如何正确地进行剪切流变测试(19)

3.5 测试中常见问题IV：二次流的影响
在稳态或瞬态测试中，高剪切速率时，由于流动不稳定性的影响可能导致剪切流场出现失稳，造成二次流的出现[24,35~37]，使得剪切流变仪测试中剪切流场单一性的基本假设失效. 二次流叠加在剪切流场上，会增加仪器测量的扭矩，导致测试样品的表观黏度突然增加. 研究表明，对于不同夹具，均可出现二次流. 下面我们将对同轴圆筒、锥板和平板3种夹具的几何流场出现二次流的边界条件进行阐述，并通过实例展示二次流对实验数据的影响.
3.5.1 同轴圆筒夹具二次流边界条件
泰勒给出了牛顿流体在同轴圆筒夹具的测量过程中失稳的临界条件[38~40]：可避免Taylor-Couette涡流出现的稳定区间的泰勒数Ta满足：

其中R1和R2分别为同轴圆筒夹具中流体的内径和外径(如图2所示)，而同轴圆筒夹具的剪切速率为：γ= ΩKγ≈ ΩR1/(R2 R1)，由此可以得到避免Taylor流的条件：

3.5.2 锥板和平板夹具二次流边界条件
锥板和平板具有不同于同轴圆筒的边界条件，其产生二次流的一个主要原因是离心作用：即高速转动的板附近的流体产生沿着半径方向向外的速度分量，同时诱发静止板附近的流体向内流动(如图4所示). 对于锥板和平板夹具，雷诺数Re可定义为[41]：