第七章 非牛顿流体的流动
非牛顿流体的流动曲线
非牛顿流体的流动曲线
非牛顿流体是指流体在运动中，其局部流动状态与牛顿定律不相符的力学流体。
它们常常被用来模拟地球物质圈，特别是海洋和大气中的大规模流动。
非牛顿流体的运动通常有一些特殊的特征，其中最重要的是它们的流动曲线。
非牛顿流体的流动曲线是指非牛顿流体在某一特定状态下的运
动曲线。
它可以用来研究流体的性质和运动轨迹，进一步了解特定流体的性质。
非牛顿流体的流动性曲线又分为时域曲线和频率域曲线。
时域曲线描述流体的局部状态变化，表现为流体的流量、动量和能量方面的变化；频率域曲线描述的是流体的全局流动性，表现为流体的声速、粘度和换热等方面的变化。
一般来说，非牛顿流体曲线的微分方程是非线性的，只有在一些特定条件下才能用线性方程来描述。
像粘性流体、核流体和双相流体等都可以用非牛顿流体曲线来描述。
当流体是非牛顿的时候，使用非牛顿流体的流动曲线是非常有用的。
它可以帮助我们分析流体运动的特性和规律，这些特性包括流速、流量、力学特性和热特性等。
此外，非牛顿流体曲线还可以用来推测流体性质，并用来估算流体的性能和特性。
这些信息可以帮助我们解决流体与其他系统之间的相互作用问题，从而改进流体运动的性能和效率。
另外，非牛顿流体曲线还可以用来评估流体发生的湍流现象，从而更好地理解流体的行为。
因此，非牛顿流体的流动曲线是非常有用的，可以用来研究流体
的性质和运动轨迹，并用来估计流体的性能和特性，最终达到改善流体性能的目的。
此外，非牛顿流体的流动曲线也可以用来探究流体发生的湍流现象，由此可以更好地理解流体的行为规律。
非牛顿流体的流动.ppt
x u y
2.3 应变速度分析
拉伸粘度定义为拉应力和线应变速度之比，即 e xx xx 对于牛顿流体，其拉伸粘度是切粘度的三倍，即拉伸粘度特 别大是非牛顿流体的重要特征之一。 e 3 流速梯度非对角线的六个分量，每一个分量均能分解为代表 纯变形运动和代表纯旋转运动的两项。
2.4 应力与应变速度
应力和应变速度的关系
u x u y xy yx ( ) y x u u yz zy ( y z ) z y u u zx xz ( z x ) x z
pxx p 2 p yy p 2 u x x u y
3.2 剪切稀化流体
表观粘度函数为幂律形式 =k n1 剪切稀化流体的本构关系式 k n
n与k是常数，对剪切稀化流体 n 1，反映了非牛顿流体性质 的强弱。 实际工程中都处于中等变形速度的范围，k没有明显的物理 意义，虽然还有许多其他的数学模型，都没有幂律公式使用 得广泛和简便。
= 0 + p
3.5 卡森流体
卡森流体是另一种具有屈服值的非牛顿流体。 1 = ( c ) 本构方程为
c
卡森流体的本构方程能较准确地反映血液的流变特性。卡 森流体的本构方程在较大的变形速度范围内与实验数据符 合得很好。
3.6 时变性非牛顿流体
前面所讨论的非时变性非牛顿流体，其表观粘度只是变形 速度的函数，而与时间无关，这就是说在变形速度改变后， 流体内部结构的调整是瞬时完成的。改变变形速度后，可以 立即得到与变形速度相对应的切应力与表观粘度。结构调整 的时间很短，致使现有的测定技术对这种突变的时间过程无 法灵敏反映，这就是非时变性的含义。 (1) 触变性流体和震凝性流体 有些流体的表观粘度不仅是剪切速率的函数，而且还与其 受剪切作用的时间有关。这类物质体系的结构对剪切作用十 分敏感，其结构的调整却相当缓慢。由于流体的力学性质受 系统结构变化的影响，因此，在结构调整的时段内，流变性 质也随时间而变化，直到新的平衡结构形成为止。
流体力学中的非牛顿流体
流体力学中的非牛顿流体流体力学是研究物质在流动状态下力的作用和运动规律的学科。
在流体力学中，我们通常将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。
本文将重点介绍非牛顿流体的特性、流动行为以及其在工程和科学领域中的应用。
一、非牛顿流体的特性非牛顿流体是指其粘度随着应力或剪切速率的改变而变化的流体。
与牛顿流体相比，非牛顿流体表现出更复杂的流动行为。
根据其流变特性，非牛顿流体可以分为剪切变稀型和剪切变稠型。
剪切变稀型的非牛顿流体是指其粘度随剪切速率的增加而减小的流体。
常见的剪切变稀型非牛顿流体包括血液、糊状物和溶胶等。
这些流体在流动过程中，随着剪切力的增加，粒子之间的相互作用减弱，从而导致粘度的降低。
剪切变稀型流体的特性使其在工程领域中得到广泛应用，如石油钻井、医疗器械以及食品加工等。
剪切变稠型的非牛顿流体是指其粘度随剪切速率的增加而增加的流体。
常见的剪切变稠型非牛顿流体有浆料、高聚物溶液和胶体等。
这些流体在流动过程中，由于粒子之间的相互作用增强，导致粘度的增加。
剪切变稠型流体广泛应用于涂料、油漆和火箭发动机燃料等领域。
二、非牛顿流体的流动行为非牛顿流体的流动行为与牛顿流体有所不同。
