德博拉数
流变学中的无量纲量
德博拉数De(Deborah number):是流变学中的一个无量纲量,用来描述材料在特定条件下的流动性,最早是由以色列理工学院的教授马库斯·莱纳所提出。可以作为衡量流体粘弹性的参数之一。定义为在观察条件下,材料力学响应的弛豫时间和观察时间之间的比值。
基本信息
流变学标数:德博拉数De = 材料的特征弛豫时间/过程进行时间 = 松弛时间/观察时间
这个无量纲数把固体和流体带进了一般化的概念中,借此可以判断某个力学条件下材料力学响应是固体的,还是流体的。驰豫时间表示一材料反应施力或形变时所需要的时间,观测时间尺度是指探索材料反应的实验(或电脑模拟)的时间尺度。德博拉数中整合了材料的弹性及粘滞度。若德博拉数越小,材料特性越接近流体,其运动越接近牛顿粘性流。若德博拉数越大,材料特性主要以弹性为主,德博拉数非常高时,材料特性接近固体。
表征特点
聚合物
研究概述
水溶性高分子物在三次采油中的应用日益广泛,高分子溶液在孔隙介质中流变特性的研究已成为三采技术攻关的重要方面。该研究结果表明,高分子稀溶液在孔隙介质中流动时,在低剪切速率下表现为假塑性流体,在高剪切速率下则表现出粘弹性流休的特性,油田化学工作者关心的是对于粘弹性的确认和发生该转变的临界条件。
众所周知,德博拉数De是表征流休粘弹性的流变参数,De值愈大,则流体的粘弹性愈强。德博拉数的定义为:
式中θf为流体的松弛时间,θt为过程时间。De可通过实验测定,亦可用半经验公式计算求出。由实验测定第一法向应力差得出的De值准确可靠。但聚合物稀溶液休系的值太小,在一般流变仪上测不出。用半经验公式计算De虽然简便,但往往由于误差大而应用范围有限。
该研究的主要工作是:一、对威森堡流变仪进行了改装,用改装的仪器实测了聚丙烯酞胺稀溶液的第一法向应力差,求出了相应的德博拉数,同时得到了体系由假塑性流体转变为粘弹性流体的临界德博拉数De0;二、对以Zimm分子理论为基础推导出的计算德博拉数的半经验公式的准确性及适用范围进行了探讨。
研究结论
(1)德博拉数,尤其是临界德博拉数,是非牛顿流体具有粘弹性的有力判据,对三次采油过程及机理研究有重要意义。
(2)用改装的威森堡锥板流变仪测定聚合物稀溶液的第一法向应力差,惯性力引起的误差很小,测定结果准确、可靠,可据以计算体系的德博拉数。
(3)在本工作中测得部分水解聚丙烯酸胺(样品P-11)稀水溶液的临界德博拉数De0=0.05。
(4)Bird和Durst的计算德博拉数的半经验公式只适用于中等分子量的聚丙烯酷胺稀水溶液,对于特高分子量或浓度较高的聚合物水溶液,其误差甚大,宜慎用。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 13:39
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