[发明专利]流体剪切力发生器

说明书

技术领域

本发明涉及流体实验设备领域，具体地，涉及一种流体剪切力发生器。

背景技术

由于流体剪切力是流体的重要性质之一，因此其与血管疾病研究、聚合物熔体研究和水体净化研究等科研项目有着极为重要联系。现阶段研究流体剪切力的仪器设备主要为流变仪(包括椎板流变仪、平板流变仪、毛细管流变仪等)和流动槽-剪切力测压管等，前者产生的流体剪切力大小具有稳定均匀、易调节及数据测量精度高的优点，但是也存在价格高、容积小等局限性，限制了其应用空间；而后者虽然具有制作简单和成本低的优点，但是产生的流体剪切力大小却具有流动不均匀、调节缓慢且不准确和数据测量有限(其中的剪切力测压管只能测定流体中某一面的流体剪切力)的缺点，对真实情况的仿真度有限。

针对上述现有研究流体剪切力的仪器设备的局限性，有必要提供一种新型的、用于研究流体剪切力的仪器设备，不但能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小，还可使其具有结构简单、成本低、产生流体剪切力稳定、容积大和易调节的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。

发明内容

针对前述现有仪器设备的局限性，本发明提供了一种流体剪切力发生器，其不但能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小，还具有结构简单、成本低、产生流体剪切力稳定、容积大和易调节的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。

本发明采用的技术方案,提供了一种流体剪切力发生器，包括支撑架、固定桶、旋转桶、旋转轴和立式旋转驱动部件；所述固定桶位于所述支撑架的上部，所述立式旋转驱动部件位于所述支撑架的下部，所述旋转桶位于所述固定桶的内部且与所述固定桶同轴，所述旋转轴的上端穿过处于所述固定桶底部中心的圆孔并轴连接所述旋转桶的底部，所述旋转轴的下端轴连接所述立式旋转驱动部件。所述流体剪切力发生器构成同轴圆筒式结构，其中，由所述固定桶和所述旋转桶围成的间隙空间即为实验仓，用于容纳各种实验液体；所述立式旋转驱动部件用于通过所述旋转轴驱动所述旋转桶在所述固定桶中实现同轴心线旋转，进而带动所述实验仓中的实验液体，并产生具有一定流速的流体，同时可根据实验液体的粘度系数、旋转角速度、固定桶的内径和所述旋转桶的外径精确获取各处流体剪切力的大小。由于流体剪切力的大小与所述旋转轴的转速的呈线性关系，因此通过所述流体剪切力发生器，能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小。同时还具有结构简单和成本低的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。

具体的，由所述固定桶和所述旋转桶围成的实验仓的径宽比λ不小于25：1；所述径宽比式中，R₁为所述固定桶(2)的内径，R₂为所述旋转桶(3)的外径。由于实验仓的所述径宽比设计为足够大，可使处于所述实验仓中流体的流体剪切力，在同一转速下且从所述旋转桶外侧面到所述固定桶内壁面方向的变化率不高于4％，从而可使产生的流体剪切力保持良好的稳定，进而更好地模拟自然状态下的流体剪切。进一步具体的，所述旋转桶的外径R₂不小于250mm。通过对所述旋转桶外径大小的设置，可使所述实验仓具有足够大的容积，进而容纳足够体积的实验液体进行研究。详细的，所述旋转桶的外径R₂为280mm，且所述径宽比λ为28：1。

具体的，所述立式旋转驱动部件包括电动机和电动机变频控制器；所述电动机立式放置并轴连接所述旋转轴的下端，同时电性连接所述电动机变频控制器。所述电动机变频控制器用于实现对电动机旋转频率的人工控制，进而通过控制所述旋转轴的转速，快速且精确地调节流体剪切力的大小。进一步具体的，所述电动机通过减速器和/或联轴器轴连接所述旋转轴的下端。

具体的，所述旋转轴的上端与所述固定桶之间使用TC型密封圈实现旋转密封。

具体的，所述支撑架由顶板、底板和若干根支撑杆构成；所述固定桶固定在所述顶板的中心区域，所述立式旋转驱动部件固定在所述底板的上表面上。进一步具体，所述顶板、所述底板和所述支撑杆均由钢材质制成。

具体的，所述固定桶和/或所述旋转桶由亚克力材质制成。

综上，采用本发明所提供的流体剪切力发生器，具有如下有益效果：(1)能够产生流体剪切力呈线性变化的流体，并精确获取各处流体剪切力的大小；(2)具有结构简单、成本低、产生流体剪切力稳定、容积大和易调节的优点，进而能够广泛被应用于各类流体的剪切力实验。

附图说明