牛顿流体遵循牛顿流体模型，其粘度独立于剪切速率，流动行为符合牛顿第二定律。
而非牛顿流体则不满足牛顿流体模型，其剪切应力和剪切速率之间的关系是非线性的。
非牛顿流体的流动行为通常由流变学进行描述。
流变学是研究物质应力-应变关系的科学，其中应力指流体内部单位面积上的力，应变指流体的变形程度。
通过流变学可以确定非牛顿流体的粘度与剪切速率之间的关系。
在非牛顿流体的流动过程中，通常存在剪切层滞后和剪切变薄等现象。
剪切层滞后是指在流动过程中，不同位置处的流体粘度不同，形成剪切层。
而剪切变薄是指在流动过程中，流体的某一部分变得更稀薄。
三、非牛顿流体的应用非牛顿流体的特性使其在工程和科学领域中得到广泛应用。
以下列举了一些常见的应用领域：1. 医学领域：血液作为一种剪切变稀型的非牛顿流体，在心血管系统中的流动行为对于疾病诊断和治疗具有重要意义。
非牛顿型流体的流动
2、机械能衡算式（柏努利方程）及其应用
2 u12 p1 u 2 p2 gz1 he gz 2 hf 2 2
3、直管摩擦损失的通用算式—Fanning 公式
6、层流与湍流的区别
7、流体静力学方程及其应用
1.7 非牛顿型流体的流动
一、非牛顿型流体的特性
du dy
du n k( ) dy
牛顿流体 非牛顿流体
〈1〉假塑性流体：速度梯度增大,粘度降低—大多数流体特征 〈2〉涨塑性流体: 速度梯度增大,粘度增大—多为浓悬浆液 流体： 〈4〉牛顿流体
〈3〉塑性流体:剪应力达临界值时,出现屈服现象—多为高固悬浆液
非牛顿流体的几个特征 1、依时性： 一些非牛顿流体的粘度与剪切力的作用时间有关。
即剪应力作用足够长的时间后，粘度才能达到定态值。—— 触变性。 涂料、圆珠笔水。
2、粘弹性： 一些非牛顿流体具有不仅具有粘性，而且具有明显的弹性。 爬杆现象；挤出胀大现象；无管虹吸现象。
本章重点与难点
1、 连续性方程：
l u 2 Δpf d 2 Δpf l u2 hf d 2 Δpf l u2 Hf g d 2g
4、局部阻力损失计算
l e u 2 Δ p f u 2 2 d 2
5、管内总阻力损失计算
l Σ le u 2 l u2 h f ( Σ ) ( ) d 2 d 2
《非牛顿流体的流动》课件
实验演示
演示剪切稀化流体的流变学特性，揭示其奇特行为。
应用
工业应用
非牛顿流体在润滑剂、涂料、胶粘剂等工业领域有 广泛应用。
生活中的应用
某些食品、护肤品和医疗药剂中也使用了非牛顿流 体。
实验演示
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
塑性流体流动实验
演示塑性流体的流动行为，了解其特性和流变学参数。
2
粘弹性流体流动实验
通过实验展示粘弹性流体的弹性回复和粘性瞬时流动。
《非牛顿流体的流动》 PPT课件
非牛顿流体是指其粘度随着应力变化而发生非线性变化的流体。本课件将介 绍非牛顿流体的特点、分类、流动行为、应用以及实验演示。
什么是非牛顿流体
非牛顿流体是指其粘度与应力不是线性关系的流体。它们可以根据其流变学 性质进一步分类为塑性流体、粘弹性流体和剪切稀化流体。
非牛顿流体的特点
变形率依赖性
非牛顿流体的粘度取决于应变速率。
时间依赖性
非牛顿流体的粘度可以随时间变化。
剪切薄弱性
非牛顿流体在高剪切速率下可能表现出稀化现象。
塑性流体
具有固体特性
塑性流体具有一定的流动阈值，需要足够的剪切力 才能使其流动。
实验演示
展示塑性流体的流动实验，探索其特性。
粘弹性流体
粘弹性流体具有介于固体与液体之间的特性。其流动行为可能包括弹性回复和粘性瞬时流动。
粘弹性流体的流动行为
1
剪切应力与剪切速率关系
粘弹性流体的流动特性与剪切速率相关，可能表现出剪切应力随剪切速率增加而 增加的非线性关系。
2
流变学模型
通过建立流变学模型来描述粘弹性流体的流动行为。
3
实验演示
演示粘弹性流体的流动行为，以帮助理解其复杂性。
非牛顿流体
非牛顿流体非牛顿流体，又称假流体，是指在外力作用下其黏度随应力变化的物质。
相比牛顿流体，非牛顿流体在不同应力下表现出不同的流动行为，从而引发了许多有趣的研究和应用。
非牛顿流体的研究起源于物理学家艾萨克·牛顿对流体力学的研究中发现的其黏度不随剪切速率变化的物质，即牛顿流体。
然而，在实际应用中，许多流体并不符合牛顿流体的特性。
有些流体在剪切力作用下表现出凝固行为，这被称为剪切稀化；而另一些流体则表现出溶解行为，称为剪切稠化。
剪切稀化是指在外力作用下，一些非牛顿流体的黏度随着剪切速率的增加而减小。
这种流体的黏度随着外力的增加而发生变化，具有了一种可逆性。
这种流体的一个典型例子是玉米浆。
当玉米浆处于静止状态时，其黏度较高，表现出稠糊状；而当玉米浆受到剪切力作用时，其黏度会大幅度减小，变得更加流动。
剪切稠化则是指在外力作用下，一些非牛顿流体的黏度随剪切速率的增加而增加。
与剪切稀化相反，这种流体的黏度随着外力的增加而变得更加粘稠。
一个典型的例子是底漆涂料。
