垂直旋轉流變儀之穩態流變參數檢定

Abstract

本研究主要以數學理論推導再配合實驗分析數據、檢定參數，目的是了解在垂直旋轉式流變儀中穩態流體之流變關係，理論方面由賓漢流體模式作為本構關係式，將流體分為強剪層與弱剪層，在穩態二維不可壓縮的假設下，應用長波理論並正規化控制方程式與邊界條件進行尺度分析簡化方程式，計算求得各變數之第零階解，推導得到流體在垂直旋轉式流變儀中的流變參數檢定公式，並使用該檢定式研究高嶺土漿體在流變儀中的流變特性，最後分析得到的結果，希望能對未來土石流相關研究有所幫助。實驗方面流變儀中高嶺土漿體流況會受到體積、轉速、濃度影響，觀察高嶺土溶液在垂直旋轉式流變儀的運動型態並記錄流變參數檢定所需相關數據，實驗體積分為6000ml、9000ml、12000ml三種，濃度範圍為20%~50%，轉速範圍從3.5rpm 到43rpm ，流況分類依據為艾(2009)研究中對高嶺土溶液運動型態的定義。實驗結果分析顯示，高嶺土漿體在流變儀中的流變參數會與高嶺土溶液的重量百分濃度呈正相關，不同的實驗體積並不影響流變參數，運動型態分析上，較大的體積流況的穩定與不穩定分界點出現在較高的濃度，最後根據流變參數檢定式繪出最大流深、最大流深角度、密度、半徑、降伏剪應力之無因次關係圖，以供參數檢定工作之使用。