Vertikaalne langeva palli viskosimeeter

Vedeliku viskoossuse mõõtmiseks saab kasutada paljusid meetodeid. Need nähtused põhinevad tavaliselt ühel kolmest nähtusest – vedelikuga kokkupuutuv liikuv pind, läbi vedeliku liikuv objekt ja takistusliku komponendi kaudu voolav vedelik. Need nähtused kasutavad tööstuses kolme peamist viskosimeetrit, nimelt pöörleva ja langeva kuuliga viskosimeetrit ja kapillaarviskosimeetrit. Newtoni vedelike ja gaaside viskoossuse mõõtmiseks kasutatakse tavaliselt kukkuvaid palliviskosimeetreid. See meetod rakendab Newtoni liikumisseadusi jõu tasakaalus, kui langev kuul saavutab oma lõppkiiruse. Vastavalt Newtoni liikumisseadustele langeva palli jaoks on ujuvus, gravitatsioon ja takistus ning need kolm jõudu saavutavad netojõu nulli. Tõmbejõu saab saada Stokesi seadusest, mis kehtib Reynoldsi arvude puhul, mis on väiksemad kui 1.

Vedelike viskoossuse mõõtmiseks sobivad hästi langeva kuuliga viskosimeetrid ning meetod on rahvusvahelistes standardites kirjeldatud. Rahvusvahelises standardis G erineb meetod viites kirjeldatud põhimõtetest. Need standardid kirjeldavad kaldtoru meetodit, mille puhul kukkumiskuuli toru on vertikaalist 10 kraadi kallutatud. Lisaks kasutatakse erinevate dünaamilise viskoossuse mõõtmisvahemike jaoks kuut erineva läbimõõduga kuuli ning sobiva kuuli saab valida siis, kui kuuli kukkumisaeg ei ole väiksem kui katse ajal registreeritud minimaalne kukkumisaeg. Kuuli veeremine ja libisemine läbi proovivedeliku paikneb mõnikord kaldus silindrilises mõõtetorus. Proovi viskoossus on seotud ajaga, mis kulub kuuli kukkumiseks kindlale kaugusele ja katsetulemused on antud dünaamilise viskoossusena.

Kuigi langeva palli meetod on hästi välja kujunenud ja rahvusvahelistes standardites kirjeldatud, on seda tüüpi viskosimeetri kasutamine mõnevõrra ebamugav. Näiteks viskosimeetri jaoks on erinevate viskoossusvahemike mõõtmiseks vaja kuut erineva läbimõõduga kuuli ning kasutaja peab tegema teste, et valida sobivad kuulid. Lisaks on raske kindlaks teha, kus langev kuul saavutab oma lõppkiiruse, st kas stardisalvestusjoone ja algse kukkumisasendi vaheline kaugus on piisav. Lisaks on kaldtoru viskosimeeter vertikaalist 10 kraadi; seetõttu maad tabanud pall mitte ainult ei kuku, vaid ka veereb. See nähtus erineb langeva palli meetodi tuletustingimustest. Seetõttu on käesoleva uuringu eesmärk välja töötada uus meetod, mis põhineb traditsioonilisel langevate kuulide meetodil, tuletades samal ajal dünaamilised võrrandid, mis kirjeldavad langevate kuulide käitumist vertikaalsetes torudes. Kuna seda tüüpi viskosimeeter on maapinnaga risti, nimetatakse seda siin vertikaalselt langeva kuuliga viskosimeetriks.