底漆涂料在施加较低的剪切力之前，呈现出较低的黏度，但随着施加的剪切力增加，其黏度会显著增加，变得更加粘稠。
非牛顿流体的研究对许多领域都有重要的应用价值。
例如在食品工业中，非牛顿流体的研究可用于改善食品的质感和口感。
通过调整非牛顿流体的黏度，可以改变食品的口感和浓稠度，从而提升食品的美观和口味。
此外，在油漆和涂料工业中，非牛顿流体的研究也具有重要的应用价值。
通过理解非牛顿流体的流动行为，可以控制油漆和涂料的黏度，从而提高涂层的质量和稳定性。
此外，非牛顿流体还可以应用于石油工业，例如在油井钻探和输送过程中，非牛顿流体可以提供更好的润滑和减少摩擦。
非牛顿流体的研究也为医学和生物学领域提供了许多有益的应用。
例如，在血液流变学中，非牛顿流体的研究可以帮助科学家更好地了解血液在血管中的流动行为，从而为心血管疾病的诊断和治疗提供依据。
此外，非牛顿流体的研究还可以应用于药物传输和药剂学中，以帮助科学家更好地设计给药系统，提高药物的传递效率和疗效。
非牛顿流体
非牛顿流体1. 引言非牛顿流体是指在流动过程中其流变性质会随剪切应力的变化而改变的流体。
与牛顿流体不同的是，非牛顿流体的黏度不是一个固定的常数，而是一个与剪切速率相关的函数。
非牛顿流体广泛存在于日常生活和工业生产中，如牛奶、酸奶、液态口红等。
本文将介绍非牛顿流体的基本概念和分类，以及其在科学研究和工业应用中的重要性和应用。
2. 非牛顿流体的基本概念和分类2.1 基本概念非牛顿流体具有以下几个基本特征：•剪切变应力与剪切速率不成正比关系；•流动过程中粘度随剪切速率的变化而改变；•可存在较大的弹性变形。
2.2 分类根据流变特性的不同，非牛顿流体可以分为多种类型，下面介绍其中几种常见的类型：2.2.1 粘弹性流体粘弹性流体具有既具有液体的粘性特性，又具有固体的弹性特性。
在低剪切速率下表现为固体，而在高剪切速率下则表现为液体。
常见的粘弹性流体有琼脂、凝胶等。
2.2.2 塑性流体塑性流体在低应力下表现为固体，只有在超过一定应力阈值后才能发生流动。
常见的塑性流体有泥浆、黏土等。
2.2.3 剪切稀释流体剪切稀释流体的黏度会随剪切速率的增加而降低。
当剪切速率较低时，流体黏度较高，表现为固体；当剪切速率较高时，流体黏度较低，表现为液体。
常见的剪切稀释流体有牛奶、酸奶等。
2.2.4 剪切增稠流体剪切增稠流体的黏度会随剪切速率的增加而增加。
当剪切速率较低时，流体黏度较低，表现为液体；当剪切速率较高时，流体黏度较高，表现为固体。
常见的剪切增稠流体有淀粉水溶液等。
3. 非牛顿流体的重要性和应用非牛顿流体在科学研究和工业应用中具有广泛的重要性和应用价值。
以下列举了其中几个方面的应用：3.1 食品工业非牛顿流体在食品工业中有着重要的应用。
例如，牛奶和酸奶属于剪切稀释流体，其黏度会随剪切速率的增加而降低。
这就是为什么在搅拌或喝牛奶时会感觉液体更容易流动，而在静止时则更像是固体的原因。
3.2 石油工业在石油工业中，非牛顿流体的应用也非常广泛。
课件：非牛顿流体流动
4. 粘弹性非牛顿流体
剪切应力同时依赖于剪切速率和变形程度的非牛顿流体。
• 既具有与时间有关的非牛顿流体的全部流变性质； • 又具有部分弹性恢复效应的物料的性质。 • 豆荚植物胶、田菁粉、聚丙烯酰胺等。
既具有粘性，又具有弹性，表现为：
• 自漏斗流出后，流束变粗，发生膨胀（挤出胀大现象）； • 搅拌时，停止搅动表现有弹性反转（回弹现象）； • 爬杆现象，同心套管轴向流动现象，无管虹吸现象，次级流现象等。 • 其粘度用一般粘度计无法测定。
• 高含蜡或沥青质的易凝原油、 • 钻井用的钻井液、 • 采油用的增粘液或降粘液， • 各种高分子溶液。
剪切变形规律、流动规律都与牛顿流体有别。
4
定义
流变特性：流体在温度一定及没有湍流的情况下，所承受的 剪切应力与产生的垂直于剪切面的剪切速率之间的关系，即 流体变形与外加应力之间的关系。
这种关系可用流变曲线或流变方程来表示。
• 一受外力就开始流动； • 在一定温度下，剪切应力与剪切速率的比值是常数，不随剪切速率而
变化。动力粘性系数 co，ns剪t 应力与变形速率满足线性关系。
• 气体、水、轻质成品油和高温时的原油等。
3
不满足牛顿内摩擦定律的流体称为非牛顿流体，即剪应 力与变形速率不满足线性关系。
在工业中广泛存在着非牛顿流体，如：
• 开始流动后，其流变曲线的斜率随剪切速率的增大而减小；
• 呈现触变性，在一定剪切速率下，其剪切应力随外力作用时间的延续 而下降，最后达到平衡。
流变方程：
0
K
du dy
n
(n 1)
流变曲线5
17
（2）反触变性流体（震凝性非牛顿流体）
• 在恒定的剪切速率下，其剪切应力随剪切时间的延续而 增大到一个最大值，静止一段时间后又下降，甚至恢复其 初始值； • 例如，某些浓淀粉溶液、鸡蛋白。
非牛顿流体的原理
非牛顿流体的原理
非牛顿流体是指在流动过程中其流动性质会随着应力或剪切速率的变化而变化的流体。
其原理可以通过以下几个方面来解释：
