Ｊａｎ．２０１７ 精细与专用化学品 第２５卷第１期

·１８· ＦｉｎｅａｎｄＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｈｅｍｉｃａｌｓ ２０１７年１月

应用科技

非牛顿型飞机除冰／防冰液黏度影响因素分析

吴海涛，彭华乔，张帆，夏祖西，苏正良

（中国民航局第二研究所，四川 成都６１００４１）

摘 要：飞机除冰／防冰液是一种重要的航空化学品， 其中非牛顿型飞机除冰／防冰液黏度是其一项关键理化指标。黏度的大小直接影响到其防冰性能和空气动力学性能， 对飞机运行安全有着直接的影响。通过对非牛顿型飞机除冰／防冰液在不同温度、不同转速、不同浓度、不同静置时间条件下的黏度进行测试， 并对结果进行了分析及曲线拟合研究。结果表明，非牛顿型飞机除冰／防冰液具有剪切变稀且难以恢复的特性， 同时黏度对温度、浓度、转速等因素具有很大的敏感性，并给出了黏度对温度和转速影响因素的拟合曲线。

关键词：除冰／防冰液；黏度；航空器；安全

中图分类号：Ｕ８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８－１１００ （２０１７）０１－００１８－０４

ＤＯＩ：１０．１９４８２／ｊ．ｃｎ１１－３２３７．２０１７．０１．０３

Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｎｏｎ－ｎｅｗｔｏｎｉａｎｄｅ－ｉｃｉｎｇ／ａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇ ｆｌｕｉｄｓｖｉｓｃｏｓｉｔｙ

ＷＵ Ｈａｉ－ｔａｏ，ＰＥＮＧ Ｈｕａ－ｑｉａｏ，ＺＨＡＮＧＦａｎ，ＸＩＡＺｕ－ｘｉ，ＳＵＺｈｅｎｇ－ｌｉａｎｇ

（ＴｈｅＳｅｃｏｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＡＡＣ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅ－ｉｃｉｎｇ／ａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇｆｌｕｉｄｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔａｖｉａｔｉｏｎｃｈｅｍｉｃａｌｓ．Ｆｏｒｎｏｎ－ｎｅｗｔｏｎｉａｎｄｅ－ｉｃｉｎｇ／ａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇｆｌｕ－ ｉｄ，ｉｔｓｖｉｓｃｏｓｉｔｙｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｅｆｆｅｃｔｓｔｈｅａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒ－ ｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈｅｆｆｅｃｔｓｔｈｅｆｌｉｇｈｔｓａｆｔｙｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆｄｅ－ｉｃｉｎｇ／ａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇｆｌｕｉｄｓａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｓｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈａｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｓｔａｎｄｉｎｇｔｉｍｅ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓ ｔｈａｔｎｏｎ－ｎｅｗｔｏｎｉａｎｄｅ－ｉｃｉｎｇ／ａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇｆｌｕｉｄｉｓａｓｈｅａｒ－ｔｈｉｎｎｉｎｇｆｌｕｉｄ，ａｎｄｃａｎｎｏｔｒｅｃｏｖｅｒ，ｅｖｅｎａｆｔｅｒｌｏｎｇｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｉｍｅ．Ｉｔａｌｓｏｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｉｓｈｉｇｈｌｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄ．Ａｃｃｏｒｄ－ ｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｖｉｓｃｏｓｉｔｙｗｉｔｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄ，ｔｈｅｆｉｔｔｅｄｃｕｒｖｅｓｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅ－ｉｃｉｎｇ／ａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇｆｌｕｉｄｓ；ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；ａｉｒｃｒａｆｔ；ｓａｆｅｔｙ

