非牛顿型流体的分类
牛顿流体和非牛顿流体的性质比较分析
牛顿流体和非牛顿流体的性质比较分析流体是物质的一种状态，具有流动性。
它广泛存在于自然界中，包括水、空气、油类等。
流体的物理性质对于很多科学领域都有非常重要的影响，因此对于流体特性的研究一直是科学家们关注的热点之一。
在流体的研究中，牛顿流体和非牛顿流体是两个重要的概念，两者在流体的物理性质以及应用方面有很大不同。
在本文中，我们将对牛顿流体和非牛顿流体的性质进行比较分析。
一、牛顿流体的性质牛顿流体是一种特殊的流体，它的黏性是恒定的。
这意味着它的流动性质与它对外力的响应速度成正比例。
换句话说，牛顿流体对外力的响应是瞬时的，而且不受外部切变力大小和方向的影响。
这种特性是牛顿流体的一大特点，可以通过下面的表达式来描述：τ = μγ其中，τ为切变应力，μ为黏性系数，γ为切变速率。
牛顿流体的黏性系数是独立于剪切力大小和流速方向的。
这意味着无论切变应力的大小和方向如何变化，牛顿流体的黏性系数都保持不变。
二、非牛顿流体的性质非牛顿流体是另一种类型的流体，其黏性是可变的。
与牛顿流体不同的是，对于非牛顿流体，其黏性与其应变速率有密切联系。
具体来说，非牛顿流体可以分为剪切稀释型、剪切增稠型和弹性流体三种。
他们的特点分别如下：剪切稀释型：随着剪切应力的增加，流体会变得越来越稀薄。
在这种情况下，黏度与剪切率呈负相关。
剪切增稠型：随着剪切应力的增加，流体会变得越来越稠厚。
在这种情况下，黏度与剪切率呈正相关。
弹性流体：这种流体有着非常强的弹性特性，可以将应变的能量转化为弹性能量，并在失去外力的作用后恢复到原来的状态。
最典型的例子就是胶状物质。
与牛顿流体不同的是，非牛顿流体的黏度是不固定的。
其黏度随着外界切应力的大小和方向的变化而变化。
因此，在实际应用中，非牛顿流体对于渗透、流量和动态特性等问题的研究变得尤为重要。
三、牛顿流体和非牛顿流体的应用比较牛顿流体和非牛顿流体的应用有很大的不同。
牛顿流体的黏性恒定，因此易于在市场上制造和使用。
非牛顿流体原理
非牛顿流体原理非牛顿流体是指在流动过程中，其黏度随着剪切速率的变化而变化的流体。
与牛顿流体不同，非牛顿流体在受力作用下，其黏度并不保持不变，而是会随着流动状态的改变而发生变化。
这种流体的特性在实际生活和工业生产中都有着重要的应用，因此对于非牛顿流体的原理和特性的研究具有重要意义。
首先，我们来介绍一下非牛顿流体的分类。
根据其流动特性，非牛顿流体可分为剪切稀化流体和剪切增稠流体两种类型。
剪切稀化流体是指在受到外力作用时，其黏度会随着剪切速率的增加而减小的流体，如淀粉浆、墨水等；而剪切增稠流体则是指在受到外力作用时，其黏度会随着剪切速率的增加而增加的流体，如果冻、牙膏等。
这两种类型的非牛顿流体在实际应用中具有不同的特点和用途。
其次，我们来探讨一下非牛顿流体的原理。
非牛顿流体的黏度变化与其内部微观结构和分子间相互作用有着密切的关系。
在剪切稀化流体中，当外力作用下，流体内部的颗粒会发生重排和分散，从而导致黏度的降低；而在剪切增稠流体中，外力作用会导致流体内部的颗粒聚集和排列，从而使得黏度增加。
这种原理使得非牛顿流体具有了特殊的流变特性，可以根据具体的应用需求来调控其流动性能。
除此之外，非牛顿流体还具有一些特殊的流动特性。
例如，在非牛顿流体的流动过程中，会出现剪切变稀、剪切变稠等现象，这种非线性的流变特性使得非牛顿流体在实际应用中具有了更广泛的用途。
同时，非牛顿流体还表现出了记忆效应和时间依赖性，这也为其在一些特殊领域的应用提供了可能。
总的来说，非牛顿流体的原理和特性对于我们深入理解流体力学和实际应用具有着重要的意义。
通过对非牛顿流体的研究，我们可以更好地利用其特殊的流变特性，开发出更加符合实际需求的流体材料和工艺。
因此，对于非牛顿流体的深入研究和应用具有着重要的意义，也将会在未来的科技发展中发挥着重要的作用。
非牛顿流体的流变学行为研究
非牛顿流体的流变学行为研究引言流变学是研究物质在外力作用下的变形和流动特性的科学，广泛应用于材料工程、地质学、食品工业等领域。
传统的流变学理论以牛顿流体为基础，即物质的粘性恒定不变。
然而，在许多实际物质中，粘性会随着剪切应力的变化而变化。
这种类型的物质被称为非牛顿流体。
非牛顿流体的流变学行为研究在材料科学和工程中具有重要的意义。
本文将从非牛顿流体的定义、分类以及其流变学行为的研究方法等方面进行详细探讨。
非牛顿流体的定义和分类非牛顿流体是指其粘性的变化与应变速率或应变历史相关的物质。
与牛顿流体相比，非牛顿流体在受力时会发生粘性变化，导致复杂的流动行为。
根据粘性变化的特点，非牛顿流体可分为剪切变稀型和剪切变稠型两类。
剪切变稀型（Shear-thinning）流体剪切变稀型流体在受到剪切力时，粘度会随着剪切速率的增加而减小。
这种流体在高剪切速率下呈现出低粘度的特点，常见的例子包括血液、胶体溶液等。
剪切变稀型流体常用的模型包括干式模型、流变模型和卡森模型等。
剪切变稠型（Shear-thickening）流体剪切变稠型流体在受到剪切力时，粘度会随着剪切速率的增加而增加。
这种流体在高剪切速率下呈现出高粘度的特点，常见的例子包括混凝土、土壤等。
剪切变稠型流体常用的模型包括巴塞尔模型、积累模型和卡西米尔模型等。
非牛顿流体的流变学行为研究方法非牛顿流体的流变学行为研究主要通过实验和理论模拟相结合的方法进行。
主要的研究方法包括流变仪测量、数值模拟和理论分析等。