1. 流变性：非牛顿流体的流动特性与牛顿流体不同，在受到剪切力时，其黏度呈现非线性变化。
剪切力越大，黏度越大，流动越困难；剪切力越小，黏度越小，流动越容易。
这是因为非牛顿流体中含有高分子聚合物或颗粒等物质，这些物质之间的相互作用会影响流体的流动性。
2. 颗粒悬浮：非牛顿流体中可能存在颗粒悬浮，这些颗粒会增加流体的黏度并导致流动特性的改变。
当流体受到剪切力时，颗粒间的相互作用会改变颗粒的排列方式，从而影响流体的流动性质。
3. 高分子聚合物：非牛顿流体中含有高分子聚合物，这些聚合物在静止时将形成网络结构并增加流体的黏度。
当流体受到剪切力时，聚合物链会发生伸展，从而减小流体的黏度。
这种特性导致了非牛顿流体的剪切变稀或变稠效应。
4. 温度和压力：非牛顿流体的流动特性还受到温度和压力的影响。
在不同温度和压力下，非牛顿流体的黏度会发生变化，进而影响流体的流动性。
总之，非牛顿流体的流动性质由多种因素决定，包括颗粒悬浮、高分子聚合物、温度和压力等。
这些因素会影响流体的黏度，并导致流体呈现剪切变稀或变稠的特性。
《非牛顿流体的流动》课件
地描述非牛顿流体的流动行为。
深入研究非牛顿流体的微观机制
02
通过先进的实验技术和计算机模拟，深入了解非牛顿流体的微
观结构和流变特性。
探索非牛顿流体的应用
03
发掘非牛顿流体的潜在应用价值，如生物医学、石油工业、食
品加工等领域。
非牛顿流体的发展前景
推动相关领域的发展
随着对非牛顿流体研究的深入，将推动流变学、物理、工程等领 域的进步。
屈服值
在流动曲线上，非牛顿流体从静止状态开始流动所需的最小应力。屈服值是非牛 顿流体的一个重要特性，它反映了流体抵抗外力作用的能力。
流动行为与流变模型
流动行为
描述非牛顿流体在受到外力作用时如何响应和流动。不同的非牛顿流体具有不同的流动行为，如触变性、震凝性 、假塑性和胀流性等。
流变模型
为了更好地描述非牛顿流体的流动特性，根据其流动行为和流变特性建立的数学模型。常见的流变模型包括幂律 模型、卡森模型、伯格斯模型和柯西模型等。这些模型可以用来预测非牛顿流体的流变性质和流动行为，为工程 应用提供重要的参考依据。
材料。
石油加工
非牛顿流体在石油加工过程中也 有应用，如用于制作润滑油、燃 料油和添加剂等。通过调整非牛 顿流体的性质，可以提高石油产
品的性能和质量。
04
非牛顿流体的研究方法
实验研究
实验研究是通过实际操作和观察来研究非牛顿流体的流动特性。这种方法可以提供 直接、真实的数据，有助于深入了解非牛顿流体的流动行为。
生物医学研究
非牛顿流体在生物医学研究中也有应用，如模拟生物组织 的流动行为，为研究提供更接近实际的模型。
石油工业
油田开采
非牛顿流体在石油工业中用于油 田开采，通过调整采出液体的流 变性质，可以提高油田的采收率
非牛顿流体原理
非牛顿流体原理
非牛顿流体是指不符合牛顿流体力学的流体行为特征的流体。
与牛顿流体不同的是，非牛顿流体的粘度随应力变化而变化，即流体的流变性质与施加的剪切力有关。
非牛顿流体的一种经典示例是混凝土。
在施加剪切力之前，混凝土具有较高的粘度，表现出强烈的抗剪切性。
然而，一旦开始施加剪切力，混凝土的粘度会明显降低，出现流动的现象。
非牛顿流体的流变性质可以通过多种方式来说明。
其中一种常见的方式是使用黏度-剪切速率关系曲线（称为流变曲线）。
流变曲线描述了非牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间的关系。
根据流变曲线的形状，非牛顿流体可以分为不可压缩流体和可压缩流体。
不可压缩非牛顿流体的黏度与剪切速率呈指数关系，即剪切速率越大，黏度越小。
可压缩非牛顿流体的黏度则与剪切速率的关系更为复杂，可能呈现出剪切变稀（剪切速率增加而黏度减小）、剪切变稠（剪切速率增加而黏度增大）甚至其他形式。
非牛顿流体的流变行为广泛应用于工程和科学领域。
例如，在油漆、涂料和胶水等工业中常用到的物料就是非牛顿流体。
理解和控制非牛顿流体的流变行为对于设计和制造高性能材料具有重要意义。
总之，非牛顿流体的流变性质与施加的剪切力有关，具有与牛
顿流体不同的特点。
通过对流变曲线的研究，我们可以更好地理解和应用非牛顿流体的特性。
非牛顿流体的本质与流动特性
非牛顿流体的本质与流动特性引言在流体力学领域中，牛顿流体是最常见的一种流体类型。
牛顿流体按照牛顿第二运动定律的描述可以简化为线性关系，流体的黏度不随剪切速率的改变而改变。
然而，在实际应用中，我们经常会遇到一些黏度随剪切速率变化的情况，这些流体被称为非牛顿流体。
非牛顿流体的本质与流动特性是流体力学中一个重要的课题。
本文将从非牛顿流体的定义、分类、流动特性以及应用等方面进行综述，以加深对非牛顿流体的理解。
非牛顿流体的定义非牛顿流体是指其黏度随剪切速率或剪切应力的改变而改变的流体。
与牛顿流体相比，非牛顿流体在应变速率较大时显示出了明显的非线性特征。
非牛顿流体的变形行为分为弹性变形和粘性变形两种。
