流变学测试技巧和建议 – 流变行为和道路交通 有什么共同之处？

如果您以流变学家的眼光和一点想象力从上方观察 M1 的这一点，它看起来就像一个巨大的同轴圆筒测量几何。在这个环状剪切间隙中，“分散”，其中包含许多 "汽车/颗粒" 大小不同，可以很好地流动，也可以不那么好的流动。

术语“缓慢流动”或“黏度”是什么意思?所有液体都是由分子组成，在分散体的情况下，还包括较大的颗粒。在运动过程中，分子和颗粒被迫沿着彼此滑动。这导致了由内摩擦引起的流动阻力。较大的成分或更高浓度的分子或颗粒会导致更高的流动阻力—样品的黏度会更高。在道路交通中也是如此，整个系统中参与者的集中度是决定是否存在“慢流”甚至交通堵塞的决定性因素。

举例说明为了能够更详细地描述车辆密度的影响，假设以下条件： • 能见度良好 • 道路是干燥的 • 司机行为端正 • 不超过最大速度 • 这是一条平坦的道路，因此没有斜坡需要克服 • 与前方车辆保持 ½ 个车速表读数的最小距离考虑到在这些条件下单车道的交通流量，在低车辆密度下可以实现快速、轻松和愉快的驾驶(图 1)。

如果车辆密度变高，但仍然满足上述所有条件，则需要采取更悠闲的驾驶速度(图 2)。

一旦达到临界车辆密度，且安全距离减小，车流反复停滞。因此，现在车流缓慢，以令人讨厌的步行速度前进(图 3)。与此同时，司机们的压力也显着增加。

如果超过临界车辆密度，且与前方车辆的最小距离接近零甚至最终变为负值，则会发生不可逆的变形(图 4)。对于以下车辆，这意味着：交通堵塞!

是否还有其他因素导致交通缓慢甚至交通拥堵?稳定的交通流是快速、愉快和无压力的移动的最佳保证。如果每个司机的行为都得当，即使车辆密度很高，也有可能取得良好的进展。反之，即使在非关键车辆密度的情况下，也会一次又一次地发生交通拥堵。这是为什么?有两个主要原因：司机意外的急刹车会引起连锁反应，并立即传播开来。然后扰乱了均匀的流动过程。另一个决定性的因素是在多车道道路上频繁变换车道。这通常会引发后续车辆的制动操作。相应地，伴随着大量该类型流道变化，均匀流(流变术语为“层流”)不再存在，湍流不可避免地发生，从而导致流动阻力增加，或流变学术语“更高的黏度”。

对于流变测量，我可以从这些考虑因素中推导出什么?在流变学中，高浓度颗粒或湍流的发生也会导致黏度值的增加。黏度是分子和粒子在流动过程中被迫彼此滑动时的内摩擦。理想情况下，剪切过程中形成层流，样品开始平滑流动(图 5)。但是，样品需要一定的启动时间(时间依赖或瞬态效应)。因此，测量取点时间的选择是非常重要的。

如果测量取点时间太短，则测量间隙内的样品没有被完全剪切，因此不均匀。这会导致黏度值过低，所以不正确。对于低剪切范围内的剪切速率(低于 1 s-1)，以下指导值适用于每个测量点的最短测量时间： 测量取点时间 = 1 / 剪切速率。因此，在 0.1 s-1~ 100 s-1剪切速率范围内，第一个测量取点时间必须选择 10 s，剪切速率为 0.1 s-1。当剪切速率增加时，形成均匀层流所需的时间缩短，因此可以选择越来越短的测量取点时间。因此，在设置对数剪切速率变化时，设置对数坐标测量取点时间是有意义的。这也意味着整个测试不会花费不必要的时间。在上面的示例中，测量时间采取对数取点从 10 s(剪切速率 0.1 s-1)到 1 s(剪切速率 100 s-1)。提示：为确保测量点取点时间足够长，您可以使用 RheoCompass 软件中的所谓稳态性。必要的测量取点时间由仪器自动确定，这取决于样品中形成层流的时间。在这种情况下，测量取点时间单独适应每个测量的样品和剪切速率设置。图 6 显示了过短(曲线 1 和 2)和足够长的测量取点时间 (曲线 3)的悬浮液黏度曲线。

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