流变仪测量流变仪是研究非牛顿流体流变学行为最常用的实验设备。
通过流变仪可以测量非牛顿流体的粘度、剪切应力和流动曲线等参数。
常用的流变仪包括旋转圆盘流变仪、旋转圆柱流变仪和剪切流变仪等。
流变仪测量结果可以用于非牛顿流体的模型拟合和参数提取。
数值模拟数值模拟是研究非牛顿流体流变学行为的重要方法之一。
通过建立非牛顿流体的数学模型和计算流体力学方法，可以对流体的流动和变形进行数值模拟。
非牛顿流体详解
非牛顿流体非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然之中。
绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。
人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的"半流体"都属于非牛顿流体。
高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体。
聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、尼龙6、PVS、赛璐珞、涤纶、橡胶溶液、各种工程塑料、化纤的熔体、溶液等，都是非牛顿流体。
石油、泥浆、水煤浆、陶瓷浆、纸浆、油漆、油墨、牙膏、家蚕丝再生溶液、钻井用的洗井液和完井液、磁浆、某些感光材料的涂液、泡沫、液晶、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛顿流体。
食品工业中的番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、浓糖水、酱油、果酱、炼乳、琼脂、土豆浆、熔化巧克力、面团、米粉团、以及鱼糜、肉糜等各种糜状食品物料也都是非牛顿流体。
非牛顿流体的分类非时变性非牛顿流体一、"膨胀性流体"或"胀塑性流体它是一种"吃软不吃硬"的流体，表现为流体的粘度随剪切速率的增大而增大。
比如常见的淀粉＋水，口香糖等。
二、"假塑性流体"表现为流体的粘度随剪切速率的增大而减小。
许多高分子熔体或者溶液都属于假塑性流体。
这一类流体生活中十分常见，但是不易被提起。
比如北方人吃火锅常吃的麻酱，吃炸鸡时候的番茄酱，早上喝的酸奶，洗澡用的沐浴露等等，都是假塑性流体。
三、"宾汉流体"它具有一定的"屈服应力"。
此处的"屈服应力"指的是使流体产生大于0的剪切速率所需要的最小剪切应力。
简单的来说，就是当你以一个较小的剪切力作用流体时流体不会表现出流动性，只有超过了某一个应力值，流体才会表现出流动性。
生活中最为典型的例子就是牙膏。
挤牙膏挤牙膏，牙膏不挤是不会自己出来的。
时变性非牛顿流体一、“触变性流体”这一类流体在恒定的剪切应力和剪切速率作用下，其粘度会随着剪切应力作用时间改变，时间持续越长，粘度越小。
非牛顿流体原理
非牛顿流体原理
非牛顿流体原理是指那些在外力作用下，其流动行为不遵循牛顿流体力学定律的物质。
与牛顿流体不同的是，非牛顿流体的粘度是随着应力变化而变化的，即其内部的粘滞力随剪切速率或剪切应力的不同而不同。
非牛顿流体可以分为剪切稀化流体和剪切增稠流体两种类型。
剪切稀化流体的粘度随着剪切应力的增加而减小。
这类流体的例子包括血液、果冻和塑料溶液等。
在剪切作用下，流体内部的微观结构会发生改变，使其粘度降低，流动性增强。
剪切增稠流体的粘度则随着剪切应力的增加而增加。
这类流体的例子包括淀粉水溶液、糊状物等。
在剪切作用下，流体内部的微观结构会形成或加强，使其粘度增大，流动性减弱。
非牛顿流体的存在和性质可以通过多种因素来解释，例如流体内部的多相结构、聚合物链的排列和交联等。
非牛顿流体的研究对于理解各种复杂的流体行为以及应用于各个工程领域具有重要意义。
总之，非牛顿流体的粘度随着剪切应力变化而变化，不符合牛顿流体的流动规律。
通过对非牛顿流体的研究，我们能够更好地理解和应用这些特殊的流体性质。
非牛顿流体
自然界中具非牛頓特性的流體(non-Newtonian characteristics) 極為普遍，尤以材料加工時所處理的對象，如高分子的熔融物或溶液等多為如此，故有必要介紹此類流體之分類與流變性質。
本節中將就分類方法以及牛頓／非牛頓流體之特性作一定性的簡介。
依剪應力τ對剪應變特性的不同，流體可作如下分類：說明：Shear dependant：黏度隨著剪應變率而改變。
Time dependant：黏度隨著施加剪應變之時間而改變。
上述分類部份互有重疊之處，如：具shear-dependant 特性之流體可能在典型的操作剪應變率(速度變化) 下大致仍可視為牛頓流體具time-independent 之流體只是在典型的操作時間內，黏度未隨時間有明顯變化，但在比較長的時間區間內，仍可能有所變化。
另非牛頓流體往往具有一定之黏彈性，視不同。
分類(5)：搖溶性流體(Thixotropic fluid)當一流體所受γ逐漸增加與逐漸減少時所顯示的流變曲線不同時，則其流變性質(或分子排列結構) 不但與所受剪力有關(shear-dependent)，也與剪力施於其上的時間長短與過程有關(time-dependent)。
這樣的流體又可分成兩類，如果在同一γ之下，流體之視黏度隨時間而逐漸減少，則稱其為「搖溶性流體」(thixotropic fluid，或譯為「搖變性流體」)；反之，則稱為「抗流變流體」(rheopectic fluid，或譯為「震凝性流體」)。
