【摘要】：粘度的準確測量對于監(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)粘度測量方法僅考慮了液體粘滯效應對傳感結(jié)構(gòu)振動特性的影響,往往忽略了液體彈性的影響,在測量彈性液體(如應用廣泛的聚丙烯酰胺、羥乙基纖維素溶液)粘度時會引入一定誤差。本文提出將管道L模態(tài)導波應用到粘彈性液體粘度測量,試圖明確充液管道導波特性與充液粘度、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量方法,還有力推動了充液管道導波理論的發(fā)展。本文圍繞基于管道L模態(tài)導波的粘彈性液體粘度測量,進行了以下四個方面的研究:(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試系統(tǒng),用于觀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元件的附加剛度、質(zhì)量和阻尼。核心振動部件無需裝配和潤滑,消除了不確定性阻尼/剛度的影響,只保留待測液體的和固定的鉸鏈阻尼/剛度,保證了測試精度,可為計算充液管道導波特性提供基礎(chǔ)液體屬性數(shù)據(jù)和參考。實驗還表明液體附加剛度與儲能模量強烈相關(guān)、附加剛度由液體彈性引起。(2)開發(fā)了基于全局矩陣法的充液管道導波計算程序。用于計算單層和多層圓柱/管導波的相速度-頻率曲線、群速度-頻率曲線、衰減-頻率曲線、位移場分布,通過實驗和有限元仿真驗證了所開發(fā)算法、程序的正確性,是深入分析液體粘彈性對充液管道L導波影響規(guī)律的基礎(chǔ)。(3)針對傳統(tǒng)粘度計精度易受液體彈性影響、常規(guī)L導波頻散對粘度不敏感的問題,通過計算分析提出基于毛細管導波的粘彈性液體粘度測量方法。建立了頻散曲線截止頻率與毛細管內(nèi)徑、液體粘度、密度的數(shù)學關(guān)系。粘度很高或內(nèi)徑很小會使L模態(tài)導波從壓縮主導轉(zhuǎn)為剪切、壓縮共同主導,從而引發(fā)新L導波。小管徑新L導波頻散曲線隨著充液粘度增加而向右伸展并可用截止頻率度量。(4)搭建了毛細管導波法粘度測量系統(tǒng),同時為了克服PZT測量毛細管導波時的選頻性衰減和耦合效率低,提出了工作點可追蹤的高靈敏針形光纖水聽器。實驗證明了毛細管導波頻散曲線截止頻率與充液粘度之間的線性關(guān)系、精密度隨著毛細管直徑的降低而增加、充液毛細管導波對液體粘度敏感而對彈性不敏感,最終實現(xiàn)了基于毛細管導波的粘彈性液體粘度測量。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH836

【參考文獻】

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本文編號：2613439