弹性变形指的是流体在受力后恢复原状的能力，而粘性变形则是指流体在受力后无法完全恢复原状的现象。
非牛顿流体的分类根据非牛顿流体的流动性质和黏度变化规律，可以将其分为多种类型，下面介绍几种常见的非牛顿流体分类。
塑性流体塑性流体是一种在低应力下表现为固体，而在较高应力下才表现为流体的非牛顿流体。
当外力大于一定临界值时，塑性流体才能发生流动。
塑性流体的流动规律可由卡塞格伦模型描述，该模型将塑性流体视为一种存在阻力的弹簧系统。
粘弹性流体粘弹性流体是指既具有弹性固体的特性，又具有粘性流体的特性的一类材料，其黏度随变形速率和时间的改变而改变。
粘弹性流体可用弹簧和粘滞器并联的模型进行表征，其流变行为介于弹性固体和牛顿液体之间。
纳米流体纳米流体是指在普通流体中加入纳米颗粒后形成的流体，纳米颗粒的添加使得流体具有了新的特性。
纳米流体的黏度和流变行为与纳米颗粒的浓度和形状密切相关。
纳米流体具有优异的热导性和力学性能，在热传导和润滑方面具有广泛的应用前景。
非牛顿流体的流动特性非牛顿流体的流动特性主要表现在其剪切应力与剪切速率之间的非线性关系上。
剪切稀释效应剪切稀释效应是非牛顿流体的一种典型的非线性特征，指的是黏度随剪切速率的增加而降低的现象。
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。
非牛顿流体的流动特性研究
非牛顿流体的流动特性研究非牛顿流体是一类具有特殊流动行为的流体，其黏度不是恒定的，而是随着剪切力的大小而改变。
这些流体在许多重要的工程和科学领域中都有广泛的应用，例如生物医学、油田开发和食品加工等。
本文将对非牛顿流体的流动特性进行研究，探讨其流变学行为以及在不同应用领域的实际应用。
一、非牛顿流体的流变学行为非牛顿流体的流变学行为与牛顿流体有所不同。
牛顿流体的黏度是恒定的，无论剪切力大小如何，流体的黏性都不会改变。
而非牛顿流体根据黏度-剪切率关系可分为切变稀释型与切变增稠型两类。
1. 切变稀释型切变稀释型的非牛顿流体，其黏度随剪切率的增加而减小。
这种流体在应力作用下会发生流动，并且黏度会随着流动过程中剪切作用的加大而减小。
常见的切变稀释型非牛顿流体有血液、某些聚合物溶液等。
血液的黏度随着剪切作用减小，可以保证血液在人体内正常循环。
2. 切变增稠型切变增稠型的非牛顿流体，其黏度随剪切率的增加而增加。
这种流体在受到外力时，其黏度会随着剪切作用的加大而增加。
常见的切变增稠型非牛顿流体有某些胶体溶液和混凝土等。
某些胶体溶液，如打印墨水，其黏度随着剪切作用的增加而增加，可以防止墨水在印刷过程中的扩散。
二、非牛顿流体的实际应用非牛顿流体在工程和科学领域中有广泛的应用，下面将主要介绍其中几个方面的应用。
1. 生物医学应用非牛顿流体在生物医学领域中有着重要的应用。
例如，血液作为切变稀释型非牛顿流体，在心脑血管疾病诊断和治疗中扮演着重要的角色。
另外，人体关节内的关节液也是一种非牛顿流体，对于关节的润滑和保护具有重要作用。
2. 油田开发应用非牛顿流体在油田开发中具有广泛的应用。
例如，油井钻进液作为一种切变增稠型非牛顿流体，可以用于控制井孔稳定和冷却井壁。
另外，聚丙烯酰胺溶液也常用于油井水泥浆增稠剂，以提高水泥浆的悬浮性和稳定性。
3. 食品加工应用非牛顿流体在食品加工过程中有重要的应用。
例如，面团在搅拌过程中会变得越来越粘稠，这是因为面粉中的蛋白质在剪切作用下发生凝聚所致。
非牛顿流体简单原理
非牛顿流体简单原理
非牛顿流体是指在流动过程中不符合牛顿流体流动定律的流体。
牛顿流体的流动速率仅取决于施加的剪切力，并且粘度（黏度）保持不变，而非牛顿流体的粘度随剪切速率的改变而变化。
非牛顿流体的流动特性可以归因于流体中存在的微观结构。
一种常见的非牛顿流体是塑性流体，如黏土或浆糊。
这类流体在低剪切速率下表现为固体般的行为，当施加的剪切力超过一定的临界值时，流体才开始流动。
在这种情况下，剪切速率越大，粘度越低，流动性越好。
另一种类型的非牛顿流体是假塑性流体，如牙膏或润滑油。
这类流体在受到剪切力时会变得更加黏稠，粘度增加，而在没有外力作用时则呈现流动性。
这是因为流体中的微观颗粒或分子会在剪切力的作用下重新排列或形成聚集结构，从而增加了流体的黏度。
还有一种非牛顿流体是剪切稀释流体，如血液或聚合物溶液。
这类流体在剪切力作用下，流动速率增大，粘度减小。
这是由于流体中分子构型的改变导致了流动的改变，从而使流体呈现出非牛顿性质。
总而言之，非牛顿流体的流动特性不仅仅取决于施加的剪切力，还取决于流体中微观结构的变化。
这些微观结构可以通过剪切力的作用而重新排列或形成，从而影响流体的流动性质。
非牛顿流体
湍流减阻可以使流量增大,对传热,传质有利. 例如:在消防水中添加少量聚乙烯氧化物,可使消防车水 龙头喷出的水的扬程提高一倍以上.对于水工建筑,水电 站建筑中的气蚀和水锤等特殊现象,用高聚物添加剂可以 减轻其破坏作用.