搖溶性流體之流變曲線如下所示，當γ逐漸增加時，其流變曲線與擬塑性流體一樣，τ-γ曲線呈凹口向下；在達到某一最高τ後，逐漸降低γ，則會量測到另一曲線，其對應之τ較原本之低，換言之其流變性之變化為不可逆的(irreversible) ，故搖溶性可以視為不可逆的擬塑性(irreversiblepseudoplasticity)，或隨時間而變之剪薄性(shear-thinning with time)；若以視黏度對γ作圖，則會發現μa隨γ增加而下降，當γ減少時，μa仍會增加，但小於原值；在γ為定值時，則會發現τ與μa隨著時間而下降，並逐漸趨近一定值(τ∞與μa,∞)；因要描述對黏度對時間之變化較複雜，故μa,∞經常會被選作為此類流體之代表性黏度。
加工过程中非牛顿型流体的类型及流动曲线
1、加工过程中非牛顿型流体的类型及流动曲线；举例分析。
假塑性流体：在一般的剪切速率下，随r′增加η下降，例如高聚物熔体、高聚物溶液及悬浮液等；膨胀性流体：固体含量较大的悬浮液如PVC糊悬浮液，少数含固体填充物的聚合物熔体，流动中产生结晶的聚合物熔体；宾汉流体：所有高聚物在其良溶剂中形成的浓溶液行为与其相近。
2、哪些高聚物在成型加工过程中其表观粘度对剪切速率敏感？哪些高聚物表观粘度对温度敏感性？哪些高聚物表观粘度粘度对压力敏感性？哪些高聚物为热敏性树脂？举例说明。
对剪切速率：聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，其粘度随剪切速率的增加而下降，敏感性较明显的有LDPE,HDPE,PP,PS,HIPS,ABS,不敏感PPS,PA6PC,PBT,POM;温度：分子链刚性、极性大或有较强极性取代基团的高聚物，如PMMA,PC,PS,PET，PVC等；压力：支化的LDPE比线性的HDPE自由体积大，分子堆砌较松，可压缩性大，PS,PMMA侧基大，自由体积较大，以上说明对某些聚合物单纯通过增大压力来提高熔体的流速并不适当，过大的压力还会造成能耗过大和设备的更大磨损。
3、牛顿流体的特点；牛顿流体的种类；何谓非牛顿性？特点：液体的应变随压力作用时间线性增加；牛顿流体中的应变具有不可逆性质，应力解除后应变以永久形变保持下来。
种类：低分子化合物的液体或溶液，如水和甲苯等；极少数聚合物熔体（如PC）；在一定r’范围内大多数的聚合物熔体。
四、1、聚合物老化及影响因素？稳定化助剂？老化：高分子材料随着时间延长逐渐变化；外观变化：变色变暗，变硬变脆，龟裂变形，出现斑点，分层脱落；力学性能：拉伸强度、伸长率、冲击强度、硬度、耐磨性降低。
因素：结构因素，物理因素：光热电高能辐射和机械应力，化学因素：氧、臭氧、水、盐碱、盐及腐蚀性气体，生物因素：微生物、昆虫、海生物等。
防止方法：共聚（引入功能基团）、对活性基团消活、添加稳定剂。
非牛顿流体
非牛顿流体简介引言流体是一种特殊的物质状态，其具有流动性和变形性。
根据牛顿流体定律，流体的粘度（也称为黏性）是恒定的。
然而，在一些特殊情况下，一些流体不遵循这种定律，它们被称为非牛顿流体。
非牛顿流体的粘度取决于剪切速率或剪切应力的大小和方向。
本文将对非牛顿流体进行介绍，包括其定义、特性、分类和应用领域。
定义非牛顿流体是指其粘度随剪切速率或剪切应力的变化而变化的流体。
牛顿流体的粘度是恒定的，而非牛顿流体的粘度是可变的。
特性非牛顿流体具有以下特性：剪切变稀当施加剪切力时，非牛顿流体的粘度会减小，流动性增强。
这种现象被称为剪切变稀。
剪切变稀的非牛顿流体在施加剪切力后流动性变得更好，类似于液体。
剪切变稠有些非牛顿流体在施加剪切力时，其粘度会增加，流动性减弱。
这种现象被称为剪切变稠。
剪切变稠的非牛顿流体在施加剪切力后流动性变得更差，类似于固体。
黏弹性非牛顿流体还可以表现出黏弹性。
黏弹性是指非牛顿流体在施加剪切力后，粘度会随时间的推移而改变。
具有黏弹性的非牛顿流体在受力后可以保持形变，并且在撤力后会逐渐恢复原状。
非线性粘度牛顿流体的粘度与剪切速率成正比，而非牛顿流体的粘度与剪切速率不呈线性关系。
这意味着非牛顿流体的粘度可能随剪切速率的变化而变化。
分类非牛顿流体可以根据其粘度随剪切速率或剪切应力变化的方式进行分类。
主要的分类包括以下几种：塑性流体塑性流体是一种在没有施加剪切力时是固体，在施加剪切力达到一定阈值后才开始流动的非牛顿流体。
当剪切力超过阈值时，塑性流体会发生变形。
粘弹性流体粘弹性流体是指同时具有粘性和弹性特性的非牛顿流体。
粘弹性流体的行为介于固体和液体之间。
它们在受力时会发生形变，但在撤力后又会恢复原状。
假塑性流体假塑性流体又称为伪塑性流体，其粘度随剪切速率的增加而减小，但没有阈值。
假塑性流体在不受剪切力作用时呈现固态，但在施加剪切力时会变得流动。
剪切变稀流体剪切变稀流体的粘度随剪切速率的增加而减小。
非牛顿型流体名词解释
非牛顿型流体名词解释非牛顿型流体又称非牛顿流体是指流体中存在某些非牛顿流体的性质，使其黏度小于牛顿流体。
在油气井的生产过程中，经常遇到由于高温高压造成的大量低渗透率的油层或渗透率很小的油藏，在进行井下作业过程中需要借助于特殊钻头将井筒内钻屑清理干净以便实现油井生产，在此过程中可能会遇到油水界面过渡带和完井液堵塞造成井眼坍塌的情况，因此需要研究这两种情况对油气井影响的机理及解决办法，而低渗透率油藏一般具有较强的不稳定性，同时伴随着地应力和地层损伤效应，这些因素使得该类油藏具备了“黏弹性”，导致了该类油藏具有非牛顿流体的性质，即较低的黏度。
