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1、题 目 流体黏度研究现状极其发展前景 学 院 化学化工学院 专 业 化学工程 学 生 王秋翠 学 号 220122372 导 师 孙伯旺 二一二年十月二十九日摘 要本文介绍了流体黏度特性（温度，分散剂，体积分数），流体黏度影响因素（基液；颗粒），黏度指数改进剂的研究进展，黏度测定方法以及装置。阐述了文献中常用实验物系的选择、流变特性的描述及混合性能的研究评价方法等；介绍了高黏度物系搅拌混合设备的主要类型（立式、卧式及单轴、双轴）；指出今后仍需进行深入研究的领域（同轴异速、双轴异速、立式搅拌设备及卧式搅拌装置中的桨型优化及混合性能评价；CFD在高黏度混合领域的研究）；以及流体黏度对部分冲液柔性转
2、子稳定性的影响。关键词：流体黏度；特性；测定方法；影响因素；装置ABSTRACTIt introduces the characteristics of fluid viscosity (temperature, dispersing agent，volume fraction), the influence factors of fluid viscosity (base solution, particle), the development of viscosity index improver, the method for determination and device of fl
3、uid viscosity in this paper. It presents the choice of experimental fluids, description of rheological properties and evaluation criteria of mixing performance. Mechanically stirred equipment used in the high viscous fluid mixing includes vertical, or horizontal shaft, and single, or dual shafts. Fu
4、rther investigations should be performed in the optimization of agitators and mixing performance in coaxial and biaxial agitation, vertical and horizontal mixing tanks. Numerical simulation of high viscous fluid mixing by using the computational fluid dynamics (CFD) approach is still under further s
5、tudy.Key words：fluid viscosity；characteristic； method for determination；influence factor；device目 录摘 要1ABSTRACT2 1 前 言51.1流体黏度研究的内容以及现状51.2流体黏度研究的前景62 流体黏度有关研究的具体介绍62.1流体黏度特性62.2流体黏度影响因素62.3黏度指数改进剂的研究进展7 2.4流体黏度测定方法以及装置72.4.1测定方法72.4.2测定装置8 2.5流体黏度对部分冲液柔性转子稳定性的影响83 结 语94 参 考 文 献101 前言1.1 流体黏度研究的内容以及现
6、状高黏度流体的混合【1-2】是工业上常用的单元操作，许多工业部门都会遇到高黏度流体的搅拌或捏合操作，如橡胶、石油、塑料、涂料、油墨以及合成纤维、化妆品、制药、食品、造纸和水泥等行业。对于高黏度流体的混合，合理选择和设计搅拌设备形式，研究其混合效果，对于强化传热、提高混合质量、改善被混合介质的性能至关重要。前人在研究纳米流体的黏度【3-4】时主要考虑了基液的黏度及纳米粒子的体积分数，但在两步法制备纳米流体时，为提高纳米流体的稳定性均使用了分散剂。分散剂、温度、纳米粒子体积分数对纳米流体黏度的影响进行的研究已经有了很大的发展。部分充液转子的不稳定现象在实验中观察到之后，已提出了无黏流体【5-6】和
7、黏性流体两类理论模型。不仅无黏流体模型与黏性流体模型得到的部分充液转子系统稳定特性之间存在着明显差异, 而且黏性流体模型由于数学处理上的不同在某些结论上也存在着较大的分歧, 所以研究流体黏性对部分充液转子系统稳定性的影响对准确地建立旋转流体的动力学模型有着重要的作用。流体黏度影响因素：水和乙二醇是纳米流体最常用的基液【7-8】，有各自不同的特性，若将两者以不同比例混合的混合液作为基液，可以起到优势互补的效果，制备得到的流体会呈现不同的物性。尤其在一些寒冷的地区，需要换热流体的冰点较低，乙二醇水溶液可以满足，并且现在车载防冻液大部分也在使用乙二醇水溶。Das前人已经研究了体积分数均为8%，粒径分