未添加聚乙烯氧化物的情形
添加聚乙烯氧化物后的情形
如上图,同样动力下两幅消防水龙头喷水图 ,显然, 加入聚乙烯氧化物后水柱变高,速度能头增大了. 下图是添加减阻剂后水泵的节能量.
非牛顿流体一旦开始流动就不会停止,即使低于管路水平 面时也不会断流.这一现象被应用于拉伸粘度的测量,也 是合成纤维具备可纺性的基础.
简介:用来测量具有牛顿行为的材 料的动态粘度,例如"玻璃类,矿 渣(炉渣,火山岩等),铸造模具 的粉末. 由于这些材料的粘度变化范 围跨越几十个数量级(1到 1014.5 dPa s),只有使用不同的测量方法 才有可能标明整个范围.有三种不 同温度范围的粘度计.通过线性化 和依照最小均方根误差法的回归分 析,可以确定跨越1 ～1014.5 dPa s 范围的总曲线以及Vogel-FulcherTammann常数.
射流胀大在口模设计中十分重要.聚合物熔体从 一根矩形截面的管口流出时,管截面长边处的胀大比 短边处的胀大更显著,且在长边中央胀得最大(如图1 虚线所示).如果要求产品的截面是矩形,口模的形状 就不能是矩形,而是像图2 实线所示的那种形状.
5.回弹现象
6.无管虹吸现象 对牛顿流体来说, 在虹吸实验时, 如果将虹吸管 提离液面,虹吸马上就会停止. 那对于非牛顿流体又 是怎么样的呢?
The End
�
τ = γ
Hale Waihona Puke 1.1非时变性非牛顿流体 这类流体的切应力仅与剪切变形速度有关,即粘 度函数(式(2))仅与应变速率有关,而与时间无关. a = γ (2) 其中 a 为表观粘度或称粘度函数.
非牛顿流体科学原理
非牛顿流体科学原理概述非牛顿流体是指在受到外部力作用时，其流动性质不符合牛顿流体的流动规律的一类流体。
与牛顿流体不同，非牛顿流体的粘度是一个变量，它可以随流动剪切应力的增加或减小而发生改变。
非牛顿流体在众多领域中都有广泛的应用，例如食品工业、石油工业和药物制造业等。
本文介绍了非牛顿流体的科学原理，包括其基本概念、流变学和流动性质。
基本概念牛顿流体首先，我们先了解一下牛顿流体的概念。
牛顿流体是最简单的一类流体，其粘度是常数，不随剪切应力的变化而改变。
牛顿流体的流动规律符合牛顿流体力学定律，即流体的切应力与剪切速率成正比。
例如，水和空气就是典型的牛顿流体。
非牛顿流体非牛顿流体与牛顿流体相比，其粘度是一个变数，取决于流动中的剪切应力。
非牛顿流体的流动规律不再满足牛顿流体力学定律。
根据流变学的定义，非牛顿流体可以分为剪切变稀（剪切应力增加而粘度降低）和剪切变稠（剪切应力增加而粘度增加）两种类型。
流变学流变学研究的是流体的流变性质，即流体随剪切应力的变化而产生的变形和应力关系。
对于非牛顿流体，流变学是研究其流动规律的基础。
剪切应力剪切应力是非牛顿流体流动过程中产生的应力。
在非牛顿流体中，剪切应力与变形速率之间的关系不再是线性的。
根据非牛顿流体的性质，剪切应力可以使流体发生变稀或变稠的现象。
流变曲线流变曲线是描述非牛顿流体剪切应力与剪切速率关系的图形。
通过测量不同剪切速率下的剪切应力，可以得到流变曲线。
根据流变曲线的形状，可以对非牛顿流体进行分类和分析。
流变模型流变模型是对非牛顿流体流变性质的数学描述。
根据不同的流变模型，可以预测非牛顿流体在不同剪切应力下的流动规律。
常见的流变模型包括幂律模型、卡塞格伦模型和本氏模型等。
流动性质非牛顿流体的流动性质与剪切应力有密切关系。
在不同的剪切应力下，非牛顿流体表现出不同的流动特性。
剪切稀化剪切稀化是指非牛顿流体在剪切应力增加时粘度降低的现象。
在剪切稀化流动中，非牛顿流体表现出流动性增强的特性。
非牛顿流体的原理
非牛顿流体的原理非牛顿流体是指在受力作用下，流体黏度随着剪切速率的变化而变化的流体。
与牛顿流体不同，非牛顿流体的黏度不是一个恒定值，而是和流体的流动状态有关。
非牛顿流体的原理可以通过以下几个方面来解释。
首先，非牛顿流体的原理与分子结构有关。
在非牛顿流体中，分子之间的相互作用会随着流体受力而发生变化，从而导致流体的黏度随着剪切速率的变化而变化。
这种分子结构导致了非牛顿流体在流动过程中表现出不同的黏度特性，如剪切稀化和剪切增稠等现象。
其次，非牛顿流体的原理与流体微观结构有关。
在非牛顿流体中，流体微观结构的变化会导致流体的黏度发生变化。
例如，在受力作用下，流体中的微观结构会发生重新排列，从而导致流体的黏度发生变化。
这种微观结构的变化是非牛顿流体表现出不同流动特性的重要原因之一。
另外，非牛顿流体的原理与流体的流动状态有关。
在非牛顿流体中，流体的流动状态会影响流体的黏度特性。
当流体处于不同的流动状态时，流体的黏度会呈现出不同的变化规律。
例如，在非牛顿流体中，当流体受到较大的剪切力时，流体的黏度会随着剪切速率的增加而减小，这种现象被称为剪切稀化；而当流体受到较小的剪切力时，流体的黏度会随着剪切速率的增加而增大，这种现象被称为剪切增稠。
总的来说，非牛顿流体的原理是由流体的分子结构、流体的微观结构和流体的流动状态共同决定的。