流体类型：黏性流体、高分子溶液、胶体等。
黏度：液体或气体在流动时所表现出的一种特性，用于描述液体或气体的一些性质。
若液体在固体中运动的难易程度叫做流动性，若气体或液体在空气中运动的难易程度叫做流动状态，若粘滞性是描述流体在运动时内部阻力的一种特性，那么他们的数值都是相等的，用a表示。
粘度是测定液体或气体粘滞性的物理量，指流体抵抗流动的能力。
在静止流体中测定，称为运动粘度；在流动流体中测定，称为动力粘度。
粘度是液体或固体内部各微粒间的内摩擦或分子间的吸引力，这种内摩擦或分子间的吸引力就是粘滞力，它使流体层之间或固体层之间产生相对运动。
黏度可分为动力粘度、运动粘度、相对粘度和条件粘度等，其中以运动粘度为最常用。
测量仪器：常用的粘度测量仪器有毛细管粘度计、蠕动泵粘度计和旋转粘度计。
21世纪是一个信息化的时代，人们利用网络进行交流已成为日常生活的主要方式，人们可以在网上与他人进行文字、图片、语音等多种形式的交流，但是人们并没有意识到其实交流也可以是另外一种形式——视频。
视频即是把图像、声音、文字等组合成视频文件。
在网上通过视频软件就可以看到自己想要观看的东西，视频广泛地应用于各个领域，如医疗诊断、教育培训、金融、旅游等。
视频技术还包括文件传输协议的定义、格式和视频的编码标准。
非牛顿流体的分类
姓名：高墨尧学号：20150614专业：农业机械化非牛顿流体的分类根据非牛顿流体的粘度函数是否和剪切时间有关，可以把非牛顿流体分成两大类：非时变性非牛顿流体和时变性非牛顿流体。
1、非时变性非牛顿流体这类流体的切应力仅与剪切速率有关，即粘度函数仅与应变速率或（切应力）有关，而与时间（1（2与γ 的变体）（1（2τ处相（1B交。
τ时，宾汉姆流体并不产生流（2）当对流体施加的外力τ<τ时，体系才产生流动。
动，体积只产生有限的变形，只有当τ>Bτ是使体系产生流动所需要的最且流动后流体具有剪切稀释性。
B小剪切应力，即使流体产生大于0的剪切速率所需要的最小剪切应力，称之为屈服值。
屈服值的大小是体系所形成的空间网络结构的性质所决定的。
凡是具有屈服值的流体均称为塑性流体，外力克服其屈服值而产生的流动称为塑性流动。
2、时变性非牛顿流体这类流体的粘度函数不仅与应变速率有关,而且还与剪切持续时间有关。
大致可分为两类：触变性和流凝性流体：随着切应力作用时间的延长，表观粘度越来越小的流体叫做触变性流体随着切应力作用时间的延长，表观粘度越来越大的流体叫做流凝性流体，这种流体在实际中非常少见。
其特点：（1（2（3（4（1（2（3（4（5（6[1][2][3]刘海燕,庞明军,魏进家.非牛顿流体研究进展及发展趋势[J].应用化工,2010,05:740-746.[4]施庆珊,王计伟,欧阳友生,陈仪本.非牛顿流体粘度测定方法研究进展[J].发酵科技通讯,2011,02:42-45.[5]刘晓明,艾志久,黄俭波,陶云,熊昕.非牛顿流体与牛顿流体在旋流器内的流场分析[J].石油机械,2009,03:28-31.。
非牛顿型流体名词解释
非牛顿型流体名词解释非牛顿型流体是指在拉普拉斯式流体的状态方程中，既含有粘性力也含有惯性力的流体。
由于这类流体的粘度受到固体壁面的影响而改变，所以通常称之为非牛顿型流体。
例如气体和液体介质。
同步性：液体介质（固体、气体和液体）都存在一种自然的特性——对时间的依赖性。
对时间的依赖性来源于表观粘性。
在流动过程中，表观粘性引起内摩擦力矩随时间发生周期性变化，这就造成了不同流速区域上内摩擦力矩的不均匀分布，使得同一流速范围上粘滞系数的差别较大。
因此，液体介质具有不可压缩性和不可屈服性，即液体的性质具有不连续性。
2）稳定性：指系统从某个初始值经过某一变化过程回到该初始值，或在这一过程中保持恒定不变的性质。
稳定性表现为介质的运动速度与流量、压强等物理量的关系。
由于液体、气体、蒸汽都属于热力学不稳定系统，只有当外界条件在很长时间内能维持不变，才具有这种性质。
4）静压力梯度：是介质单位高度上静压力与总压力之比。
也叫静压力梯度，用表示。
5）扩散：扩散是指流体微团从邻近点向远处迁移的现象。
影响扩散的主要因素有温度、浓度、流速、粘度、电磁场、杂质等。
6）等熵指数：为各变量的相对量，用来衡量各变量间的比例，即用它来表征流体流动中混合程度。
7）热导率：又称导温系数，用来表征流体导热能力的大小，是反映物质热传导能力的一种参数。
8）比热容：单位质量的物质在温度不变的条件下，吸收一定热量后所增加的内能，叫做这种物质的比热容。
9）密度：单位体积的流体所具有的质量。
密度由液体、气体、固体的密度所组成。
10）气穴：当气体迅速膨胀时，出现了局部的低压区，在低压区内的气体分子会产生浮升运动而使整个气体呈现膨胀现象，形成了局部的低压区。
11）内摩擦力矩：在管道截面或元件中因为摩擦而引起的内部阻力。
12）切应力：流体在一般情况下处于平衡状态时，流体分子之间的距离保持不变，但各个微团的相互位置却随时间变化而发生周期性的变化，产生了内摩擦力矩，并且随着外加的压力而发生周期性变化，最终将导致流体被破坏而产生内部破裂。
非牛顿流体在食品加工中的流变学研究
非牛顿流体在食品加工中的流变学研究引言：食品行业是一个重要的经济部门，其产品的质量和口感对消费者来说至关重要。
而流变学作为研究物质流动和变形的学科，在食品加工中发挥着重要作用。