航空用化学品种类繁多，应用广泛。飞机除冰／防冰液是航化产品中一类非常值得关注的产品，它与冬季航空运行安全有着直接的关系。飞机在冬季过站或机场过夜时，外表面均可能凝结冰、雪、霜等，会使飞机外表变得粗糙，阻力增加，升力减小，严重时还会使飞行姿态难以控制，极易导致飞行事故［１］，给飞行安全造成严重威胁。因此必须在起飞以前对航空器进行除冰和防冰处理。黏度是飞机除冰／防冰液的一个重要评价指标，尤其是对于非牛顿型飞机除冰／防冰液，其黏度不仅直接关系到飞机除

冰／防冰液对航空器表面空气动力学性能的影响，也与其防冰时间有着密不可分的联系［２］。随着近年来我国民航业的高速发展，以及国家对非牛顿型除冰／防冰液的大力推进，对飞机除冰／防冰液黏度的研究越来越迫切。因此， 本文从温度、浓度、剪切速度等因素对除冰／防冰液黏度的影响进行了考察。

１ 温度对除冰／防冰液黏度的影响

流体在流动时， 相邻流体层间存在着相对运动，则该两流体层间会产生摩擦阻力， 称为黏滞

收稿日期：２０１６－１１－２３

基金项目：民航安全能力建设基金项目 “飞机除冰液防冰性能适航验证技术研究”（项目编号：ＡＡＤＳＡ００１５）

作者简介：吴海涛 （１９８０－），男，工程师，主要从事航空化学产品的审查和研究。

２０１７年１月 吴海涛等：非牛顿型飞机除冰／防冰液黏度影响因素分析

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力。液体分子的黏性主要来源于分子间内聚力。黏度是用来衡量黏滞力大小的一个物性数据，温度对液体的黏度会有显著的影响。有关流体黏度随温度变化规律的研究已有 １００ 多年的历史。１８８６ 年，

［３］将流体的动力黏度μ随温度的变化表示为温度的指数函数。尤其对于除冰／防冰液来说，

人们更加关注其在不同温度下的黏度情况。本文在研究时采用水浴恒温的方式控制待测液体的温度，分别在－１５℃、－１０℃、－５℃、０℃、５℃、１０℃、

１５℃、２０℃温度下进行黏度测试， 测试结果如图１所示。

图１ 温度对飞机除冰／防冰液黏度的影响

由图１可知， 液体黏度在低于零度的低温时，随着温度的上升黏度快速降低。当温度高于零度至常温附近时， 随着温度的上升黏度仍保持下降趋势，但下降速度比低温时明显降低。总体上该除冰液黏度是随着温度的升高而降低，因为液体分子的黏度主要来源于分子间力，随着温度升高，分子间距变大，分子间力减小，宏观上就表现为液体黏度的降低。

利用 ＯｒｉｇｉｎＰｒｏ 软件拟合温度对飞机除冰／防冰液黏度影响的关系曲线。经拟合发现， 该除冰／防冰液在－２０～２０℃范围内满足以下函数式

／

ｙ＝ｙ０＋Ａ１ｅ－ｘｔ１

式中，ｘ 为除 冰／防 冰液的温度，℃；ｙ 为除冰／防冰液的黏度，ｃｐ。

经过拟合，得出式中参数分别为：

ｙ０＝１０．１６４ Ａ１＝２６．８３８ ｔ１＝１２．７８４

拟合后的经验公式即为

ｙ＝１０．１６４＋２６．８３８ｅ－ｘ／１２．７８４ （Ｒ２＝０．９９７１１）

该拟合方程的相关系数非常接近１， 说明该拟合方程数据相关性好，拟合程度高，该方程拟合的曲线与原测试点的关系见图２。利用此公式可以快

速计算出该飞机除冰／防冰液在不同温度下的黏度值。

图２ 温度对飞机除冰／防冰液黏度影响的拟合曲线图

２ 转速对除冰／防冰液黏度的影响

使用旋转黏度计对 ２０℃ 下的除冰／防冰液原液，在不同转速下的黏度进行测试， 转子采用

ＳＣ４－３４。测试结果见图３。

图３ 转速对飞机除冰／防冰液黏度的影响

由图３可知， 当转速很小时所测黏度值很高，随着转速的升高， 黏度值急剧降低。当转速超过

５ｒｐｍ 以后，虽然随着转速升高， 黏度值仍保持降低，但下降速度已趋于平缓。对于同一转子，转速与剪切速率是一一对应的， 该测试的除冰／防冰液黏度随着剪切速率的提高一直保持降低，由此可知该液体属于剪切变稀的非牛顿流体。

