[화학공학실험] Viscosity 실험(1)

목차

Ⅰ. 실험목적
Ⅱ. Data & Result
Ⅲ. Discussion
Ⅳ. Reference

본문내용

Ⅲ. Discussion
이번 실험은 cone & plate 점도계를 이용하여 Newtonian fluid와 Non-Newtonian fluid의 viscosity, shear stress, shear rate간의 관계에 대해 고찰하는 실험과 고분자 용액의 intrinsic viscosity를 측정하여 고분자의 분자량과 intrinsic viscosity의 관계를 알아보는 실험으로 진행됐다.
실험1의 Ethylene glycol을 사용한 실험은 RPM을 서로 달리하여 5개의 Data를 얻었다. Data를 바탕으로 shear rate과 viscosity, shear rate과 shear stress사이의 관계를 MATLAB을 이용하여 fitting했다.

그 결과 [그림2]에서 1st order polynomial로 fitting했을 때 기울기가 –0.001287인 1차 함수를 얻을 수 있었다. 이 값은 매우 작으므로 0으로 근사하게 되면 상수함수가 되고 이는 [그림8]에서 보는 바와 같이 Newtonian Fluid의 경향과 일치한다. [그림3]에서 shear rate의 증가에 따라 shear stress의 값도 선형으로 증가함을 볼 수 있는데 이 때 1차 함수의 y절편은 0.007099로 이 값 또한 0으로 근사가 가능하다. 이 또한 [그림9]에서 보는 바와 같이 그 경향이 일치한다. 따라서 Ethylene glycol은 Newtonian fluid라고 판단할 수 있다.
실험1의 Xanthan gum을 이용한 실험은 RPM을 서로 달리하여 6개의 data를 얻었다. Data를 바탕으로 shear rate과 viscosity, shear rate과 shear stress사이의 관계를 fitting했다.

[그림5]에서 Power law로 fitting했을 때, (Power Law)에서 m=136.3, n=0.4518을 갖는 그래프를 얻었다. 이때 n<1이므로 위의 [그림8]에서 pseudo-plastic과 같은 경향성을 보인다.

참고자료

· Transport Phenomena(2nd edition)/R.byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N.Lightfoot(이재욱 번역)/범한서적
· Determination of intrinsic viscosities of macromolecules and nanoparticles. Comparison of single-point and dilution procedures /Received: 15 May 2008 / Revised: 9 June 2008 / Accepted: 11 June 2008 /Published online: 6 July 2008/© Springer-Verlag 2008
· Fluid Mechanics for Chemical Engineers with Microfluidics and CFD (2nd Edition) / James O. Wilkes / Prentice Hall PTR, 1999
· The Wells-Brookfield Cone/Plate Digital Viscometer Operating Instructions / Brookfield Engineering Laboratories, INC / p9
· VISCOSITY-MOLECULAR WEIGHT RELATIONSHIPS, INTRINSIC CHAIN FLEXIBILITY, AND DYNAMIC SOLUTION PROPERTIES OF GUARGALACTOMAN/ /Received February 8th 1982: accepted for publication, February 15th, 1982
· The Temperature Dependence of the Viscoelastic Behavior of Poly(vinyl acetate) /Article in Polymer Journal · January 1980 / DOI: 10.1295/polymj.12.43