本文将探讨非牛顿流体在食品加工中的流变学研究成果，并分析其对加工过程和产品质量的影响。
一、非牛顿流体的介绍和分类非牛顿流体是指其流动性质不符合牛顿流体的流动规律，即黏度不是一个固定值，而是随着应力或剪切变化而改变。
根据应力和剪切率的关系，可将非牛顿流体分为剪切稀化型和剪切增稠型两类。
二、非牛顿流体在食品加工中的应用1. 混合物和悬浮液的加工：在食品加工中，经常需要将多种材料混合或悬浮，非牛顿流体的流变性质能够帮助实现均匀的混合和分散。
2. 搅拌和液压输送：食品加工过程中需要进行搅拌和输送，搅拌设备和输送管道的设计需要考虑流体的黏度和流动特性，非牛顿流体的流变学研究可以提供参考。
3. 调味品和酱料的流动性：非牛顿流体的剪切稀化特性可以用于调味品和酱料的包装和倾倒，使得产品更易于使用和流出。
三、非牛顿流体的流变学研究方法非牛顿流体在食品加工中的流变学研究主要依赖实验和数学模型。
实验方法包括剪切应力-剪切率曲线的测定、黏度的测量和流变学参数的计算等。
数学模型可以通过流动形式方程、非牛顿流体模型等进行描述和分析。
四、流变学研究在食品加工中的应用案例1. 搅拌设备的优化设计：通过对非牛顿流体的流变性质进行研究，可以优化搅拌设备的设计，提高搅拌效果和能耗效率。
2. 食品流动性的调控：利用非牛顿流体的流变学原理，可以调控食品在加工过程中的流动性，如酱油的流速和喷涂粘度的控制。
3. 贮存和运输过程的优化：非牛顿流体在贮存和运输过程中的流变学研究可帮助改善产品的保存性能和降低流体的损失。
五、结论非牛顿流体在食品加工中的流变学研究对提高产品质量和加工效率具有重要意义。
通过合理利用非牛顿流体的流变性质，可以优化加工过程和产品设计，提高消费者对食品的体验和满意度。
什么是非牛顿流体
什么就是非牛顿流体1 非牛顿流体的定义自然界最常见的流体以空气与水为代表,通常被认为就是牛顿流体,熊老师在上课时讲过,它们的主要特征就是切应力与切应变率之间的关系服从牛顿内摩擦定律或胡克定律,在流体力学的发展史上,经典流体力学的研究对象主要局限在牛顿流体的范畴,迄今为止已经形成了比较完整的理论体系。
但就是,还有不少材料既不就是虎克固体,也不就是牛顿流体。
这些材料同时具有固体与流体的性质,哪种性质为主决定于进行观察时间的长短以及材料变形的大小。
有许多真实的材料样子像流体,即它们在受到应力时连续地改变它们的形状,但它们不能用牛顿关于常粘度的定律来描述,这类流体叫做非牛顿流体。
现在去医院作血液测试的项目之一,己不再就是“血粘度检查”,而就是“血液流变学捡查”(简称血流变),产生这样的变化就就是因为血液不就是牛顿流体,恒定不变的“粘度”不就是它的一种属性。
牛顿于1687年发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。
实验就是在两平行平板间充满水时进行的,下平板固定不动,上平板在其自身平面内以等速U向右运动。
此时,附着于上、下平板的流体质点的速度,分别就是U与0,两平板间的速度呈线性分布,斜率就是粘度系数。
由此得到了著名的牛顿粘性定律。
斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上,作了应力张量就是应变率张量的线性函数、流体各向同性及流体静止时应变率为零的三项假设,从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程,以及被广泛应用的N·S方程。
后来人们在进一步的研究中知道,牛顿粘性实验定律,对于描述像水与空气这样低分子量的简单流体就是适合的,而对描述具有高分子量的流体就不合适了,那时剪应力与剪切应变率之间己不再满足线性关系。
为区别起见,人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体,而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。
2 常见的非牛顿流体早在人类出现之前,非牛顿流体就己存在,因为绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。
非牛顿流体力学及其应用
非牛顿流体力学及其应用
非牛顿流体力学是研究流体在剪切应力作用下呈现非线性、时间依赖、非稳态的流动特性的一门学科。
与牛顿流体力学不同，非牛顿流体的粘度随着剪切应力的变化而变化，因此在实际应用中具有广泛的应用价值。
一、非牛顿流体的分类
1. 粘弹性流体：在剪切应力下，流体会发生形变，但在剪切应力消失后，流体会恢复原状。
如胶体、高分子溶液等。
2. 塑性流体：在剪切应力下，流体会发生形变，但在剪切应力消失后，流体不会恢复原状。
如泥浆、糊状物等。
3. 粘塑性流体：在剪切应力下，流体会发生形变，但在剪切应力消失后，流体只能部分恢复原状。
如糊状物、胶体等。
二、非牛顿流体的应用
1. 食品工业：非牛顿流体在食品工业中应用广泛，如酸奶、果酱、巧克力等。
这些食品都是由非牛顿流体组成的，通过调整流体的粘度和流变特性，可以制作出不同口感和质地的食品。
2. 石油工业：非牛顿流体在石油工业中也有广泛应用。
例如，钻井泥浆就是一种塑性流体，它可以在井口形成一层薄膜，防止油气从井口泄漏。
3. 医学领域：非牛顿流体在医学领域中也有应用。
例如，血液就是一种非牛顿流体，它的流变特性对于血液循环和疾病诊断都有重要影响。