对于该非牛顿型流体的黏度值与测试转速究竟存在着一种什么样的关系， 我们利用 ＯｒｉｇｉｎＰｒｏ软件进行拟合分析。当转子转速小于３５ｒｐｍ 时， 测试所得黏度值与转速的关系可按照以下函数式进行拟合：

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精细与专用化学品 第２５卷第１期

ｙ＝ａｘｂ

式中，ｘ为转子转速，ｒｐｍ；ｙ 为除冰／防冰液的黏度，ｃｐ。

经过拟合，得出式中参数分别为：

ａ＝１３３９７．３４０ ｂ＝－０．６３３

拟合后的经验公式即为：

ｙ＝１３３９７．３４０ｘ－０．６３３ （Ｒ２＝０．９９８９４）

该拟合方程的相关系数非常接近１， 说明其数据相关性好，拟合程度高，该方程拟合的曲线与原测试点的关系见图４。由于转速与剪切速率具有一一对应的关系，而转速为剪切应力的宏观体现，我们也可以进一步推断该液体在０～３５ｒｐｍ 转速范围内时属于幂律流体。

图４ 转速对飞机除冰／防冰液黏度影响的拟合曲线图

３ 浓度对除冰／防冰液黏度的影响

采用市售的ＳＡＥＩＶ 型液作为待测的非牛顿型飞机除冰／防冰液， 为满足 ＡＳＴＭ Ｄ１１９３ 的ＩＶ 型水，按质量比分别稀释至如下浓度：２５％、５０％、

６０％、７５％、９０％。除 ２５％ 的浓度样品以外， 其余稀释样品及原液均采用ＳＣ４－３４转子，在０．３ｒｐｍ

转速下进行黏度测试。２５％的浓度样品因其黏度已低于ＳＣ４－３４转子的测试下限， 因此采用更适合用于测低黏度的 ＳＣ４－１８ 转子， 在０．３ｒｐｍ 转速下进行黏度测试。测试温度均为２０℃。各种浓度的黏度测试结果见图５。

从图５中可以看出， 对于该除冰／防冰液， 原液的黏度并非最大。根据图５曲线所示，该待测液体的黏度随着浓度的降低并非呈现一直下降的趋势，而是先上升再下降。对于该测试液体，是在其浓度降至７５％ 时， 黏度达到最大值。黏度出现峰值之后，随着浓度降低，黏度急剧降低。当样品浓度降低至５０％之后，黏度降低趋势又逐渐趋缓。

图５ 浓度对飞机除冰／防冰液黏度的影响

４ 除冰／防冰液的触变性

飞机除冰／防冰液在实际使用过程中会受到剪切作用，因此， 为模拟实际剪切效果对除冰／防冰液进行剪切实验， 研究不同静置时间其黏度的变化。将增稠型飞机除冰／防冰液恒温至 （２０±１）℃，剪切前测试其黏度值为９２００ｃｐ。量取５００ｍＬ 加入到１Ｌ 搅拌容器中。搅拌器剪切速度设定为 （２０００

±１００）ｒｐｍ。开启搅拌器，搅拌５ｍｉｎ±１０ｓ。剪切完成后，立即将飞机除冰／防冰液倒入黏度计盛样器中，静置，并测试不同静置时间段的旋转黏度。测试时， 旋转黏度计采用 ＳＣ４－３１ 转子， 速度为

０．３ｒｐｍ。测试结果见表２和图６。

表１ 不同静置时间的黏度测试结果

图６ 静置时间对飞机除冰／防冰液黏度的影响

２０１７年１月 吴海涛等：非牛顿型飞机除冰／防冰液黏度影响因素分析

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由表 １ 可 以 看 出， 剪 切 前 液 体 的 黏 度 为

