTKA-PŁYTKA

4.1 Zalety i wady
Zasada pracy reometru stożek-płytka wymaga, aby szczelina między powierzchniami ścinającymi była stalą, z wierzchołkiem stożka, lub wierzchołkiem hipotetycznym jeżeli górna część stożka została usunięta, ledwo dotykającym płytki. Ograniczenie takie nie występuje w przypadku równoległych płytek. Szczelina może być zmieniana w pewnych granicach, aby pomieścić płyn. Często stwierdza się, że zawiesiny gruboziarniste o dużym stężeniu zapełniają szczelinę między powierzchniami ścinającymi powodują zator i zanik przepływu laminamego. Jedną z metod usunięcia tej trudności jest poszerzenie szczeliny.

Rys. 7..Typowa geometria równoległych płytek, dolna płytka jest obracana, a górna dostarcza odpowiedzi.
Główną zaletą jest możliwość uzyskania precyzyjnego wyznaczenia parametrów reologicznych w przepływie oscylacyjnym. Aby to osiągnąć, konieczne jest pogodzenie się ze zmianami szybkości ścinania wzdłuż promienia. Dla większości płynów, jeżeli nie są one układami dwufazowymi, użycie średniej szybkości ścinania jest w pełni akceptowane.
Podobnie jest w przypadku reometrów kapilarnych, dla płynów z granicą płynięcia powstają trudności, jeżeli naprężenie styczne spada poniżej tej granicy w dowolnym punkcie. Przydatną metodą jest otwarcie reometru i obserwowanie charakteru przepływu między płytkami. Na przykład, jeżeli efektywny poślizg występuje jako rezultat ?przepływu tłokowego", będzie to widoczne na podstawie wystąpienia prążków na powierzchni płynu.
4.2 Podstawowe wzory - ścinanie ustalone

W przeciwieństwie do reometrów stożek-płytka, szybkość ścinania y jesl proporcjonalna do promienia r przy którym jest mierzona.

Naprężenie styczne a zmienia się także z promieniem i na obwodzie jest równe w przypadku płynu newtonowskiego gdzie T jest całkowitym momentem obrotowym

Dla płynu nienewtonowskiego

4.5 Równolegle płytki wirujące ekscentrycznie
Przez przesunięcie środków dwóch wirujących dysków generuje się w płynie zmieniającą się sinusoidalnie falę naprężenia przy stałej szybkości obrotów. Jeden z dysków jest napędzany, zaś drugi może obracać się swobodnie. Jeżeli spełniony jest warunek (rys. 8.), że h jest znacznie mniejsze od d, to lepkość dynamiczna ?' dla płynu newtonowskiego jest dana przez

gdzie Fx jest składową siły generowaną w kierunku x. Dla płynów nienewtonowskich

gdzie Fy.-jest składową siłą w kierunkuj;. Fx może być mierzona jako wartość stała.

Rys. 8. Reometr ekscentryczny. Dolna płytka jest obracana ze stałą prędkością, a górna, obracająca się swobodnie, osiąga taką samą prędkość. W płynie tworzy się wówczas fala stojąca.

5 REOMETR Z PRZESUWNYM CYLINDREM

Główne jego części składają się z dopasowanej pary precyzyjnie wykonanych tłoków i cylindrów, uszczelnionego kubka do ładowania próbki do cylindra i drugiego kubka perforowanego z dużymi otworami, aby zapobiec powstawaniu naprężeń wynikających z obecności uwięzionego powietrza.

Rys. 9. Reometr.z przesuwnym cylindrem:
a) płyn jest zasysany ze zbiornika do pierścienia pomiędzy zewnętrznym cylindrem a wewnętrznym tłokiem;
b) przy pomiarze zbiornik jest zastąpiony przez dolną komorę otwartą do atmosfery.

Ścinanie jest realizowane przez pionowe, współosiowe przesuwanie cylindra zewnętrznego, w trakcie którego czujnik obciążenia tłoka rejestruje obciążenie. Płyn jest wprowadzony do szczeliny, w której następuje ścinanie. Przez podnoszenie kubka zawierającego próbkę wtłacza się płyn w pierścieniową szczelinę między tłokiem i cylindrem. Kiedy kanał jest całkowicie napełniony, kubek zawierający próbkę zostaje zastąpiony przez kubek perforowany. Napięcie powierzchniowe oraz lepkość płynu utrzymuje układ w pozycji.
Maksymalna możliwa do uzyskania szybkość ścinania wynosi w przybliżeniu 200 s-1, zaś wartość minimalna poniżej 10-2 s-1.

5.1 Zalety i wady

Reometr z przesuwnym cylindrem ma następujące zalety w porównaniu z przyrządem o równoległych płytkach:
a) ładowanie próbki jest łatwiejsze;
b) nie ma problemu utrzymania właściwej szczeliny;
c) generowane są sygnały bez szumów, gdyż nie ma kontaktujących się
ruchomych części;
d) wyeliminowane są efekty brzegowe.

