Способ определения вязкости стекла

)ж ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с Щацрг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский институт точной механики и оптики(56) Мещерякова Е.В. и др, Прибор для измерения вязкости кварцевого9 стекла в интервале 10 -10 Пз. - Заводская лаборатория, 1974,4, с. 427 в 4.Евстропьев К.С., Торопов Н.А. Химия кремния и физическая химия силикатов, - М,: Госстройиздат, 1956, с. 486.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ СТЕКЛА(57) Изобретение относится к технике определения вязкости стекол при высоких температурах и может быть использовано для вискозиметрии стекла в интервале вязкости 1010 кг/м;с в установках вытяжки световодов, формируемых штабиковым илифильерным методом, для точного определения вязкости стекол, из которыхформируется волокно. Целью изобретения является упрощение измерений.Измеряют радиус зоны деформации расплава стекломассы. В одном эксперименте осуществляют одновременноеизмерение вдоль длины зоны деформации значение ее радиуса и температуры. Можно рассчитать изменениевязкости вдоль продольной координаты, а так как производится одновременное измерение температуры в точках, где определяется значение радиуса, то получают зависимость вязкости от температуры в течение одногоэксперимента3 ил.Р+Р (х)=Р (х)+РР(х)+Р,(х)+Рсе(х)40где Р(х), Р(х), - соответственноР (х), Р (х), Р (х) силы тяжести,вязкого трения,поверхностногонапряжения,инерции и со 15противлениятрения о воздух50 Сила Р затрачивается на преодоление внутреннего трения и зависит от скорости деформации и вязкости расплава, Можно считать, что в данном случае реализуется простое одноосное растяжение жидкой струи, Такое течение жидкости задается тен эором скоростей деформаций следующего вида 55 Изобретение относится к технике определения вязкости стекол при высоких температурах и может быть использовано для вискозиметрии стекла-Ъ в интервале вязкости 1 О " 1 О к г /м.с в установках вытяжки св е товодов , формируемых шт аб иковым или филь е рным методом , для точного определения в я экости стекол, из которых формирует 0 с я волокно .Цель изобретения - упрощение измерений ,Н а фиг . 1 представлена схема устро йс тв а при работе с цилиндрической 1 5 заготовкой, ре алиэ ующе го предла г аемый способ; н а фи г . 2 - то же, при работе с р ас плав ом ; н а фиг . 3 - фо рма области деформации и распределения температуры вдоль е е длины при вытяж ке волокон .В т е рмо элеме н т е 1 произ водится нагрев цилиндрической заготовки 2 и з исследуемого стекла, которая медленно опускается с постоянной скоростью, 25 или тигля 3 , содержащего филь еру 4 и расплав 5 исследуемого стекла . Расплавленное стекло в воздухе об разует свободную жидкую струю 6, которая по мере охлаждения утончается 30 под действием р астя гив ающе г о усилия Р , создаваемого ,механизмом 7 вытяжки . Уравн ен ие баланса сил , действующих в области деформации, те . в области, где происходит иэм ене н ие радиуса струи, н а расстоянии х вдоль ее длины записывают в следующем виде :1 0 0 О -1/2 О О 0 - 1/2 ачЯах Так как расплав кварцевого стекла является ньютоновской жидкостью, то Р" = - р+2 )и Б, где К - компоненты тензора напряжений (= 1,2,3); Р - давление;- вязкость Ч продольная скорость. Если на свободную поверхность не действуют силы, Р = Р э = О, Учитывая, что1 с;- ач р = -- ,/ Р, находят р =-р -3- 1 фвх ачЭх ф и следовательно Р = 3куда следует, что Р(х) = 3 р (х)К(х)ау(х) Сила поверхностного натяжения появляется вследствие искривления поверхности струи и по закону Лапласа равна Р (х) = 7 К (х) 6 Н(х),где Н(х) - средняя кривизна поверхности струи.+ ( )г 1 1 дК К К дх ах 2 1+( )г б - коэффициент поверхностногонатяжения,Сила инерции затрачивается на ускорение жидкости от некоторой скорости в сечении х до скорости вытяжки волокна в сечении х = 1, т.е. Р,(х) = ГрКг (х) Ч (х) сх. д Ч(х) Зх оПоследнее слагаемое в правой части определяется сопротивлением трения при движении струи в окружающей среде Р(х) = 2Р Х(х)дх,где К - локальное напряжение сдвига,возникающее на поверхноститела, движущегося со скоростью Ч в среде с плотностью лК (х) (х - К (х) 6 к растяжения вт сила тя 1+(аКх )(х) йх силы натяжени несжимаемой ж(Ч К 2) 2к К(х) Эх (Ке-рф-у ах -0,4 о,(Ч, К,5 6 (ц Чо В.2 дк(х) -кГх 7= а х Чц, К(х)Ч К число Рейнольдс- скоросверхном/с;- коэффнц иент кинематическои воздуха, м/с. вяэк 12 Ч СдаС - средний коэффициент гидродинами .