Viskozimetar sa vertikalnim padajućim kuglicama

Za mjerenje viskoznosti tekućine mogu se koristiti mnoge metode. Ovi fenomeni se obično zasnivaju na jednom od tri fenomena - pokretnoj površini u kontaktu sa fluidom, objektu koji se kreće kroz fluid i fluidu koji teče kroz otpornu komponentu. Ovi fenomeni koriste tri glavna viskozimetra u industriji, a to su viskozimetri s rotirajućim i padajućim kuglicama i kapilarni viskozimetri. Viskozimetri sa padajućim kuglicama se obično koriste za mjerenje viskoziteta njutnovskih tekućina i plinova. Ova metoda primjenjuje Newtonove zakone kretanja pod ravnotežom sila kada lopta koja pada dostigne svoju konačnu brzinu. Prema Newtonovim zakonima kretanja za loptu koja pada, postoje uzgona, gravitacija i otpor, a ove tri sile stižu do neto sile nula. Sila otpora može se dobiti iz Stokesovog zakona, koji vrijedi za Reynoldsove brojeve manje od 1.

Lopta koja padaviskozimetrisu pogodni za mjerenje viskoziteta fluida, a metoda je opisana u međunarodnim standardima. U međunarodnom standardu G, metoda se razlikuje od principa opisanih u Ref. Ovi standardi opisuju metodu nagnute cijevi u kojoj je cijev s kuglicom nagnuta 10 stepeni od vertikale. Osim toga, za različite dinamičke opsege mjerenja viskoznosti koristi se šest kuglica različitih promjera, a odgovarajuća kugla se može odabrati kada vrijeme pada lopte nije manje od minimalnog vremena pada zabilježenog tokom testa. Kotrljanje i klizanje lopte kroz tečnost uzorka ponekad se nalazi u kosoj cilindričnoj mjernoj cijevi. Viskoznost uzorka povezana je s vremenom koje je potrebno da lopta padne na određenu udaljenost, a rezultati ispitivanja su dati kao dinamički viskozitet.

Iako je metoda padajuće kugle dobro uspostavljena i opisana u međunarodnim standardima, rukovanje ovom vrstom viskozimetra je donekle nezgodno. Na primjer, viskozimetar zahtijeva šest kuglica različitog promjera za mjerenje različitih raspona viskoznosti, a korisnik mora izvršiti testove kako bi odabrao odgovarajuće kuglice. Nadalje, teško je odrediti gdje lopta koja pada dostiže svoju krajnju brzinu, odnosno da li je udaljenost između početne linije snimanja i početne pozicije pada dovoljna. Pored toga, kosi cevni viskozimetar je 10 stepeni od vertikale; stoga lopta koja udari o tlo ne samo da pada, već se i kotrlja. Ovaj fenomen se razlikuje od uslova derivacije metode padajuće lopte. Stoga je svrha ove studije razviti novu metodu zasnovanu na tradicionalnoj metodi padajuće kugle uz izvođenje dinamičkih jednadžbi koje opisuju ponašanje padajućih kuglica u vertikalnim cijevima. Budući da je ova vrsta viskozimetra okomita na tlo, ovdje se spominje kao viskozimetar s vertikalnom padajućom kuglom.