Акустический реометр

Акустический реометр — это устройство, используемое для измерения реологических свойств жидкостей , таких как вязкость и эластичность, с помощью звуковых волн . Он работает путем генерации акустических волн в жидкости и анализа изменений в распространении волн, вызванных реологическим поведением жидкости. Акустический реометр использует пьезоэлектрический кристалл для генерации акустических волн, прикладывая осциллирующее напряжение растяжения к системе . Реакцию системы можно интерпретировать с точки зрения реологии растяжения .

Эта интерпретация основана на связи между реологией сдвига , реологией растяжения и акустикой . Связь между этими научными дисциплинами была подробно описана Литовицем и Дэвисом в 1964 году. ^[1]

Хорошо известно, что свойства вязкоупругой жидкости характеризуются в реологии сдвига модулем сдвига G , который связывает напряжение сдвига T _ij и деформацию сдвига S _ij.

{T_{ij}=G\cdot S_{ij}}

Существует аналогичная линейная зависимость в реологии растяжения между напряжением растяжения P , деформацией растяжения S и модулем растяжения K :

{P=-K\cdot S}

Подробный теоретический анализ показывает, что распространение звука или ультразвука через вязкоупругую жидкость зависит как от модуля сдвига G, и от модуля растяжения K. так ^[2]^[3] Удобно ввести комбинированный продольный модуль М :

M=M'+M''=K+{\frac {4}{3}}G

Существуют простые уравнения, которые выражают продольный модуль через акустические свойства, скорость звука V и затухание α.

M'=\rho \cdot V^{2}

M''={\frac {2\rho \alpha V^{3}}{\omega }}

Акустический реометр измеряет и затухание ультразвука для звука набора частот мегагерцового скорость диапазона. Эти измеримые параметры можно преобразовать в действительную и мнимую составляющие продольного модуля .

Скорость звука определяет М', которая является мерой эластичности системы . Его можно преобразовать в сжимаемость жидкости .

Затухание определяет М", которая является мерой вязких свойств, диссипации энергии . Этот параметр можно рассматривать как вязкость при растяжении.

В случае ньютоновской жидкости затухание дает информацию об объемной вязкости . Закон Стокса (затухание звука) обеспечивает связь между затуханием , динамической вязкостью и объемной вязкостью ньютоновской жидкости.

Этот тип реометра работает на гораздо более высоких частотах, чем другие. Он подходит для изучения эффектов с гораздо более коротким временем релаксации , чем любой другой реометр.

Ссылки

^ Литовиц, Т.А. и Дэвис, К.М. В «Физической акустике», под ред. В.П.Масон, том. 2, глава 5, Academic Press , Нью-Йорк (1964).
^ Морс, П.М. и Ингард, КУ «Теоретическая акустика», Princeton University Press (1986)
^ Духин А.С. и Гетц П.Дж. «Характеристика жидкостей, нано- и микрочастиц и пористых тел с помощью ультразвука» , Elsevier, 2017. ISBN 978-0-444-63908-0

См. также

Реология

[1] Литовиц, Т.А. и Дэвис, К.М. В «Физической акустике», под ред. В.П.Масон, том. 2, глава 5, Academic Press , Нью-Йорк (1964).

[2] Морс, П.М. и Ингард, КУ «Теоретическая акустика», Princeton University Press (1986)

[Dukhin-3] Духин А.С. и Гетц П.Дж. «Характеристика жидкостей, нано- и микрочастиц и пористых тел с помощью ультразвука» , Elsevier, 2017. ISBN 978-0-444-63908-0

[1]

[2]

[3]