4. 材料科学：非牛顿流体在材料科学中也有应用。
例如，高分子材料的流变特性对于制备高分子材料具有重要意义。
总之，非牛顿流体力学的研究和应用对于现代工业和科学技术的发展都具有重要意义。
非牛顿型流体的分类
非 牛 顿 型 流 体 的 分 类非牛顿型流体是一大类实际流体的统称。
一般地说，凡流动性能不能用 方程（2-2 ）来描述的流体，统称为非牛顿型流体。
在高分子液体范畴内，可以粗略地把非牛顿型流体分为：纯粘性流体，但流动中粘度会发生变化，如某些涂料、油漆、食品等。
粘弹性流体，大多数高分子熔体、高分子溶液是典型的粘弹性流体，而 且是非线性粘弹性流体。
一些生物材料，如细胞液，蛋清等也同属此类。
流动性质有时间依赖性的流体。
如触变性流体，震凝性流体。
4. 1 Bingham 塑性体Bin gham 塑性体的主要流动特征是存在屈|服应力，因此具有塑性体的可塑性质。
只有当外界施加的应力超过屈服应力y ，物体才能流动。
流动方程为：0 (y"说明：有些Bingham 塑性体，在外应力超过 y 开始流动后，遵循Newton 粘度定律，流动方程为：y p称为普通Bingham 流体，p 为塑性粘度。
切粘度随剪切速率发生变化，这类材料称为非线性Bin gham 流体。
特殊地，若流动规律遵从幕律，方程为2-76)则称这类材料为 Herschel-Bulkley 流体。
(2-74)(2-75)有些Bingham 塑性体，开始流动后，并不遵循 Newton 粘度定律，其剪图2-16 Bingham 流体的流动曲线牙膏、油漆是典型Bingham 塑性体。
油漆在涂刷过程中，要求涂刷时粘度要小，停止涂刷时要“站得住”，不出现流挂。
因此要求其屈服应力大到足以克服重力对流动的影响。
润滑油、石油钻探用泥浆，某些高分子填充体系如碳黑混炼橡胶，碳酸钙填充聚乙烯、聚丙烯等也属于或近似属于Bingham 流体。
填充高分子体系出现屈服现象的原因可归结为，当填料份数足够高时，填料在体系内形成某种三维结构。
如CaCO3 形成堆砌结构，而碳黑则因与橡胶大分子链间有强烈物理交换作用，形成类交联网络结构。
这些结构具有一定强度，在低外力下是稳定的，外部作用力只有大到能够破坏这些结构时，物料才能流动。
流体力学第6章 非牛顿流体
牛顿流体：水、空气、甘油、汽油…… 非牛顿流体：泥浆、PAM水溶液、“三高”原油、熔体、胶体、血液……
2、非牛顿流体的分类
粘性流体的分类
牛顿流体
与 假塑性流体
纯
时 间 膨胀性流体
非
粘
无 宾汉流体(塑性流体)
性
关
牛
流
的 屈服-假塑性流体
顿
屈服-膨胀性流体
体 与 有 触变性流体
流
时关 间 的 震凝性流体
1
2
—— 卡森粘度
0 —— 卡森屈服应力
1
2
1 2
§7-2 非牛顿流体的圆管定常层流流动
这里仅介绍应用力平衡关系的方法来研究非牛顿流体的流动规律。
一、Stokes关系式
dp
流中体作在定压常力层梯流度流动dx 。的作用下，在圆管
在直的圆管内取一个半径为r、长度为L的圆柱形流体段。根据沿轴线力的平衡 条件，得：
1
C
p
n
n
1n
Rn
2KL 1n
∴
u2KpL1n1nnR1nn1R r1nn
（1）流量Q
1
QRu2rd rpn n R3n n1
0
2KL3n1
（2）平均流速 V
1
VQ R2 2 KpL n3nn1R1nn
（3）断面速度比
u V
3nn111
1n
rn
R
（4）压降△p
pQn1n3nn
2KL R13n
奶酪生产情景：奶酪从管 中流出后马上胀大
（4）无管虹吸
牛顿流体
粘弹性流体
高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液 和1%POX水溶液，或聚醣在水中的 轻微凝胶体系等很容易表演无管虹吸 实验。
3.粘度和非牛顿流体类型
表观剪切粘度不是材料不可逆形变难易程度的 真正度量，只是对流动性好坏做一个相对的大 致的比较。 真正的粘度对应的是不可逆的粘性流动部分， 而表观粘度还包括了可逆的弹性形变部分。 按公式计算的表观粘度值比材料的真实粘度低
T.Ouyang 2014 @ 聚合物流变学基础
3.2 粘度-非线性粘性流体 几种高分子材料的典型粘度曲线
粘度的国际单位为1秒牛顿米2用pas表示而mpas等于厘泊水在等于厘泊水在20刚好为1厘泊流体的变形随时间不断发展dtd???????在流体试样上瞬时施加一个应力00然后保持不变再在某时刻移除应力然后保持不变再在某时刻移除应力31线性粘性流体变形特点变形的时间依赖性touyang2012聚合物流变学基础ttt????如考虑变形则流体的变形随时间不断发展如考虑变形则流体的变形随时间不断发展??dtd?????流体变形的不可回复性当外力移除后变形保持不变分子链之间滑移的不可回复性当外力移除后变形保持不变分子链之间滑移的不可回复性能量散失外力对流体做的功转化为热量散发31线性粘性流体变形特点touyang2012聚合物流变学基础外力对流体做的功转化为热量散发正比性线性粘性流动应力与应变速率成正比粘度与应变速率无关线性粘性流动应力与应变速率成正比粘度与应变速率无关高分子流体的流动行为比较复杂典型高分子熔体的流动曲线
聚合物流变学基础
二.粘度和非牛顿流体 教师：欧阳婷 E-mail:oyt@ Tel:88664109-502 Adds:工程实验大楼502
3.1 粘度-线性粘性流体