９２００ｃｐ，剪切后液体的黏度降到 ５９００ｃｐ， 为剪切前黏度的６５％ 左右。其原因可能是由于在搅拌器中以２０００ｒｐｍ 转速下剪切时， 除冰／防冰液体系中的长分子链被打断，原网状结构受到破坏，致使阻力减小，宏观上表现出就是表观黏度的降低。且从图６可以清楚地看到实验中样品液体随着静置时间的增长， 液体黏度基本保持不变。甚至静置 ２４ｈ

（１４４０ｍｉｎ）后，液体黏度仍旧保持在５９００ｃｐ。由此可见飞机除冰／防冰液具有的这种剪切变稀的性能是持久的，且难以恢复。其主要原因是增稠型飞机除冰／防冰液体系中的长分子链被打断后难以自行恢复，剪切对网状结构造成的破坏是一种长期的。

５ 结论

本文通过实验对飞机除冰／防冰液黏度产生影响的主要因素进行了研究，分析了温度、转速、浓

度、触变性等因素对飞机除冰／防冰液黏度影响的大小及趋势。并根据实验数据进行了数值模拟得到了温度对黏度，以及转速对黏度的曲线方程，为除冰／防冰液黏度变化的估算提供了一个新方法。

除冰／防冰液浓度变化对其黏度产生的影响易被忽视，不同于一般液体会随着浓度的降低而导致黏度随之降低。需要注意的是大部分除冰／防冰液从原液到稀释液稀释过程中，随着浓度的降低，其黏度会现有一个升高的趋势，之后才开始下降。

参考文献

［１］吴海涛，彭华乔，曾萍．飞机除／防冰液防冰性能适航验证浅析

［Ｊ］．教育科学博览，２０１４，２４９：１０８－１１０．

［２］彭华乔，吴海涛，王强，等．飞机除冰液空气动力学性能研究［Ｊ］．应用化工，２０１５，４４（１０）：１９３４－１９３７．

［３］ＣｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒＪＳｅｅｔｏｎ．Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｆｏｒｌｉｑ－ ｕｉｄｓ［Ｊ］．ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ，２００６，２２（１）：６７－７８．

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏

朗盛卫可消毒剂可杀灭多种高致病性禽流感病毒

特殊化学品公司朗盛旗下的卫可 （ＶｉｒｋｏｎＳ） 产品是世界领先的兽用消毒剂之一，该消毒剂已成为全球范围内控制紧急禽流感疫情的不二之选。独立检测证实，此款消毒剂对多种高致病性禽流感的致命菌株病毒展现出了卓越的杀灭功效。

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Ｈ５Ｎ１型禽流感病毒） 进行的一系列测试中，卫可展现出了较好的杀灭效果，并有望对 Ｈ５Ｎ８型病毒产生类似的功效。

随着欧洲 （德国、奥地利、瑞士、匈牙利、波兰、荷兰、丹麦、克罗地亚） 与亚洲 （例如印度与韩国） 相继爆发 Ｈ５Ｎ８型禽流感疫情， 欧洲兽医专家建议家禽生产商加强生物安全防控， 减少欧洲数千万家禽与迁徙野鸟接触而感染病毒的可能性。不论是封闭圈养还是开放式饲养，车辆可能会将高致病性病毒带入农场，然后病毒与工作人员接触，通过他们的衣物与鞋具在农场内传播。

与其他消毒剂不同的是，卫可在严寒的冬季环境、各种有机影响以及多变的酸碱度条件下依然能够保持较高的效力，无需增加使用浓度或延长表面接触时间。

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材料保护品业务部的产品应用于全球众多领域。凭借丰富的微生物杀灭活性成分、防腐剂与消毒剂产品组合，该业务部可为多个行业领域的客户提供量身定制的解决方案，除消毒行业之外，还包括木材保护行业、油漆涂料业以及建筑业与饮料业。材料保护品业务部另提供多样的技术服务、监管支持并围绕具体项目开展研发活动。 （肖爽）