错位平行板流变仪中的牛顿流体动力学

平行板旋转流变仪通过使顶板相对于底板旋转以在流体上诱导剪切，并测量由此产生的力矩与力随诱导转速的变化来测量流体黏度。制造缺陷常导致流变仪平板非预期错位，即顶板和底板不完美平行，这种错位会影响流变仪内流体动力学。本研究考察在小流变仪间隙高度极限下，错位对牛顿流体黏度测量的影响。利用微扰展开推导了小间隙高度错位流变仪中一般牛顿流体行为的理论模型。理论结果表明，在小间隙高度下，错位会在流体中产生额外的二次速度分量与压力，从而影响流变仪中的力与力矩。在此类小雷诺数情况下，作用于流变仪顶板的主要力与力矩为：平行于倾斜轴的黏性力、在垂直于倾斜轴且位于横截面平面内的压力力矩，以及沿流变仪高度方向的黏性力矩。发现顶板上的这些力与力矩随错位倾斜角增大而增加，导致流变仪以更大幅度低估流体黏度。三维数值模拟验证了理论预测。