线性粘性流体常被称为牛顿流体，即 流动的阻力正比于两部分流体相对流动 的速度。 牛顿流体——剪切应力与剪切应变速 率之间满足线性关系的流体。
d ln n d ln
通常剪切速率越大，值越小,材料的非牛顿性越显著， 如温度下降、剪切速率升高、分子量增大、填料量增多等，都会使 材料非线性性质增强，从而使n 值下降。填入软化剂、增值上升。
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4． 非牛顿型流体的分类 非牛顿型流体是一大类实际流体的统称。
一般地说，凡流动性能不能用方程（2-2）来描述的流体，统称为非牛顿型流体。
在高分子液体范畴内，可以粗略地把非牛顿型流体分为：纯粘性流体，但流动中粘度会发生变化，如某些涂料、油漆、食品等。
粘弹性流体，大多数高分子熔体、高分子溶液是典型的粘弹性流体，而且是非线性粘弹性流体。
一些生物材料，如细胞液，蛋清等也同属此类。
流动性质有时间依赖性的流体。
如触变性流体，震凝性流体。
4． 1 Bingham 塑性体Bingham可塑性质。
只有当外界施加的应力超过屈服应力y σ，物体才能流动。
流动方程为：⎩⎨⎧≥-<=y y yσσησσσσγ/)(0& （2-74）说明：有些Bingham 塑性体，在外应力超过y σ开始流动后，遵循Newton 粘度定律，流动方程为：γησσ&p y += （2-75）称为普通Bingham 流体，p η为塑性粘度。
有些Bingham 塑性体，开始流动后，并不遵循Newton 粘度定律，其剪切粘度随剪切速率发生变化，这类材料称为非线性Bingham 流体。
特殊地，若流动规律遵从幂律，方程为n y K γσσ&+= （2-76）则称这类材料为Herschel-Bulkley 流体。
图2-16 Bingham 流体的流动曲线牙膏、油漆是典型Bingham 塑性体。
油漆在涂刷过程中，要求涂刷时粘度要小，停止涂刷时要“站得住”，不出现流挂。
因此要求其屈服应力大到足以克服重力对流动的影响。
润滑油、石油钻探用泥浆，某些高分子填充体系如碳黑混炼橡胶，碳酸钙填充聚乙烯、聚丙烯等也属于或近似属于Bingham 流体。
填充高分子体系出现屈服现象的原因可归结为，当填料份数足够高时，填料在体系内形成某种三维结构。
如CaCO 3形成堆砌结构，而碳黑则因与橡胶大分子链间有强烈物理交换作用，形成类交联网络结构。
这些结构具有一定强度，在低外力下是稳定的，外部作用力只有大到能够破坏这些结构时，物料才能流动。
混炼橡胶的这种屈服性对下一步成型工艺及半成品的质量至关重要。
如混炼丁基橡胶挤出成型轮胎内胎时，碳黑用量适量，结构性高，则混炼胶屈服强度高，内胎坯的挤出外观好，停放时“挺性”好，不易变形、成摺或拉薄。
4．2 假塑性流体绝大多数高分子液体属假塑性流体。
流动的主要特征是流动很慢时，剪切粘度保持为常数，而随剪切速率增大，粘度反常地减少——剪切变稀。
典型高分子液体的流动曲线见图2-17。
曲线大致可分为三个区域： 当剪切速率0→γ&时，γσ&-呈线性关系，液体流动性质与Newton 型流体相仿，粘度趋于常数，称零剪切粘度0η。
这一区域称线性流动区，或第一Newton 区。
零剪切粘度0η是一个重要材料常数，与材料的平均分子量、粘流活化能相关，是材料最大松弛时间的反映。
当剪切速率γ&超过某一个临界剪切速率c γ&后，材料流动性质出现非牛顿性，表观剪切粘度γ&的增大而下降，出现“剪切变稀”行为。
该区域是高分子材料加工的典型流动区。
由于这段曲线上一点的切线与σ轴的交点，类似于Bingham 塑性体的屈服点，故称为假塑性区域，或称非牛顿流动区，或剪切变稀区域。
当剪切速率非常高，∞→γ&时，剪切粘度又会趋于另一个定值∞η, 称无穷剪切粘度，这一区域有时称第二Newton 区。
这一区域通常很难达到。
图2-17 假塑性高分子液体的流动曲线为描述高分子液体的流动规律，人们提出各类形式的状态方程（本构方程），将在第三、四章详细介绍。
这里按循序渐进原则，首先介绍几个描述高分子液体粘度变化规律的实用经验方程。
4． 2。
1 Ostwald-de Wale 幂律方程实验发现，许多高分子浓溶液和熔体，在通常加工过程的剪切速率范围内（大约γ&=100-103 s -1），在一个小区间中，剪切应力与剪切速率满足如下经验公式（图2-18）：n K γσ&⋅= （2-77）或 1-⋅==n a K γγση&&（2-78） 式中K 和n 为材料参数。
γσ&ln ln d d n = （2-79）nK是与温度有关的参数。
对Newton流体，n =1，K =η0；对假塑性流体，n <1。
n偏离1的程度越大，表明材料的假塑性（非牛顿性）越强；n与1之差，反映了材料非线性性质的强弱。
一般橡胶材料的n值比塑料更小些。
同一种材料，剪切速率越大，材料的非牛顿性越显着，n值越小，见表2-1。
n值可以作为材料非线性强弱的量度，因此所有影响材料非线性性质的因素也必对n值有影响。
如温度下降、剪切速率升高、分子量增大、填料量增多等，都会使材料非线性性质增强，从而使n值下降。
反之填入软化剂，增塑剂则使n值上升。
图2-18 几种聚合物熔体剪应力与剪切速率的关系（测试温度200℃）幂律方程因其公式的简单性，在工程上有较大实用价值。
许多描写材料假塑性行为的软件设计程序采用幂律方程作为材料的本构方程。
