[发明专利]采用插板法计算沥青材料动态接触角的方法

权利要求书

1.一种采用插板法计算沥青材料动态接触角的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、采用插板法测试沥青材料不同浸入深度h对应天平受力变化值ΔF；

S2、采用线性方程拟合根据不同浸入深度h对应天平受力变化值ΔF数据，并求解模型参数；

S3、根据黏滞力作用下动态接触角的求解方程计算动态接触角：

计算接触角＞90°时，＜90°时，＝90°时在黏滞力作用下的动态接触角大小，具体方法为：

1)接触角＞90°时：

当玻片未浸入试剂时，玻片在Z方向上受力平衡；玻片受到拉力＝玻片重力：

F＝W (1)；

当玻片匀速向下浸入试剂时，若接触角＞90°，液体曲面形状低于水平液面；由于液面内外存在压力差使得玻片浸润深度为h＝h(t)-h₀；其中h₀可以使用公式(2)计算：

此时，玻片在Z方向上受力平衡；

F(t)＝W-F_b+γ_LP_tcosθ_D-F_v (3)；

其中，F(t)表示玻片受到天平施加的拉力；F_b表示液体对玻片施加浮力；W表示玻片自身重力；γ_L表示液体表面张力；F_v表示液体对玻片施加黏滞力；

当玻片底部截面的长宽a、b已知时，液体对玻片的浮力可以表示为：

液体表面张力γ_L在Z方向上的分量可以采用公式(5)计算：

γ_LP_tcosθ＝2(a+b)γ_Lcosθ_D (5)；

液体在玻片表面作用一个黏滞力，黏滞力的计算公式如下所示：

其中，μ是测试试剂的粘度，是x方向即水平上的速度梯度；

因此，将公式(4)—(6)带入公式(3)中，可以得到：

所以，天平施加拉力的变化量ΔF(t)＝F(t)-F可以表示为：

由于玻片匀速浸入试剂，此时可以认为保持不变为一个常数；ΔF(t)可以进一步化简为：

ΔF(t)＝m+kh(t) (9)；

其中m、k分别用公式(10)、公式(11)表示：

在公式(10)和公式(11)中所有参数均为定值，说明ΔF(t)和h(t)之间满足线性关系；将公式(11)带入公式(10)，可进一步化简公式：

通过试验记录不同时刻ΔF(t)和h(t)的数据，并采用线性方程进行数据拟合，可以得到参数m和k；采用规化求解的方法可以计算得到θ_D；

2)接触角＜90°时：

当接触角＜90°时，液体曲面高于水平液面，由于液面内外存在压力差使得玻片浸润深度为h＝h(t)+h₀；

F(t)＝W-F_b+γ_LP_tcosθ_D-F_v (13)；

类似的可以得到：

由于玻片匀速浸入试剂，因此可以认为保持不变为一个常数；ΔF(t)可以进一步化简为：

ΔF(t)＝m+kh(t) (15)；

其中m、k分别用公式(16)、公式(17)表示：

在公式(16)和公式(17)中所有参数均为定值，说明ΔF(t)和h(t)之间满足线性关系；将公式(17)带入公式(16)，可进一步化简公式：

通过试验记录不同时刻ΔF(t)和h(t)的数据，并采用线性方程进行数据拟合，可以得到参数m和k；此时，公式(18)中只含有一个未知数θ_D，采用规化求解的方法可以计算得到θ_D；

3)接触角＝90°时：

当接触角 ＝90°时，此时玻片浸润深度为h＝h(t)，cosθ_D＝0，同理可以得到：