Введение к работе
Актуальность работы. В теориях жидкостей Френкеля и др. период релаксации оценивается на основании скорости самодиффузии, приравниванием г к времени оседлого существования отдельных молекул. Такие подсчеты дают для маловязких жидкостей значения т порядка 10'10 - 10"" сек.[1,2]. Следовательно, для таких жидкостей сдвиговая упругость могла быть обнаружена именно при этих же периодах сдвиговых колебаний и меньше.
Однако, в работах Базарона, Деряпша, Булгадаева было доказано, что все жидкости обладают измеримым значением сдвиговой упругости при частоте сдвиговых колебаний 10 Гц. Таким образом, эксперимент опровергает значения периода релаксации сдвиговых напряжений, полученных на основании рассмотрения скорости самодиффузии. Это говорит о том, что в жидкостях существует неизвестная ранее низкочастотная вязкоупругая релаксация, определяемая, по-видимому, коллективными взаимодействиями больших групп молекул. Было также обнаружено, что тангенс угла механических потерь для всех исследованных жидкостей меньше 1. В соответствии с реологической моделью Максвелла это означает, что частота релаксации этого процесса ниже частоты эксперимента. Поэтому для полного понимания природы данного вязкоупругого релаксационного процесса в дальнейшем необходимы систематические исследования, в частности в зависимости от частоты и температуры.
Таким образом, изучение структуры жидкостей, выявление природы релаксационных процессов, протекающих в них, имеют важное фундаментальное значение для развития представлений о природе жидкого состояния вещества.
Целью работы является исследование низкочастотных вязкоупругих свойств жидкостей акустическим резонансным методом при частоте сдвиговых воздействий 40 кГц. В качестве объектов исследования были выбраны различные по вязкости и строению жидкости. Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач: 1. Создание экспериментальной установки для применения резонансного
метода исследования на частоте 40 кГц. I. Измерение комплексного модуля сдвига жидкостей при частоте сдвиговых
колебаний 40 кГц. 3. Исследование вязкоупругих свойств смесей растворов природных
полимеров и пропиточных растворов. 1. Построение приближенной модели вязкоупругого поведения жидкостей при
низких частотах. Диссертация выполнена в соответствии с научным направлением 'Радиофизика и электроника, акустика" Отдела физических проблем при Ірезидиуме Бурятского научного центра СО РАН.
Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в ом, что впервые: . Создана экспериментальная установка для исследования вязкоупругих
свойств жидкостей при частоте 40 кГц.
-
Резонансным акустическим методом при 40 кГц получены основные вязкоупругие характеристики жидкостей: низкочастотный комплексный модуль сдвига и тангенс угла механических потерь.
-
Показано, что с уменьшением частоты (с 74 кГц до 40 кГц) модуль сдвига жидкостей уменьшается, а тангенс угла механических потерь растет, оставаясь меньше 1.
-
Для трактовки низкочастотной сдвиговой упругости жидкостей предложена кластерная модель.
Практическая ценность.
-
Полученные результаты полезны при совершенствовании технологии пропитки пористо-капиллярных твердых тел, в частности древесины, так как большинство технологических процессов существенно зависит от вязкоупругих свойств пропиточных растворов (креозота, битума и пека в дизельном топливе).
-
Полученная информация о механических характеристиках исследованных жидкостей, широко использующихся в современной технике, в частности, в виде смазочных веществ, может быть полезна для создания эффективных смазок, повышающих надежность машин.
-
Проведенные эксперименты по исследованию низкочастотной сдвиговой упругости жидкостей имеют важное значение для прогнозирования ряда практически важных свойств этих систем.
На защиту выносятся:
-
Разработанная и созданная экспериментальная установка для исследования вязкоупругих свойств жидкостей акустическим резонансным методом при частоте 40 кГц.
-
Новые экспериментальные данные по модулю сдвиговой упругости, по тангенсу угла механических потерь и по эффективной вязкости для различных жидкостей при частоте 40 кГц.
-
Установление зависимостей вязкоупругих свойств исследованных жидкостей от частоты, концентрации, температуры и амплитуды воздействия.
-
Экспериментальное установление факта экстремального поведения модуля сдвиговой упругости и тангенса угла механических потерь при повышении концентрации смеси растворов природных полимеров.
-
Экспериментальные результаты, показывающие существенное уменьшение модуля упругости и вязкости пропиточных растворов с увеличением амплитуды сдвигового периодического воздействия.
-
Кластерная модель, согласно которой низкочастотный вязкоупругий релаксационный процесс обусловлен наличием динамически* микронеоднородностей в структуре жидкостей.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы были представлены нг следующих конференциях и семинарах: на региональной научной конференции "Исследования в области молекулярной физики" (Улан-Удэ, 1994, 1996 гг.)
международной научной конференции "Достижения в области гетерогенных сред" (Москва, 1995 г.), VI и X сессиях Российского Акустического Общества (Москва, 1997, 2000 гг.), 9-й Сибирской школе молодых ученых (Новосибирск, 1998 г.), научном семинаре Акустического института РАН "Акустика неоднородных сред" (Москва 1999 г.), на Байкальской школе по фундаментальной физике (Иркутск, 1999 г.), на II конгрессе Словенского акустического общества (Любляна, 2000 г.), на ежегодных сессиях БИЕН СО РАН и ОФП БНЦ СО РАН, ВСГТУ, БГУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Структура її объем диссертации.
Диссертация состоит из введения и 4 глав с выводами, заключения и списка литературы. Содержит 108 страниц текста, 28 рисунков, 12 таблиц. Список литературы состоит из 143 наименований.