ского трения, зависящий от скорости движения тела, геометрии его поверхности и коэффициентакинематической вязкостисреды Э,Значение С можно оценить по фермуле-о,чС= 0,4(ке) , которая получена на основе теории турбулентного погра ничного слоя для неподвижного цилиндра, обдуваемого продольным потоком воздуха.В направлении усилиязоне деформации действуе жести, которая равнх (Х) ар3 После подстановки составляющи я и учитывая, что дидкости Ч( где Ч - скорость подаозону нагрева (скоростьрасплава из фильеры);заготовки (радиус фильоткуда получают уравнение, разрешаяпоследнее равенство относительно1(х). Таким образом, производя в одном эксперименте одновременное измерение вдоль длины зоны деформацииее радиуса К(х) и температуры Т(х),можно рассчитать изменение вязкостивдоль продольной координаты, таккак производится одновременное измерение температуры в точках, г.кеизмерено значение радиуса К(х) и получить зависимость вязкости от температуры,Вязкость определяется из следующего соотношения;(Чо Ко)Вэ х) вязкость расплава стекломассы, кг/мс;скорость подачи заготовки взону нагрева или скоростьистечения стекломассы изфильеры, м/с;радиус заготовки или фильеры, м;усилие вытяжки, создаваемоевытяжным механизмом, Н;плотность расплава стекломассы, кг/м;ускорение свободного падениям/с;продольная координата, м;расстояние от точки х, в которой производится расчетвязкости, до вытяжного ролика, м;радиус зоны деформации, м;коэффициент поверхностногонатяжения, Н/м;плотность воздуха, кг/м; ь воздуха вдоль поти зоны деформации, 1390566П р и м е р. Расчет вязкости расплава стекломассы. Скорость подачизаготовки в зону нагрева Ч, = 8,192110 м/с; радиус заготовки К,0,005 м; усилие растяжения Р= 0,275 Н; скорость газа Ч = 0,5 ьс;расстояние до вытяжного ролика 13,7 м. Плотность кварцевого стекла при 2000 С р = 2210 кг/м; коэффициент поверхностного натяженияб = 0,3 Н/м; физические свойствагаза при этой температуре:2, 88 10 м /с; рс = О, 81 кг/м.Подставив указанные значения параметров в соотношении для расчетар (х) при х = 0,087 м, получают,что вязкость расплава в этой точкеравна 7,52 10 Пз, а следователь 5но, это есть вязкость кварцевого 20остекла при 1960 С (фиг.3). Как видно нз проведенного примера, подобным образом можно определить(Т)в интервале температур 1600-2000 Спутем подстановки продольной координаты, значения функции К(х) и еепроизводной в точке х, так как остальные параметры остаются постоянными. Погрешность определения Р 4 изложенным способом по сравнению сданными для вязкости кварцевого стекла составляет 10-14%.Таким образом, по сравнению сизвестным способом обеспечиваетсяизмерение зависимости вязкости оттемпературы в течение одного экспе.римента и существует воэможность эффективного использования предлагаемого способа в технологии вытяжки оптического волокна.Формула изобретения 40 Способ определения вязкости стекла, преимущественно для выработки оптического волокна в интервале 10 45 10 кг/м с, включающий нагреви измерение усилия растяжения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения измерений, измеряют радиус зоны деформации расплава стекло( массы и определяют вязкость иэ следующего соотношения:(Ке г)04 (Ч К )" д где вязкость расплава стекломассы, кг/м с;скорость подачи заготовки взону нагрева или скоростьистечения стекломассы изфильеры, м/с;радиус заготовки или фильеры, м;усилие растяжения, создаваемое вытяжным механизмом, Н;плотность расплава стекломассы, кг/м;ускорение свободного падения, м/с 2;продольная координата, м;расстояние от точки х, вкоторой производится расчетвязкости, до вытяжного ролика, м;.радиус зоны деформации, м;коэффициент поверхностногонатяжения, Н/м;плотность воздуха, кг/м; К Чо К(х) - число Рейнольдса, с ке скорость воздуха вдоль поверхности эоны деформации,м/с;коэффициент кинематическойвязкости воздуха, м /с.390566 гооо 7800 7600 ЯХ)мм 00 77 Х,И 0 ОО Тяск Корре Тех Редакт гулиц 47 одписн Тир аказ 176 ного я наб а Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4,01п,о ВНИИПИ Государстве по делам изобрет113035, Иосква, Ж,ель Т Букле