其缺陷在于它只是一个经验方程，不能描写材料的弹性行为，且适用的γ&范围窄。
表2-1 六种高分子熔体的n值随γ&的变化4．2。
2 Carreau方程为了既反映高剪切速率下材料的假塑性行为，又反映低剪切速率下的Newton 行为，Carreau 提出如下公式描写材料粘度的变化：()c b aγη&+=1a （2-80）式中，a ，b ，c 为三个待定参数，可通过与实验曲线的对比加以确定。
当0→γ&, 由上式得()c a a b a b a -=>>==γηγηη&&,/1;0，相当于幂律方程；当γ&与1/b 值相当时，公式反映了材料性质由线性区向幂律区的过渡。
可见Carreau 公式能够描述比幂律方程更广的区域内材料的流动性质。
但是Carreau 公式中有三个待定常数，比幂律方程多一个，因此更复杂些。
也有许多软件设计程序采用Carreau 公式作为材料的本构方程。
4．2．3 Cross 方程方程形式为 m K γηηηη&+-+=∞∞10a （2-81） 公式中有四个材料参数m K ,,,0∞ηη。
Carreau 方程和Cross 方程同样是经验方程。
高分子液体的这种假塑性流动性质，对其加工行为有重要影响。
根据“剪切变稀”规律，我们可以在一定剪切速率范围内，适当提高γ&（提高机器转速，提高推进速度等），以降低材料粘度，增加流动性，降低能耗，提高生产效率。
根据流动曲线也发现，当γ&大到一定程度，材料粘度降到一定程度时，逐步趋于稳定。
图2-19给出在线性坐标图中两种天然橡胶混炼胶的流动曲线，图中在γ&= 4X102 s -1附近，材料粘度基本不再变化。
因此如果加工时能找到这样的区间，使加工速度维持在此区间内，则可以避免因γ&的微小波动而引起粘度波动，使产品质量稳定。
比如橡胶制品收缩率的控制即与剪切速率γ&有关。
收缩率稳定，才可通过预置放大量对制品尺寸进行调整。
图2-19还表明，当γ&足够高后，再提高机器转速，并不能使材料粘度进一步下降，反而易引起弹性湍流，发生熔体破裂，损坏制品外观质量。
过高机器转速还消耗大量能量，使物料温升过高，严重的会造成事故。
图2-19 两种天然橡胶混炼胶的流动曲线4．3 胀流性流体主要流动特征是γ&很低时，流动行为基本同牛顿型流体；γ&超过某一个临界值后，剪切粘度随γ&增大而增大，呈剪切变稠效应，流体表观“体积”略有膨胀，故称胀流性流体（dilatant ）。
其流动曲线如图2-21中曲线3，若采用幂律方程描写其剪切变稠区的流动规律，则流动指数n >1。
图2-21 几种典型流体的流动曲线5． 关于剪切粘度的深入讨论剪切粘度是高分子材料流变性质中最重要的材料函数之一，也是人们在表征高分子材料流变性时首先进行测量并讨论得最多的物料参数。
关于剪切粘度的测量方法已相当成熟，大量实验数据表明，高分子材料的剪切粘度受众多因素影响。
这些因素可归并为：实验条件和生产工艺条件的影响（温度T ；压力p ；剪切速度γ&或剪切应力σ等）；物料结构及成分的影响（配方成分）； 大分子结构参数的影响（平均分子量W M ；分子量分布n W M M /；长链支化度等）。
这儿首先讨论前两个方面的影响，关于粘度与大分子结构参数的关系在第四章讨论。
5．1 温度T 的影响高分子材料流动过程中，温度T 和压力p 对物料的流动行为影响显着。
图2-23给出温度和压力变化对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）零剪切粘度的影响。
可以看出温度升高时，物料粘度下降；压力升高时，物料粘度上升。
压力升至55MPa （550bar ）时，PMMA 的零剪切粘度增高近十倍；而如果要保持粘度不变，则温度要相应地升高大约23℃。
图2-23 PMMA 的粘度与温度和压力的关系在双对数坐标图中绘出同一高分子材料（图2-25中为乙酸丁酸纤维素）不同温度下的粘度曲线，可以发现有两大特点：一，温度升高，物料粘度下降；温度的影响在低剪切速率范围特别明显，尤其对0η的影响很大；二，不同温度下的粘度曲线形状相似，只是位置因温度不同而相对位移。
图2-25 不同温度下乙酸丁酸纤维素的粘度曲线温度是分子无规热运动激烈程度的反映。
温度上升，分子热运动加剧，分子间距增大，较多的能量使材料内部形成更多的“空穴”（自由体积），使链段更易于活动，分子间的相互作用减小，粘度下降。
温度远高于玻璃化温度Tg 和熔点T m 时（T>Tg+100℃），高分子熔体粘度与温度的依赖关系可用Andrade 方程（即Arrhenius 方程）描述：()RT E Ke ηη=T 0 （2-85） 式中)(0T η为温度T 时的零剪切粘度；K 为材料常数，)(0∞→=T K η； R =8.314 J ·mol -1·K -1为普适气体常数；ηE 称粘流活化能。
粘流活化能定义——流动过程中，流动单元（对高分子材料而言即链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量（单位：J·mol-1或kcal·mol-1）。
E既反映材料流动的难易程度，更重要的反映了材料粘度随温度变化的η敏感性。
由于高分子材料的流动单元是链段，因此粘流活化能的大小与分子链结构有关，而与总分子量关系不大。
一般分子链刚性大，极性强，或含有较大侧基的高分子材料，粘流活化能较高，如PVC、PC、纤维素等。
相反，柔性较好的线型分子链高分子材料粘流活化能较低。
表2-2给出几种高分子材料粘流活化能的值。