Függőleges leeső golyós viszkoziméter

A folyadék viszkozitásának mérésére számos módszer alkalmazható. Ezek a jelenségek általában a három jelenség egyikén alapulnak: a folyadékkal érintkező mozgó felületen, a folyadékon áthaladó tárgyon és az ellenállási komponensen átáramló folyadékon. Ezek a jelenségek az ipar három fő viszkoziméterét használják fel, nevezetesen a rotációs és leeső golyós viszkozimétereket és a kapilláris viszkozimétereket. Newtoni folyadékok és gázok viszkozitásának mérésére általában a golyós viszkozimétereket használják. Ez a módszer a Newton-féle mozgástörvényeket alkalmazza erőegyensúly mellett, amikor a leeső golyó eléri végső sebességét. A Newton-féle mozgástörvények szerint a zuhanó labdák esetében létezik felhajtóerő, gravitáció és légellenállás, és ez a három erő nulla nettó erővel érkezik. A légellenállási erő a Stokes-törvényből adódik, amely 1-nél kisebb Reynolds-számokra érvényes.

A zuhanógolyós viszkoziméterek jól alkalmasak folyadékok viszkozitásának mérésére, a módszert nemzetközi szabványok írják le. A G nemzetközi szabványban a módszer eltér a Ref. Ezek a szabványok egy ferde csőmódszert írnak le, amelyben a cseppgolyós cső a függőlegeshez képest 10 fokkal meg van dőlve. Ezenkívül a különböző dinamikus viszkozitás mérési tartományokhoz hat különböző átmérőjű golyót használnak, és a megfelelő golyót akkor lehet kiválasztani, ha a golyó esési ideje nem kisebb, mint a vizsgálat során feljegyzett minimális esési idő. A golyó gördülő és csúszó mozgása a mintafolyadékon néha egy ferde hengeres mérőcsőben található. A minta viszkozitása összefügg azzal az idővel, amely alatt a golyó egy adott távolságra esik, és a vizsgálati eredményeket dinamikus viszkozitásként adjuk meg.

Bár a leeső golyós módszer jól bevált és le van írva a nemzetközi szabványokban, az ilyen típusú viszkoziméterek kezelése kissé kényelmetlen. Például egy viszkoziméterhez hat különböző átmérőjű golyóra van szükség a különböző viszkozitási tartományok méréséhez, és a felhasználónak teszteket kell futtatnia a megfelelő golyók kiválasztásához. Továbbá nehéz meghatározni, hogy a leeső golyó hol éri el végsebességét, azaz elegendő-e a távolság a kezdő rögzítési vonal és a kezdeti leejtési helyzet között. Ezenkívül a ferde csöves viszkoziméter 10 fokkal van a függőlegeshez képest; ezért a földet érő labda nemcsak leesik, hanem el is gurul. Ez a jelenség eltér a leeső labda módszer származtatási feltételeitől. Ezért jelen tanulmány célja egy új módszer kidolgozása, amely a hagyományos ejtőgolyós módszeren alapul, miközben levezeti a függőleges csövekben lehulló golyók viselkedését leíró dinamikus egyenleteket. Mivel ez a típusú viszkoziméter merőleges a talajra, itt függőleges leeső golyós viszkoziméternek nevezzük.