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。
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:
- 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)。
- 计算塑性黏度:PV = 48 − 30 = 18 mPa·s。
- 计算动切力(现场单位):YP = 30 − 18 = 12 lb/100ft²。
- 换算为 SI 单位:YP = 12 × 0.4788 ≈ 5.75 Pa。
- 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 |
|---|---|---|---|
| PV | 18 | mPa·s | 反映纯黏性阻力,与固相含量、温度相关 |
| YP(现场) | 12 | lb/100ft² | 反映切力结构强度,影响携岩与悬浮 |
| YP(SI) | 5.75 | Pa | 由现场单位乘 0.4788 得到 |
| 回代值 PV+YP | 30 | — | 必须等于 θ₃₀₀ 读数 |