本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)系統(tǒng)，具體涉及的是一種新型粘性流體流變試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的粘性流體參數(shù)測量儀器按照原理主要分為：旋轉(zhuǎn)流變儀、毛細(xì)管流變儀、轉(zhuǎn)矩流變儀和界面流變儀。其中在巖土工程中比較常見的流變儀包括毛細(xì)管黏度計(jì)、圓筒流變儀、平板式或錐板式流變儀和R/S流變儀。這些流變儀均能測定流體的粘度。但在實(shí)際工程運(yùn)用中，由于非牛頓體的非線性、不均勻性、不連續(xù)性，小劑量樣本的試驗(yàn)儀器難以準(zhǔn)確反映出粘性流體的流變特征，尤其是當(dāng)粘性粒徑較粗時(shí)，現(xiàn)有設(shè)備更是難以對其進(jìn)行準(zhǔn)確的流變分析。
綜其原因，現(xiàn)有的流變儀在工程運(yùn)用中的主要技術(shù)缺陷為：
(1)毛細(xì)管粘度計(jì)。毛細(xì)管黏度計(jì)對樣品結(jié)構(gòu)的破壞較大，需要在較高的轉(zhuǎn)速下測得流體的屈服應(yīng)力，且樣品粒徑要求非常小。
(2)界面流變儀。平板式或錐板式流變儀、圓筒流變儀在試驗(yàn)過程中容易出現(xiàn)圓柱面的滑移效應(yīng)，從而影響試驗(yàn)精度。此外現(xiàn)有大型的平板式或錐板式流變儀也只能測量粒徑20mm左右的粘性流體的流變參數(shù)。
(3)旋轉(zhuǎn)流變儀。旋轉(zhuǎn)流變儀只能應(yīng)用于較小剪切速度的流變分析，在多相體系中，會由于分散相粒子的尺寸與板的距離太近則會出現(xiàn)較大誤差。
(4)R/S流變儀。R/S流變儀能夠進(jìn)行于復(fù)雜流變分析，但是其試驗(yàn)尺寸較小，僅適用于膠粘劑等漿體或膏體材料，并不適用于流體尤其是粒徑較粗流體的流變分析。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種新型粘性流體流變試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠針對粘性流體的流變特征進(jìn)行模擬試驗(yàn)，從而獲得準(zhǔn)確的流變分析。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種新型粘性流體流變試驗(yàn)系統(tǒng)，包括皮帶輸送機(jī)、滑槽、激光發(fā)射器、擋板、第一滑軌、高速攝像機(jī)、支架和第三滑軌，其中：
皮帶輸送機(jī)，設(shè)置在支架上，用于將粘性流體往擋板設(shè)置方向傳送；
滑槽，設(shè)置在皮帶輸送機(jī)上，且其上設(shè)有可以控制滑槽坡度的滑槽旋鈕，該滑槽用于放置粘性流體，并通過坡度調(diào)整來控制粘性流體的剪切力；
激光發(fā)射器，通過激光發(fā)射器安裝支架安裝在滑槽正上方中間位置，用于向滑槽中的粘性流體發(fā)射激光；
第三滑軌，安裝在皮帶傳送機(jī)上，并與激光發(fā)射器安裝支架連接，用于實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射器位置的調(diào)整；
擋板，設(shè)置在支架上，并位于滑槽的一端，用于限制粘性流體的運(yùn)動，使之在滑槽中形成固定形態(tài)的流通區(qū)域；
所述第一滑軌位于皮帶傳送機(jī)旁，所述高速攝像機(jī)安裝在該第一滑軌上，并可沿第一滑軌移動，用于從側(cè)面對準(zhǔn)滑槽中的流體流動最高勢面，并與粘性流體反射的激光相對應(yīng)，從而捕捉到粘性流體最高勢面的剖面不同時(shí)刻的流體運(yùn)動影像，以便利用PIV技術(shù)分析獲得流體最高勢面的速度分布。
進(jìn)一步地，本發(fā)明還包括設(shè)置在支架上的第二滑軌，以及同時(shí)與該第二滑軌和滑槽側(cè)壁連接、用于在第二滑軌上移動從而調(diào)整滑槽整體寬度的連桿。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明通過改變流體流變測試的方式，利用皮帶輸送機(jī)和可移動的激光發(fā)射器+高速攝像機(jī)，可以測得滑槽內(nèi)任意一處截面流體的速度分布，從而獲得流體相應(yīng)截面的流變參數(shù)；同時(shí)，依靠滑槽坡度的改變，并配合皮帶輸送機(jī)的傳送，可以實(shí)現(xiàn)流體流動形態(tài)的控制，從而不僅實(shí)現(xiàn)了流體三維流動特性的觀察，而且能夠方便利用PIV技術(shù)分析粘性流體的流變特性。
(2)本發(fā)明利用設(shè)置的第二滑軌和連桿，可實(shí)現(xiàn)滑槽整體寬度的調(diào)整，從而控制試驗(yàn)流體材料的用量，并且還可以研究流體流動范圍尺寸對流變特性的影響，如此一來，本發(fā)明不僅操作靈活，而且能夠充分測試流體在多種情況下的流變特性，且試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、試驗(yàn)效率高。
(3)本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、流程合理、實(shí)用性強(qiáng)，準(zhǔn)確反映出了粘性流體的流變特征，為滿足實(shí)際工程需要提供了保障。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，附圖標(biāo)記對應(yīng)的名稱為：
