التغلب على "الانزلاق الجداري" في القياسات التي يتم إجراؤها على مقياس الانسياب الدوراني وتحديد حجمه

مقدمة

عند إجراء قياسات الانسيابية للقص على السوائل المنظمة - خاصةً المعلقات أو المستحلبات أو الرغاوي - هناك احتمال كبير أن يتأثر القياس بظاهرة تعرف باسم "انزلاق الجدار". وينتج الانزلاق الجداري عمومًا من استنزاف موضعي للمرحلة المشتتة بالقرب من الجدران الهندسية، مما يشكل طبقة تزييت على السطح بشكل فعال. ونتيجة لذلك، لم يعد يتم قياس الخواص الانسيابية السائبة بدقة مما يؤدي إلى التقليل من تقدير اللزوجة الحقيقية.

ويمكن ملاحظة تأثير مماثل عند قياس المواد الشبيهة بالمواد الصلبة حيث لا يوجد احتكاك كافٍ بين العينة والجدار لدعم الإجهاد المطبق.

يمكن مواجهة انزلاق الجدار بعدد من الطرق عند الاختبار على مقياس الانسيابية الدورانية، وعلى الأخص عن طريق استخدام الأشكال الهندسية الخشنة أو المسننة التي تأخذ حركة الهندسة بشكل فعال في الجزء الأكبر من العينة وبالتالي تزيد من تلامس العينات على حساب تفاعلات العينة والجدار. بالنسبة لأنظمة الكوب والمثقاب، يمكن أيضًا استخدام دوارات وهندسة محزوزة.

يوضح الشكل 2 نتيجة الانزلاق لمعلق جسيمات مركّز كما تم قياسه باستخدام ألواح متوازية ملساء. إن "ساق الكلب" الظاهرة في منحنى التدفق هي خاصية مألوفة لانزلاق الجدار والتي يمكن التخلص منها في هذه الحالة إلى حد كبير باستخدام الألواح المسننة.

بالنسبة للظواهر الأكثر دقة لانزلاق الجدار، يكون من الصعب التأكد من وجودها ما لم يتم إجراء القياسات باستخدام ألواح ملساء ومسننة أو مسننة أو مسننة خشنة، على الرغم من أنه في كثير من الحالات، قد لا يتوفر لدى المستخدم في كلا النوعين الهندسيين لمثل هذه المقارنة.

في مثل هذه الحالات، يمكن الحصول على دليل على الانزلاق من خلال إجراء قياسات مضبوطة الإجهاد عند فجوات مختلفة. إذا حدث الانزلاق، فإن سرعة الانزلاق Vs ستعتمد فقط على إجهاد القص المطبق σ وليس على الفجوة. في المقابل، فإن فرق السرعة عبر العينة، الذي يُستخدم لحساب معدل القص، سيعتمد على كل من الفجوة وإجهاد القص. وبالتالي من خلال تغيير الفجوة h والحفاظ على ثبات الإجهاد σ، يمكن تحديد سرعة الانزلاق ومعدل القص الحقيقي باستخدام المعادلة 1.

V هي سرعة الصفيحة العلوية
_-γapp هو معدل القص المقيس
-γ هو معدل القص الحقيقي

يتم ذلك عن طريق رسم المعدل المقيس _-γapp مقابل 1/h والذي ينتج عنه خط مستقيم بميل _2Vs والجزء المقطوع γ-.

في بعض الحالات، لوحظت قيم سالبة لمعدل القص الحقيقي، وقد عُزيت هذه القيم إلى أخطاء التحميل ودقة الفجوة وخصائص المواد المعتمدة على الفجوة. وبالتالي، من الأفضل العمل على فجوات أكبر حيث يتم تقليل أي أخطاء من هذا القبيل.

تجريبي

• في هذه التجربة، تم تقييم غسول الجسم وجل الاستحمام لتحديد مدى انزلاق الجدار أثناء القياس الريولوجي.
• أُجريت قياسات مقياس الانسيابية الدورانية باستخدام مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus مع خرطوشة لوحة بلتيير ^ونظام قياس اللوحة المتوازية الخشنة1، وباستخدام تسلسلات قياسية معدة مسبقًا في برنامج rSpace.
• تم استخدام تسلسل تحميل قياسي لضمان خضوع كلتا العينتين لبروتوكول تحميل متسق ويمكن التحكم فيه.
• تم إجراء جميع قياسات الريولوجيا عند درجة حرارة 25 درجة مئوية.
• سمح التسلسل الذي تم تكوينه مسبقًا بإجراء القياسات على التوالي عند فجوات مختلفة تتراوح بين 1.2 و0.9 مم باستخدام إجهاد ثابت مطبق قدره 50 باسكال لكريم البشرة و10 باسكال لجل الاستحمام.
• ثم رُسم معدل القص المقاس تلقائيًا مقابل الفجوة العكسية وتم تركيب نموذج انحدار خطي. تم تقدير سرعة الانزلاق ومعدل القص الحقيقي من التدرج والجزء المقطوع على التوالي.

النتائج والمناقشة

يوضح الشكل 3 مخططات لزوجة القص مقابل الفجوة. بينما يُظهر هلام الاستحمام لزوجة ثابتة نسبيًا عند كل فجوة، يُظهر كريم الجلد تدرجًا طفيفًا مع انخفاض اللزوجة عند الفجوات الأصغر التي يمكن أن تُعزى إلى انزلاق الجدار. لتقدير سرعة الانزلاق، تم رسم معدل القص المقاس مقابل الفجوة العكسية بما يتماشى مع المعادلة 1. طُبق نموذج خطي مطابق (y = mx+ c) على البيانات مع ميل المنحنى يساوي _2Vs والجزء المقطوع يساوي معدل القص الحقيقي.

بالنسبة لكريمة الجلد، قُدّرت سرعة الانزلاق ب 1.3 مم/ثانية ومعدل القص الحقيقي 1.016 ^ث-1. وهذا أقل بكثير من قيم معدل القص (الظاهري) المقاسة التي تتراوح بين 3-4 ^ث-1 مما يشير إلى درجة كبيرة من انزلاق الجدار. وبالتالي، بالنسبة للاختبارات المستقبلية، يُنصح باستخدام ألواح خشنة أو مسننة لهذه العينة بالذات.

بالنسبة لجل الاستحمام، قُدِّرت سرعة الانزلاق ب 0.08 مم/ثانية فقط مع معدل قص حقيقي يبلغ 0.68 ^ث-1 مقارنةً بالقيمة الظاهرية البالغة 0.76 ^ث-1 تقريبًا. ويقع هذا الفرق ضمن نطاق الخطأ المحتمل المرتبط بالاختبار، وبالتالي يمكن اعتبار أن هلام الاستحمام لا يُظهر أي انزلاق في ظل ظروف القياس هذه.

الخاتمة

تم اختبار هلام الاستحمام وكريم الجلد عند فجوات مختلفة لتقييم سرعة الانزلاق عند واجهة الجدار والعينة. أظهر كريم الجلد انزلاقاً كبيراً في الجدار بينما كان هذا الانزلاق ضئيلاً بالنسبة لجل الاستحمام. وبالتالي، يمكن استخدام هذا الاختبار لتقدير درجة الانزلاق لمادة معينة وظروف الاختبار والإشارة إلى ما إذا كان استخدام الأشكال الهندسية الخشنة أو الملامح الجانبية مطلوبًا.

يرجى ملاحظة...

أن الاختبار مطلوب إجراؤه باستخدام تركيبة هندسية سلسة متوازية للوحة متوازية.