Lodret faldende kugle viskosimeter

Mange metoder kan bruges til at måle en væskes viskositet. Disse fænomener er normalt baseret på et af tre fænomener - en bevægende overflade i kontakt med væsken, en genstand, der bevæger sig gennem væsken, og væsken, der strømmer gennem en modstandskomponent. Disse fænomener udnytter de tre vigtigste viskosimeter i industrien, nemlig rotations- og faldkugleviskosimeter og kapillære viskosimeter. Faldende kugleviskosimeter bruges almindeligvis til at måle viskositeten af ​​newtonske væsker og gasser. Denne metode anvender Newtons bevægelseslove under kraftligevægt, når den faldende kugle når sin endelige hastighed. Ifølge Newtons bevægelseslove for en faldende bold er der opdrift, tyngdekraft og modstand, og disse tre kræfter når frem til en nettokraft på nul. Modstandskraften kan fås fra Stokes' lov, som er gyldig for Reynolds-tal mindre end 1.

Faldende boldviskosimeterer velegnede til måling af væskers viskositet, og metoden er beskrevet i internationale standarder. I den internationale G-standard adskiller metoden sig fra principperne beskrevet i Ref. Disse standarder beskriver en skrårørsmetode, hvor dropball-røret hælder 10 grader fra lodret. Til forskellige dynamiske viskositetsmåleområder bruges derudover seks kugler med forskellige diametre, og den passende kugle kan vælges, når kuglens faldtid ikke er mindre end den mindste faldtid registreret under testen. Kuglens rullende og glidende bevægelse gennem prøvevæsken er nogle gange placeret i et skråtstillet cylindrisk målerør. Prøvens viskositet er relateret til den tid, det tager for bolden at falde en bestemt afstand, og testresultaterne er angivet som dynamisk viskositet.

Selvom metoden med faldende kugle er veletableret og beskrevet i internationale standarder, er det noget ubelejligt at betjene denne type viskosimeter. For eksempel kræver et viskosimeter seks kugler med forskellige diametre for at måle forskellige viskositetsområder, og brugeren skal køre test for at vælge de passende kugler. Ydermere er det vanskeligt at afgøre, hvor den faldende kugle når sin endehastighed, dvs. om afstanden mellem startregistreringslinjen og den indledende faldposition er tilstrækkelig. Derudover er det skrå rør viskosimeter 10 grader fra lodret; derfor falder bolden, der rammer jorden, ikke kun, men ruller også. Dette fænomen er forskelligt fra afledningsbetingelserne for faldende bold-metoden. Derfor er formålet med denne undersøgelse at udvikle en ny metode baseret på den traditionelle faldende kuglemetode og samtidig udlede de dynamiske ligninger, der beskriver faldende kuglers adfærd i vertikale rør. Da denne type viskosimeter er vinkelret på jorden, omtales det her som et vertikalt faldende kugleviskosimeter.