Vertikalt fallende ball viskosimeter

Mange metoder kan brukes for å måle viskositeten til en væske. Disse fenomenene er vanligvis basert på ett av tre fenomener - en bevegelig overflate i kontakt med væsken, en gjenstand som beveger seg gjennom væsken, og væsken som strømmer gjennom en resistiv komponent. Disse fenomenene utnytter de tre viktigste viskosimeterne i industrien, nemlig rotasjons- og fallkuleviskosimeter og kapillærviskosimeter. Fallende kuleviskosimeter brukes ofte til å måle viskositeten til newtonske væsker og gasser. Denne metoden anvender Newtons bevegelseslover under kraftlikevekt når den fallende kulen når sin endelige hastighet. I følge Newtons bevegelseslover for en fallende ball er det oppdrift, tyngdekraft og luftmotstand, og disse tre kreftene kommer til en nettokraft på null. Drakraften kan hentes fra Stokes' lov, som er gyldig for Reynolds-tall mindre enn 1.

Fallende ballviskosimeterer godt egnet for å måle viskositeten til væsker, og metoden er beskrevet i internasjonale standarder. I den internasjonale G-standarden skiller metoden seg fra prinsippene beskrevet i Ref. Disse standardene beskriver en skrårørsmetode der dropballrøret helles 10 grader fra vertikalen. I tillegg, for forskjellige dynamiske viskositetsmåleområder, brukes seks kuler med forskjellige diametre, og passende kule kan velges når kulens falltid ikke er mindre enn minimumsfalltiden registrert under testen. Kulens rullende og glidende bevegelse gjennom prøvevæsken er noen ganger plassert i et skråstilt sylindrisk målerør. Viskositeten til prøven er relatert til tiden det tar for ballen å falle en bestemt avstand, og testresultatene er gitt som dynamisk viskositet.

Selv om metoden med fallende ball er godt etablert og beskrevet i internasjonale standarder, er det noe upraktisk å bruke denne typen viskosimeter. For eksempel krever et viskosimeter seks kuler med forskjellige diametre for å måle forskjellige viskositetsområder, og brukeren må kjøre tester for å velge de riktige kulene. Videre er det vanskelig å fastslå hvor den fallende kulen når sin endehastighet, dvs. om avstanden mellom startregistreringslinjen og den innledende droppposisjonen er tilstrekkelig. I tillegg er det skråstilte viskosimeteret 10 grader fra vertikalen; derfor faller ikke bare ballen som treffer bakken, men ruller også. Dette fenomenet er forskjellig fra utledningsbetingelsene for fallende ball-metoden. Derfor er hensikten med denne studien å utvikle en ny metode basert på den tradisjonelle fallende ballmetoden samtidig som man utleder de dynamiske ligningene som beskriver oppførselen til fallende baller i vertikale rør. Siden denne typen viskosimeter er vinkelrett på bakken, omtales det her som et vertikalt fallende ball viskosimeter.