Choć zakresy szybkości ścinania mogą być podobne w obu geometriach, siła normalna nie może być mierzona za pomocą reometru z przesuwnym cylindrem, Występuje także nieuchronnie utrata próbki znajdującej się między powierzchniami ścinającymi, gdy nurnik porusza się w dół.

6 REOMETRIA O REGULOWANYM NAPRĘŻENIU

Metoda wykorzystywana przy niskich naprężeniach ścinających znajduje szczególne zastosowanie w wielu procesach przemysłowych zachodzących przy niskich naprężeniach, takich jak wyrównywanie powłok pod działaniem sił napięcia powierzchniowego, tzw. flrankowanie warstewki farby pod działaniem sił ciężkości oraz rozwój struktury płynu w wyniku jego rozpylania. Tylko za pomocą tego przyrządu możemy wykonać eksperyment pełzania. Reometry te mogą być sterowane komputerowo umożliwia to zmianę naprężenia stycznego w górę i w dół z wybraną wstępnie szybkością, umożliwia skokową zmianę, aby można było rejestrować efekty zależne od czasu oraz umożliwia zmianę sinusoidalną.

Na przykład krzywą płynięcia można uzyskać bardzo szybko przez wzrost naprężenia stycznego i użycie komputera do pomiaru szybkości ścinania w wybranych przedziałach czasu. Komputer oblicza wówczas lepkość, pokazuje na ekranie i/lub podaje wydruk. Otrzymana w ten sposób krzywa płynięcia jest taka sama jak krzywa równowagowa tylko wówczas, gdy własności reologiczne płynu nie są zależne od czasu ścinania. Jeżeli zależność taka występuje, to rzeczywistą krzywą płynięcia należy mierzyć przez skokową zmianę naprężenia i użycie równowagowej szybkości ścinania do obliczenia lepkości.

Rys. 10. Krzywe otrzymane z eksperymentu pełzania dla farby umożliwiające porównanie zgodności danych teoretycznych i doświadczalnych (x). Wyniki otrzymane za pomocą reometru Carri?Med o kontrolowanym naprężeniu.

7 REOMETRY WZDŁUŻNE

Ponieważ technika idzie na przód same pomiary przepływu ścinającego nie wystarczają do scharakteryzowania zachowania się płynu w procesie odkształcenia. W wielu procesach o znaczeniu przemysłowym, takich jak formowanie włókien chemicznych, kształtowanie przez dmuchanie butelek i folii, kształtowanie próżniowe oraz przepływ przez złoża porowate stwierdzono, że to raczej odkształcenie wzdłużne a nie ścinające jest dominującym rodzajem deformacji. Istnieją trzy podstawowe rodzaje przepływu wzdłużnego: jednoosiowy, dwuosiowy i płaski, rys. 11. Powodują one występowanie lepkości wzdłużnych.

Rzs. 11. Rodzaje przepływu wzdłużnego: a) jednoosiowy, b) dwuosiowy, c) płaski

Rys. 12. Próbka zanurzona w termostatowanej kąpieli z niemieszających się cieczy jest rozciągana za pomocą par obracających się cylindrów (RC). Sygnał z komun ładowania może być użyty do sterowania szybkością obrotową silników dla otrzymania stałego naprężenia. Przez sterowanie szybkością obrotową silników można także uzyskać stalą szybkość odkształcenia.