1-皮帶輸送機(jī)，2-滑槽旋鈕，3-連桿，4-滑槽，5-激光發(fā)射器，6-激光發(fā)射器安裝支架，7-擋板，8-第二滑軌，9-第一滑軌，10-高速攝像機(jī)，11-支架，12-第三滑軌。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖說明和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的方式包括但不僅限于以下實(shí)施例。
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種新型的粘性流體流變試驗(yàn)系統(tǒng)，包括皮帶輸送機(jī)1、連桿3、滑槽4、激光發(fā)射器5、擋板7、第二滑軌8、第一滑軌9、高速攝像機(jī)10、支架11和第三滑軌12。
所述的皮帶輸送機(jī)1設(shè)置在支架11上，用于將粘性流體往擋板7設(shè)置方向傳送。所述的滑槽4設(shè)置在皮帶輸送機(jī)1上，且其上設(shè)有可以控制滑槽坡度的滑槽旋鈕2。滑槽4用于放置粘性流體，并通過坡度調(diào)整來控制粘性流體的剪切力。所述的激光發(fā)射器5通過激光發(fā)射器安裝支架6安裝在滑槽4正上方中間位置，用于向滑槽4中的粘性流體發(fā)射激光。而所述的第二滑軌8設(shè)置在支架11上，所述的連桿3同時(shí)與第二滑軌8和滑槽4側(cè)壁連接，用于在第二滑軌8上移動，從而調(diào)整滑槽4的整體寬度。
所述的第三滑軌12安裝在皮帶輸送機(jī)1上，并與激光發(fā)射器安裝支架6連接，用于實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射器5位置的調(diào)整。所述的擋板7設(shè)置在支架上，并位于滑槽4的一端，用于限制粘性流體的運(yùn)動，使之在滑槽中形成固定形態(tài)的流通區(qū)域。所述的第一滑軌9位于皮帶輸送機(jī)1旁，所述的高速攝像機(jī)10安裝在該第一滑軌9上，并可沿其移動，從而在側(cè)面對準(zhǔn)滑槽4中的流體流動最高勢面，以便與粘性流體反射的激光相對應(yīng)，然后捕捉到粘性流體最高勢面的剖面不同時(shí)刻的流體運(yùn)動影像，進(jìn)而方便利用PIV技術(shù)分析獲得流體最高勢面的速度分布。
本發(fā)明的試驗(yàn)過程如下：
首先，按照試驗(yàn)要求扭動滑槽旋鈕2調(diào)整滑槽4的坡度，并通過第二滑軌8調(diào)整好滑槽4的寬度。然后，將高速攝像機(jī)10滑動到第一滑軌9的中間位置，同時(shí)將激光發(fā)射器5調(diào)整到滑槽4的中間位置。
接著，開啟皮帶輸送機(jī)1，并將皮帶速度調(diào)整至與坡度相匹配的速度(可通過電機(jī)控制調(diào)節(jié))，以便達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的粘性流體與皮帶之間不出現(xiàn)滑移的目的。而后，分別打開高速攝像機(jī)10和激光發(fā)射器5，然后將流體勻速緩慢地放置在滑槽4的中下部位置，由于皮帶輸送機(jī)1向上傳送(即往擋板7設(shè)置方向傳送)，此時(shí)，粘性流體會克服重力向上流動。當(dāng)粘性流體流動到滑槽4上部的擋板7處時(shí)，由于擋板7的限制，流體的運(yùn)動最后會形成固定形態(tài)的堆積區(qū)域，此時(shí)即可觀察和記錄粘性流體在不同時(shí)刻的流動特性。
在上述粘性流體在皮帶輸送機(jī)1上運(yùn)動時(shí)，通過觀察粘性流體的流動特性，調(diào)整高速攝像機(jī)10的位置使之對準(zhǔn)流體流動的最高勢面，同時(shí)調(diào)整激光發(fā)射5的位置使二者相對應(yīng)，激光發(fā)射器5對粘性流體運(yùn)動的最高勢面發(fā)射激光，激光反射后經(jīng)由高速攝像機(jī)10捕捉到最高勢面的剖面不同時(shí)刻的流體運(yùn)動影像，從而獲得最高勢面的速度分布。最后再進(jìn)行流體的PIV分析，獲得粘性流體的流變參數(shù)τc(材料的剪切應(yīng)力，單位為pa)、K(塑性粘度系數(shù))、n(流態(tài)性能指數(shù))，完成粘性流體的流變分析。實(shí)驗(yàn)完成后沖洗試驗(yàn)設(shè)備，然后復(fù)位高速攝像機(jī)10和激光發(fā)射器5，準(zhǔn)備下一次實(shí)驗(yàn)。
本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一種專用于粘性流體流變試驗(yàn)的系統(tǒng)，相比現(xiàn)有設(shè)備來說，其很好地實(shí)現(xiàn)了粘性流體運(yùn)動的模擬及其流變特性的分析。本發(fā)明不僅不會對樣品結(jié)構(gòu)造成破壞，而且能夠應(yīng)用于粒徑較大的剪切速度的流變分析，其分析結(jié)果誤差非常小，有利于實(shí)際工程中對粘性流體流變特性的研究。因此，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)來說，技術(shù)進(jìn)步十分明顯，其具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。
上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式之一，不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的主體設(shè)計(jì)思想和精神上作出的毫無實(shí)質(zhì)意義的改動或潤色，其所解決的技術(shù)問題仍然與本發(fā)明一致的，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。