【摘要】：粘度的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于監(jiān)控工藝階段質(zhì)量和最終產(chǎn)品性能具有重要意義。多數(shù)粘度測(cè)量方法僅考慮了液體粘滯效應(yīng)對(duì)傳感結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的影響,往往忽略了液體彈性的影響,在測(cè)量彈性液體(如應(yīng)用廣泛的聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素溶液)粘度時(shí)會(huì)引入一定誤差。本文提出將管道L模態(tài)導(dǎo)波應(yīng)用到粘彈性液體粘度測(cè)量,試圖明確充液管道導(dǎo)波特性與充液粘度、彈性的關(guān)系及其限制條件,從而確定一種只對(duì)粘度敏感、或者能夠清晰地分離粘度、彈性影響的粘彈性液體粘度測(cè)量方法。研究成果不但提供了一種新穎的粘彈性液體粘度測(cè)量方法,還有力推動(dòng)了充液管道導(dǎo)波理論的發(fā)展。本文圍繞基于管道L模態(tài)導(dǎo)波的粘彈性液體粘度測(cè)量,進(jìn)行了以下四個(gè)方面的研究:(1)提出基于3D打印柔性鉸鏈和光纖位移傳感的液體屬性測(cè)試系統(tǒng),用于觀(guān)察和分析液體粘彈性。將液體彈性、密度、粘度作用等效成敏感振動(dòng)元件的附加剛度、質(zhì)量和阻尼。核心振動(dòng)部件無(wú)需裝配和潤(rùn)滑,消除了不確定性阻尼/剛度的影響,只保留待測(cè)液體的和固定的鉸鏈阻尼/剛度,保證了測(cè)試精度,可為計(jì)算充液管道導(dǎo)波特性提供基礎(chǔ)液體屬性數(shù)據(jù)和參考。實(shí)驗(yàn)還表明液體附加剛度與儲(chǔ)能模量強(qiáng)烈相關(guān)、附加剛度由液體彈性引起。(2)開(kāi)發(fā)了基于全局矩陣法的充液管道導(dǎo)波計(jì)算程序。用于計(jì)算單層和多層圓柱/管導(dǎo)波的相速度-頻率曲線(xiàn)、群速度-頻率曲線(xiàn)、衰減-頻率曲線(xiàn)、位移場(chǎng)分布,通過(guò)實(shí)驗(yàn)和有限元仿真驗(yàn)證了所開(kāi)發(fā)算法、程序的正確性,是深入分析液體粘彈性對(duì)充液管道L導(dǎo)波影響規(guī)律的基礎(chǔ)。(3)針對(duì)傳統(tǒng)粘度計(jì)精度易受液體彈性影響、常規(guī)L導(dǎo)波頻散對(duì)粘度不敏感的問(wèn)題,通過(guò)計(jì)算分析提出基于毛細(xì)管導(dǎo)波的粘彈性液體粘度測(cè)量方法。建立了頻散曲線(xiàn)截止頻率與毛細(xì)管內(nèi)徑、液體粘度、密度的數(shù)學(xué)關(guān)系。粘度很高或內(nèi)徑很小會(huì)使L模態(tài)導(dǎo)波從壓縮主導(dǎo)轉(zhuǎn)為剪切、壓縮共同主導(dǎo),從而引發(fā)新L導(dǎo)波。小管徑新L導(dǎo)波頻散曲線(xiàn)隨著充液粘度增加而向右伸展并可用截止頻率度量。(4)搭建了毛細(xì)管導(dǎo)波法粘度測(cè)量系統(tǒng),同時(shí)為了克服PZT測(cè)量毛細(xì)管導(dǎo)波時(shí)的選頻性衰減和耦合效率低,提出了工作點(diǎn)可追蹤的高靈敏針形光纖水聽(tīng)器。實(shí)驗(yàn)證明了毛細(xì)管導(dǎo)波頻散曲線(xiàn)截止頻率與充液粘度之間的線(xiàn)性關(guān)系、精密度隨著毛細(xì)管直徑的降低而增加、充液毛細(xì)管導(dǎo)波對(duì)液體粘度敏感而對(duì)彈性不敏感,最終實(shí)現(xiàn)了基于毛細(xì)管導(dǎo)波的粘彈性液體粘度測(cè)量。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH836

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2613439