8、别为20nm、50nm和100nm的 SiO2乙二醇/水纳米流体在不同温度下的黏度，发现粒径为100nm的SiO2纳米流体的黏度最小。黏度指数改进剂【9-10】通常是油溶性高分子化合物，在室温下一般呈橡胶状固体。目前，国外最常用的黏度指数改进剂有加氢苯乙烯双烯聚合物( 如加氢苯乙烯丁二烯聚合物( HSB) ；加氢苯乙烯异戊二烯聚合物( HIS) ；加氢异戊二烯( HI) ；聚甲基丙烯酸酯( PMA) ；聚异丁烯( PIB )【9】；乙烯丙烯共聚物( OCP 或 EPC) ） 等。我国已生产应用的黏度指数改进剂的主要类型有聚正丁基乙烯基醚、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯、乙烯丙烯共聚物、聚丙烯酸酯等。
9、黏度的准确测定在许多工业部门和科学研究领域中都具有重要意义，特别是在石油化工、医药、冶金、食品等行业，黏度的准确测量可有效地控制生产过程及产品质量【11】。因此，黏度测定技术一直以来备受关注，有关液体黏度测定方法及装置的研究成果也比较多。1.2 流体黏度研究的前景今后仍然需要进行深入研究的领域有：同轴异速、双轴异速、立式搅拌设备及卧式搅拌装置中的桨型优化及混合性能评价；CFD在高黏度混合领域的研究【12】。（1） 随着搅拌技术的不断发展，高黏度流体混合正向着多功能、多目的的操作方向发展。如何开发适用于黏度范围宽、相态变化过程的高效混合设备，以更短的操作时间、更少的动力消耗以及更低的设备投资来实
10、现最高的搅拌效率有重要的应用价值，成为该领域研究者所面临的共同课题。 （2）针对不同的高黏度流体混合要求继续开发出更高效的搅拌桨型并对其混合特性、功率特性进行正确评定，仍是该领域研究者面临的重要研究课题。 （3）同轴异速及双轴异速搅拌设备【13】的研究目前还处于不成熟的阶段。 如何依据流体的混合要求确定适当的桨型组合，进一步寻找合适的方法对其混合时间、组合桨功率以及各桨功率相互影响关系进行研究以满足工业设计的要求，仍需进行大量的研究工作。 （4）卧式双轴搅拌设备搅拌器类型繁多，但对混合特性的研究相对较少，使得该类型设备设计时理论依据及经验数据较少，这也有待于今后进一步的研究。 （5）CFD 作
11、为一种新生事物，还需要研究者倾注大量的心血，将流变学理论与流体力学相结合并成功应用于 CFD软件中，才能使其真正在高黏度流体混合领域发挥作用，从而使该领域研究发生质的飞跃。 2 流体黏度有关研究的具体介绍2.1 流体黏度特性有关实验研究了含不同纳米粒子的纳米流体在不同温度、不同分散剂和不同粒子体积分数下的黏度。结果发现：纳米流体的黏度随着温度的升高而减小 Cu-water 纳米流体存在明显的温度回滞现象，Al2O3-water的温度回滞不明显。这种现象主要是纳米粒子的布朗运动和添加分散剂而导致的，纳米流体的黏度随纳米粒子体积分数的增加而增加，不同纳米流体增加的趋势不同，这与纳米粒子密度相关 。
12、分散剂对纳米流体黏度的影响明显，添加分散剂后纳米流体的黏度明显增加，其增大的趋势与分散剂黏度增加的趋势类似。表明分散剂的使用对纳米流体的黏度有较大影响，该影响在粒子体积分数较大时尤为明显，对其影响机理还需进行大量的理论分析和实验研究。2.2 流体黏度影响因素有关实验研究以去离子水( DW)、 乙二醇( EG) 和不同配比的混合液为基液的纳米流体的黏度随粒径、 温度和浓度的变化规律。可得以下结论：（1） 两步法制备纳米流体并不能分散颗粒到原始粒径, 颗粒在基液中以团聚形式存在,这对黏度有不利影响。（2） 以水、乙二醇或两者的混合液为基液的纳米流体,在相同基液的条件下,颗粒尺寸越小,黏度越大；基液
13、中EG 体积分数越大,纳米流体黏度受温度影响越显著,且流体温度升高，黏度减小，但相对黏度与温度无关，仅与基液有关。（3） 以水、乙二醇为基液的纳米流体的相对黏度随颗粒体积分数的增加基本呈线性增加,与修正的K-D公式较吻合；而以乙二醇/水(乙二醇体积分数为50%)为基液的纳米流体的相对黏度在颗粒体积分数大于1%时急剧增大。2.3 黏度指数改进剂的研究进展OCP 黏度指数改进剂：OCP 黏度指数改进剂的高分子线团具有低温收缩高温伸展的特性。这种性能的变化，使其高温下流体力学体积增大，增黏能力变强， 因此内摩擦和黏度增加；在低温下则相反，增黏能力减弱，从而改善了润滑油的黏温性能【14】。超支化聚SE
14、BS：它是一种使用性能优异，应用领域广泛的新型环境友好高分子材料，具有优良的耐候、抗老化、耐热、耐压缩变形等性能。广泛应用于高聚物改性、胶黏剂和密封材料润滑油增黏剂【15】、高档电缆电线的填充料和护套料、沥青改性等领域。由于性能卓越，在业界有着“橡胶黄金”之称。超支化聚乙烯：超支化聚乙烯( PE) 比线型 PE【16】具有更优越的加工性能，更好的成膜性和薄膜透光性等。而且，当支化度提高后，玻璃化温度会降低。在常温下，聚乙烯为橡胶态，是一个弹性体，因而具有极大的工业应用价值【17】。2.4 流体黏度测定方法以及装置1、测定方法毛细管法：可测量常温液体黏度和高温液态金属黏度。扭摆振动法：对于低黏度液体的测定，广泛采用扭摆振动法，其原理基于阻尼振动的对数衰减率与阻尼介质黏度的定量关系。通过测量振幅来计算对数衰