这些因素相互作用，导致了非牛顿流体表现出不同的流动特性。
了解非牛顿流体的原理对于工程应用具有重要意义，可以为相关领域的工程设计和工艺控制提供理论依据。
在实际工程中，非牛顿流体的原理被广泛应用于液体的输送、搅拌、混合等工艺中。
通过对非牛顿流体的特性和原理进行深入研究，可以更好地指导工程实践，提高工艺的效率和质量。
总之，非牛顿流体的原理是一个复杂而又有趣的科学问题，它的研究不仅有助于我们更好地理解流体的行为，还可以为工程应用提供理论支持。
希望通过对非牛顿流体原理的深入研究，能够推动相关领域的发展，为工程实践和科学研究提供更多的启发和帮助。
流体的非牛顿流动特性和Bingham模型
流体的非牛顿流动特性和Bingham模型一、引言非牛顿流体是指在流动过程中，其流体特性不符合牛顿定律的流体。
与牛顿流体相比，非牛顿流体在表现出黏度随应力变化的特性方面存在差异。
本文将重点探讨流体的非牛顿流动特性以及Bingham模型在非牛顿流体中的应用。
二、非牛顿流体的分类1. 塑性流体塑性流体是一种具有特定的流变行为的非牛顿流体。
其在施加的应力小于屈服应力时表现为固体样式，而一旦应力超过屈服应力，则会发生塑性流动。
这种流动方式称为塑性流变。
Bingham模型是描述塑性流体行为的经典模型。
2. 剪变稀化流体剪变稀化流体是指在剪切过程中黏度随剪切速率的增加而减小的非牛顿流体。
这种流体在短时间内可以呈现高黏度，但随着剪切速率增大，它的黏度逐渐降低。
剪变稀化流体的行为可以用多种模型来描述，如幂律模型和卡西粘弹性模型。
3. 剪切增稠流体剪切增稠流体是在剪切过程中黏度随剪切速率的增加而增大的非牛顿流体。
这种流体在低剪切速率下呈现较低的黏度，但随着剪切速率增大，它的黏度逐渐增加。
剪切增稠流体的行为可以用多种模型来描述，如幂律模型和卡西粘弹性模型。
三、Bingham模型Bingham模型是一种常用的用于描述塑性流体行为的模型。
该模型假设塑性流体在施加的应力小于屈服应力时表现为固体，应力超过屈服应力后表现为流体。
Bingham模型可以用以下数学公式表示：τ = τs + μB · γ其中，τ为流体的切应力，τs为屈服应力，μB为Bingham黏度，γ为剪切速率。
四、非牛顿流体在实际中的应用非牛顿流体的特性使其在工业生产和科学研究中得到广泛应用。
1. 食品工业：非牛顿流体的特性被广泛应用于食品加工过程中，如调味酱、牛奶和果酱等产品的生产过程中。
2. 石油工业：非牛顿流体的特性在石油开采过程中具有重要作用，如油井压裂和注水方面的应用。
3. 医药工业：非牛顿流体的特性在药品制剂、乳胶和药物输送等方面有重要应用价值。
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第七章 非牛顿流体的流动
第一节 非牛顿流体的流变性和流变方程
一、牛顿流体与非牛顿流体 1、牛顿流体
流体流动时切应力和速度梯度之间的关系符合牛顿内摩擦定律的流体。
dy du μ
τ±=
2、非牛顿流体
流体流动时切应力和速度梯度之间的关系不符合牛顿内摩擦定律的流体。
3、非牛顿流体的分类
粘弹性流体动之中的、弹性变形寓于粘性流震凝性流体触变性流体流体、流变性与时间有关的膨胀性流体屈服假塑性流体屈服膨胀流体
假塑性流体
塑性流体流体、流变性与时间无关的非牛顿流体⎪⎪⎪⎪
⎪⎪⎪⎪
⎩⎪
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨
⎧⎩⎨
⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧--321
二、流变性、流变方程和流变曲线
流变性：流体流动和变形的特性。
流变方程：描述切应力与速度梯度之间关系的方程式。
流变曲线：在直角坐标中表示流体切应力和速度梯度之间变化关系的实验曲线。
1、牛顿流体（A ）
流变方程：
dy du
μ
τ±=特点：
（1）受到外力作用就流动；
（2）在恒温恒压下，τ与dy du
的比值为常数即粘度为常数；
（3）流变曲线是通过原点的直线，其斜率为动力粘度的倒数，即μα1
tan =
2、塑性流体（B ）
流变方程（宾汉公式）：）
适用于流变曲线直线段(0dy
du
p
ηττ+=
特点：
（1）塑性流体的流变性与牛顿流体不同，受力后，不能立即变形流动。
（2）流动初期切应力与速度梯度之间呈曲线关系，粘度随切应力增大而降低，随速度梯度的增大，切应力逐渐减弱，最后接近牛顿流体，成直线关系，流体的粘度不再随切应力的增加而变化，称为塑性粘度。
（3）塑性流体存在两个极限应力
极限静切应力---使塑性流体开始流动的最小切应力。
极限动切应力---塑性流体流变曲线直线段的延长线与横坐标轴的交点对应的切应力，是塑性流体流动时经常克服的与粘度和速度梯度无关的定值切应力。
（4）塑性流体的塑性粘度和视粘度
塑性粘度---p η与液体内部网状结构有关。
流体内部出现相对速度以后，由于内部网状结构遭到拆散，网状结构的拆散程度随切应力的增加而增加，粘度随切应力的增加而降低。
