1. 基于六速旋转黏度计读数的PV与YP直接计算

六速读数到 PV/YP 的计算路径

六速旋转黏度计在 600 r/min 与 300 r/min 下的读数(记为 θ₆₀₀、θ₃₀₀,单位:度)是宾汉模型两个流变参数的直接来源。标准公式为:

  • 塑性黏度 PV = θ₆₀₀ − θ₃₀₀,单位 mPa·s(现场惯用 cP,数值相同)
  • 动切力 YP = θ₃₀₀ − PV = 2θ₃₀₀ − θ₆₀₀,单位 Pa(现场惯用 lb/100ft²,需乘 0.4788 换算)

公式的物理含义是:600 r/min 与 300 r/min 的读数差反映纯黏性贡献(剪切速率翻倍带来的额外剪切应力),而 300 r/min 读数扣除黏性部分后剩下的就是宾汉动切力。下面用一组教学示例读数走完整个计算与单位输出过程。

θ₆₀₀ 读数 48 度 θ₃₀₀ 读数 30 度 PV = θ₆₀₀ − θ₃₀₀ 48 − 30 = 18 mPa·s YP = θ₃₀₀ − PV 30 − 18 = 12 lb/100ft² YP 换算为 SI 单位 12 × 0.4788 ≈ 5.75 Pa 最终输出 PV=18 mPa·s,YP=5.75 Pa 结果自检(宾汉模型一致性) ① 回代:PV + YP = 18 + 12 = 30,应等于 θ₃₀₀ 读数 ✔ ② 2θ₃₀₀ − θ₆₀₀ = 60 − 48 = 12,与 YP 一致 ✔ ③ 若 YP 出现负值,说明读数异常或流体偏离宾汉模型,需复测

计算步骤与单位输出

以示例读数 θ₆₀₀ = 48、θ₃₀₀ = 30 为例,按标准流程计算:

  1. 读取 600 r/min 与 300 r/min 的稳定读数,确认仪器已在目标温度下恒温(示例按 25 ℃ 处理)。
  2. 计算塑性黏度:PV = 48 − 30 = 18 mPa·s。
  3. 计算动切力(现场单位):YP = 30 − 18 = 12 lb/100ft²。
  4. 换算为 SI 单位:YP = 12 × 0.4788 ≈ 5.75 Pa。
  5. 回代校验:PV + YP = 30,与 θ₃₀₀ 读数一致,说明计算无误。
单位约定:PV 的 mPa·s 与 cP 数值相等,可直接互换;YP 的 lb/100ft² 与 Pa 之间换算系数为 0.4788(1 lb/100ft² ≈ 0.4788 Pa)。输出结果时必须带单位,避免把 12 与 5.75 混为同一数值。

可复用的计算与校核代码

下面是一段可直接运行的 Python 实现,输入两个读数,输出带单位的 PV、YP,并自动完成回代校验:

def bingham_pv_yp(theta600, theta300):
    """由六速黏度计 600/300 r/min 读数计算 PV 与 YP。
    返回 dict:PV(mPa·s)、YP_lb100ft2、YP_Pa、校验是否通过。"""
    pv = theta600 - theta300                 # mPa·s
    yp_field = theta300 - pv                 # lb/100ft²
    yp_si = yp_field * 0.4788                # Pa
    check = abs((pv + yp_field) - theta300) < 1e-9
    return {
        "PV_mPa_s": pv,
        "YP_lb_100ft2": yp_field,
        "YP_Pa": round(yp_si, 2),
        "check_pass": check,
    }

result = bingham_pv_yp(48, 30)
print(f"PV = {result['PV_mPa_s']} mPa·s")
print(f"YP = {result['YP_lb_100ft2']} lb/100ft² = {result['YP_Pa']} Pa")
print("回代校验:", "通过" if result["check_pass"] else "不通过")

预期输出(由给定输入直接推出):

PV = 18 mPa·s
YP = 12 lb/100ft² = 5.75 Pa
回代校验: 通过
若 YP 计算结果为负值,通常意味着 θ₆₀₀ 相对 θ₃₀₀ 偏大(读数漂移、转子未清洁或流体呈剪切稀释特征明显),此时不应直接报出负动切力,而应复测读数或改用幂律模型描述。

结果判读速查

输出项示例值单位判读要点
PV18mPa·s反映纯黏性阻力,与固相含量、温度相关
YP(现场)12lb/100ft²反映切力结构强度,影响携岩与悬浮
YP(SI)5.75Pa由现场单位乘 0.4788 得到
回代值 PV+YP30—必须等于 θ₃₀₀ 读数