Na rys. 12. przedstawiono schematycznie typowy przykład przyrządu do jednoosiowego rozciągania, zaprojektowany przez Meissnera. Przy stosowaniu . różnych metod rozciągania, próbka jest trzymana między dwoma parami obracających się kół, napędzanych przez wstępnie zaprogramowany generator funkcji lub krzywkę, które rozciągają próbkę za stałą szybkością. Wzrost naprężenia w czasie jest mierzony przez rozciąganie sprężyny, na której zamontowano jedną z par wirujących zacisków.
Odkształcenie względne Hencky'ego (?) jest równe dla jednoosiowego rozciągania:
szybkość rozciągania względnego (?):
Przy stałej szybkości odkształcenia względnego funkcja wzrostu naprężenia staje się równa lepkości wzdłużnej:
Istnieją trzy główne grupy eksperymentów, które można zastosować do wymuszenia przepływu wzdłużnego. Sąto:
1) wydłużenie płynu wytłaczanego z lub do dyszy lub dyszy szczelinowej
2) przepływ stagnacyjny
3) przepływ zbieżny, przy którym płyn jest wypychany przez otwór lub
szczelinę.
Na rys. 13. przedstawione schematycznie przykłady wszystkich trzech
rodzajów eksperymentów.
Rys. 13. Geometrie przepływu stosowane do pomiaru pozornej lepkości wzdłużnej
płynów o niskiej lepkości: 1) przędzenie, 2) zderzeniowy przepływ szczelinowy, 3)
przepływ zbieżny. W przypadku 2) stagnacja jest wskazana przez -------.
Powyższe metody są zazwyczaj stosowane wówczas, gdy płyn ma zbyt niską lepkość na to, aby można go było uchwycić za pomocą którejś z omawianych metod.
(1a) Reometr typu ?spin-line" (liniaprzędzalnicza)
Rys. 14. Reometr typu ?spin - line". Płyn ze zbiornika (1) jest nawijany na wirujący bęben. Cienkościenna rurka (2) odchyla się, co stanowi miarę obciążenia rozciągającego. Średnica rozciąganego włókna jest mierzona wzdłuż jego długości w celu określenia szybkości odkształcenia.
Płyn jest przetłaczany za pomocą sprężonego gazu ze zbiornika przez, cienkościenną rurkę i dyszę wylotową. Wypływające włókno jest przechwycone przez wirujący bęben i rozciągane. Generowana silą jest mierzona przez odchylenie cienkościennej rurki, poprzez urządzenie przegubowe i przetwornik LVDT (liniowy przetwornik napięciowy przesunięcia). Aby określić szybkość wydłużania w dowolnym punkcie włókna oraz naprężenie rozciągania, dokonuje się pomiaru średnicy włókna na całej jego długości. Można tego dokonać za pomocą wędrującego mikroskopu przez fotografowanie, a w przypadku najnowszych rozwiązań - elektronicznie, stosując kamerę TV. Wariantami tej metody jest uzyskanie wydłużenia przez ssanie lub przez użycie zderzających się strumieni cieczy.
(1b) Syfon bezprzewodowy
Rys. 15. Syfon bezprzewodowy. Zbiornik umieszczony jest na wadze, co umożliwia ciągłą rejestrację masy. Profil płynu jest mierzony dla wyznaczenia szybkości wydłużania.
Jeżeli płyn jest dostatecznie sprężysty, to może on być rozciągnięty ku górze i zassany do kapilary. Obciążenie działające na zbiornik maleje w miarę usuwania z niego płynu. Profil płynu jest fotografowany i wznoszący się słup płynu jest w pewnym momencie ucinany w pobliżu dyszy. Zmiana w chwilowym obciążeniu w chwili t może być powiązana z siłą rozciągającą. Na podstawie kształtu słupa płynu może być wyznaczona szybkość wydłużania i naprężenie, a więc lepkość.
(2) Metody przepływu stagnacyjnego
Rys. 16. Trzy rodzaje przepływu stagnacyjnego, wskazywanego przez linię :
a) młynek o czterech wałkach, b) przepływ zderzeniowy w dyszy szczelinowej,
b) przeciwstawny strumień, w którym siła F, wytwarzana przez wydłużenie, jest mierzona przez odkształcenie rur 1 i 2.
Metoda przeciwstawnych strumieni opiera się na zasadzie stworzenia symetrii przepływu w trakcie zasysania płynu z wanny do dysz. Można wówczas zmierzyć nie tylko dwójłomność, lecz także wyznaczyć naprężenia przy wydłużaniu, jeżeli jedna z dysz jest podłączona do rurki o znanej charakterystyce odkształcenia. Siły działające na dyszę muszą zawierać zarówno składowe wzdłużne jak i ścinające.
(3) Przepływ zbieżny
a) Bez smarowania. Jeżeli płyn jest przetłaczany przez kanał o kształcie stożkowym, to mogą występować dwa rodzaje przepływu. Przy ścianie płyn jest ścinany. Natomiast wzdłuż osi symetrii przepływ jest prawie wyłącznie wzdłużny.

Rys. 17. Dysza pokryta smarem. Smar powoduje poślizg przy ścianie, wywołujący przepływ rozciągający badanego płynu.

Kinematyka przepływu jest określona na podstawie kąta stożka, następnie przepływu i spadku ciśnienia w przewężeniu. Istotną wadą metody jest brak możliwości całkowitego oddzielenia efektów ścinania i wydłużania.

b) Ze smarowaniem. Przez wtłoczenie cieczy o bardzo niskiej lepkości w postaci cienkiej warstewki pomiędzy badanym płynem a zbieżną ścianą dyszy, można spowodować przepływ czysto wzdłużny. Rys. 17 przedstawia przepływ zbieżny ze smarowaniem. Przy pokryciu ściany, ciecz o niskiej lepkości jest poddana dużej szybkości ścinania i smaruje substancję o wysokiej lepkości, która może wówczas odkształcać się swobodnie w przepływie rozciągającym.

Rys. 18. Typowe krzywe płynięcia płynu sprężystolepkiego o wysokiej masie cząsteczkowej. Odchylenia od przepływu newtonowskiego odpowiadają wydłużeniu i ścinaniu.

8 Podsumowanie:

Procesy związane z produkcją, przetwarzaniem, wykorzystaniem i degradacją substancji płynnych wykorzystywane są w wielu obszarach działalności człowieka. Prawidłowe określenie właściwości fizycznych i parametrów reologicznych płynów umożliwia optymalny dobór technologii czy to przemysłowej czy spożywczej oraz minimalizację kosztów. Dopasowanie modelu reologicznego do właściwości badanej cieczy jak również dobór optymalnego sposobu pomiaru pozwala na minimalizację błędów.