随着网状结构拆散程度增加，可供拆散的网状结构减少，拆散速度也变小。
同时由于被拆散的网状结构增加了，彼此之间重新恢复网状结构的机率增加。
当拆散速度与重新恢复速度相等时，成为平衡状态，粘度将保持常数，即流变曲线上的直线段部分，这个稳定的粘度称为~。
视粘度---p η为了便于同牛顿流体相互比较p
dy
du dy
du ηττ
η+=
=
//0
-----------视粘度随剪切速率变化。
3、幂律流体（A 、C 、D ）
流变方程（幂律方程）：
n
dy du k ⎪
⎪⎭⎫
⎝⎛=τ 示偏离牛顿流体的程度流变指数，无量纲，表性质，稠度系数，取决于流体--⋅--n s Pa k n
⎪⎩
⎪
⎨⎧>=<），膨胀流体（）
，牛顿流体（），假塑性流体（
幂律流体D n A n C n 111
（1）假塑性流体的特点
受力后立即流动，流变曲线经原点，因其结构性较弱，随着剪切速度的增加，网状结构被破坏，质点的相互位置得到调整，并顺着流动方向定向，导致施加于流体的切应力相互减少，从而使流变曲线凹向切应力轴，粘度下降，愈拌愈稀，这种特性称为剪切稀释性。
（2）膨胀流体的特点
受力后立即流动，流变曲线经原点。
所含颗粒形状极不规则，静止时紧密排列的颗粒嵌入邻近层的空隙中，流动后随着剪切速度的增加，中间层颗粒来不及嵌入邻近的空隙中就被稳定推过，因而发生膨胀，粘度增加，即愈拌愈稠。
这种特性称为剪切增稠性。
停止剪切后马上恢复，流变曲线凸向切应力轴。
4、流变性与时间有关的非牛顿流体 （1）触变性流体
在一定剪切速度下，随时间增加而切应力下降，即粘度降低，由稠变稀，达到某时刻以后，切应力不再变化，形成动平衡。
触变性流体震凝性流体
（2）震凝性流体
在一定剪切速度下，随时间增加而切应力上升，即粘度增加，由稀变稠，达到某时刻以后，切应力不再变化，形成动平衡。
5、粘弹性流体
粘弹性流体既具有粘性，又具有弹性。
表现为自漏斗流出后，流束变粗，发生膨胀；搅拌时如停止搅拌表现有弹性反转，其粘度用一般粘度计无法测定。
三、非牛顿流体的研究方法
与牛顿流体的研究方法基本上是类似的，在管流中连续性方程、伯努利方程、动量方程以及划分流态的原则都是相一致的，在分析时应用力学中研究物体平衡方法也是相同的。
区别仅在于所依据流变方程各有不同，从而雷诺数表达式也各有不同。
第二节塑性流体
一、塑性流体由静止到运动，随着流速由小变大，有四种流动状态。
即塞流、结构流、层流和湍流。
1、塞流：当塑性流体半径R处的推动力超过了由于极限静切应力所引起的阻力时，流体整体象活塞一样在管内流动，称为流核。
2、结构流：随两端压差增大，小于半径R的各流层依次开始流动，形成塞流的流核半径逐渐缩小，而流核以外部分各流层间速度不同，形成流速梯度为梯度区。
3、层流、湍流：两端的压差再增大，流核全部消失，梯度区扩大形成层流；随两端压差继续增大，则由层流变为湍流。
二、结构流时圆管内的计算公式 （1）切应力
L pr 2=
τ梯度区内：
L pr 200=
τ流核表面上：
（2）流速：
()()[]
2
0204r r r R L p
u p
---=
η梯度区内： ()2
004r R L p
u p
-=
η流核速度：
（3）流量
⎪⎪⎭⎫
⎝⎛+-∆=6322440034r r R R L p Q p ηπ ⎪
⎭⎫ ⎝⎛-∆=R r L pR Q p 341804ηπ
（4）断面平均流速
⎪
⎭⎫ ⎝⎛-∆=R r L pR V p 341802η
（5）水力坡降
gD gD V i p
ρτρη3163202
+
=
粘性流体层流的水力坡降 塑性流体网状结构引起的水力坡降
（6）水头损失的计算
⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛+=
V
D VD
R p P e ητηρ610
综
⎪⎩⎪⎨⎧>≤湍流结构流综综:2000:2000e e R R
⎪⎪
⎩⎪
⎪⎨
⎧
=
==62125.0642综综湍流：结构流：e e f R R g V D L h λλλ
g V h j 22
ξ
=
第三节 幂律流体
（1）切应力：
L pr 2=
τ
（2）流速：
⎥
⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=++n n n
n n r R n n LK p u 1
1/112
（3）流量
n
LK pR n nR Q 13
213⎪⎭⎫
⎝⎛+=
π
（4）断面平均流速：
n
n
n LK p R n n V 112)1
3(
⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+
（5）水头损失的计算：
m V D n n ρλ-=
264
m
V D n n K m n n n
ρ-=
⎪
⎭⎫
⎝⎛+=2Re 268
g V D L h f 22
λ
=
⎩⎨
⎧>≤湍流层流:2000:2000e e R R。