非牛顿原理(课堂PPT)

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第八章非牛顿流体_1

8V 8V d d ln du 1 8V 1 D 1 8V D w ( w ) 3 3 8 V d dr 4 D d ln w w 4 D D w pD d ln d ln w 4L n 令 8V 8V d ln d ln D D
1 n
umax 1 3n V 1 n
该式给出了无量纲速度和n的关系。
n 0, n 1, n 2,
umax 1 V umax 2 V umax 3 V
n0
n 1
n
V
V
V
n 0, n 1,
截面上流速分布是均匀的，各点速度都是平均速度。
为剪切稀释流体，其速度分布比牛顿流体扁平，其剪切速率相对小，因而在相同条件下，剪切稀释流体的流动阻力比牛顿流体小；是牛顿流体；剪切稠化流体，其速度分布比牛顿流体陡峭，剪切速率相对大，因而在相同条件下，其流动阻力比牛顿流体大。
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。
甘油的射流收缩
挤出胀大
弹性恢复
韦森堡效应：
牛顿流体
非牛顿流体
粘弹性流体的无管虹吸现象：

1.7非牛顿型流体的流动

源自文库
当＝常数，uA 常数
2、机械能衡算式（柏努利方程）及其应用
gz1 u12
2 p1
he
gz2
u
2 2
2 p2
Σ hf
z1 u12 2g p1 g H e z2 u22 2g p2 g Σ H f
3、直管摩擦损失的通用算式—Fanning 公式
Δpf
l
d
u 2
2
hf
Δpf
l u2
对符合乘方规律的非牛顿流体，有： k( du )n
dy
k( du )n1( du ) dy dy
a
du dy
a
k ( du )n1 dy
—表观粘度
n<1 假塑性 n>1 涨塑性
式中：K—稠度指数，单位为 NSn/m2 n—流性指数，无因次
二、乘方规律流体在管内流动的摩擦损失
〈1〉层流
p f
32lu
d2
哈根-伯谡叶公式（1-54）书p37
p f
(
4l d
)W
（1-50）书p36
W
p f 4l / d
（1-54）变形
W
p f 4l / d
(8u )牛顿流体
d
对非牛顿流体, 用系数k和指数n校正:
W
p f 4l / d
k(8u )n d

第九章_非牛顿流体的运动

三、流变性与时间有关的非牛顿流体
1、触变性流体和震凝性流体

流变性与时间有关的纯粘性非牛顿流体包括触变性流体和震凝性流体。
触变性流体：恒定剪切速率下，表观粘度(或剪切应力) 随剪切时间而变小，经过一段时间t0后，形成平衡结构，表观粘度趋近于常数。如图9－2所示。

震凝性流体：与触变性相反，恒定的剪切速率下表观粘度随时间而增大，一般也在一定时间后达到结构上的动平衡状态。如图9－3所示。

第九章非牛顿流体的流动第九章非牛顿流体的流动
(2) 挤出胀大和弹性回复效应(Barus效应) 粘度相当的牛顿流体和粘弹性流体，当它们分别从大容器中通过直径为D的细圆管流出时，牛顿流体形成射流收缩，而粘弹性流体的流束直径De比圆管内径要大，这一现象称为挤出胀大效应或Barus效应。当突然停止挤出，并剪断挤出物，挤出物会发生回缩，称为弹性回复效应。
第九章非牛顿流体的流动第九章非牛顿流体的流动

0
du dy
1 2

（9－8）
1 2
1 2

图9－7 卡森流体的流变曲线
du dy
1 2
第九章非牛顿流体的流动第九章非牛顿流体的流动
§ 9-2 非牛顿流体的研究方法
第九章非牛顿流体的流动第九章非牛顿流体的流动

非牛顿流体.ppt

(3)
dy
1.4非牛顿流体的分类
非牛顿流体力学的研究对象主要是流体，它要研究的是流体的流动与变形，因此，非牛顿流体力学就是研究流体流变学的科学，也可称为流体流变学。
非时变性非牛顿流体包括：宾汉流体（塑性流体）、剪切稀化流体（假塑性流体）、剪切稠化流体（膨胀型流体）。
宾汉流体：在低应力下，它表现为刚性体；但在高应力
t
ux
uz x
uy
uz y
uz
uz z
)

p z

（ u y
t
ux
u y x
uy
u y y
uz
u y z
)

p y

( xz
x

yz
y

zz
z
)
gz
( xy
x

yy
y

zy
z
)
gy
1.5 非牛顿流体的流变曲线
du
dy
⑤
①③ ④②
θ τ0 θ1
τ
几种流体的流变曲线 ①牛顿流体 ② 塑性流体 ③假塑性流体
④ 膨胀性流体⑤屈服-假塑性流体
1.6时变性非牛顿流体
时变性非牛顿流体不仅与应变速度有关，而且与剪切持续时间有关，大致可分为二类：

《非牛顿流体的流动》课件

实验研究通常需要设计和建立专门的实验装置，以模拟不同的流动条件和边界条件。
实验研究可以揭示非牛顿流体在不同剪切速率、压力、温度等条件下的流动特性，有助于理解其内在的物理机制。
数值模拟
数值模拟是通过计算机模型来模拟非牛顿流体的流动行为。这种方法可以模拟复杂的流动条件和边界条件，并能够快速得到结果。
促进新技术的开发
通过对非牛顿流体的研究，有望开发出新型的流体处理技术和设备，提高生产效率和产品质量。
开拓新的应用领域
随着对非牛顿流体认识的深入，将开拓出更多的应用领域，为社会带来更大的经济效益和科技价值。
THANKS
感谢观看
食品包装
非牛顿流体在食品包装中也有应用，如用于制作可重复封口的包装材料，以保持食品的新鲜度和延长保质期。
医药工业
药物制备
非牛顿流体在药物制备过程中起到关键作用，如用于制备悬浮液、乳浊液和注射剂等。通过调整非牛顿流体的性质，可以控制药物的释放速度和吸收效果。
医疗器械
非牛顿流体还被用于医疗器械的设计和制造，如用于制造具有特定流动特性的医疗管路和阀门，以提高医疗器械的可靠性和安全性。
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

课件：非牛顿流体流动

流变方程：幂定律方程，
n
K
du dy
稠度系数，表明流体的粘稠程度
流变行为指数，表明偏离牛顿流体的程度。
胀塑性流体， (n 1)
流变曲线4——幂函数
10
表观粘度
动力粘性系数也称为动力粘度。对于牛顿流体才能严格地称为粘度，其值只随温度和压力变化而与剪切速率无关。
对于非牛顿流体，需要用两个或更多的参数来表达其粘稠程度，为了借用牛顿流体的计算方法，很多文献上采用了 “表观粘度”的概念。
• 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。
与时间无关的非牛顿流体
5——屈服-假塑性流体（具有触变性，与时间有关）
6
2. 与时间无关的非牛顿流体
在一定的剪切速率下，其结构破坏和恢复在很短的时间内就能平衡的复杂混合物，都属于此类。（1）塑性流体（宾汉流体）（2）假塑性流体（拟塑性流体）（3）胀塑性流体
7
（1）塑性流体（宾汉流体）
• 所加外力较小时，流体虽有一定的弹性变形，但并不流动，只有外力增大到足以破坏其结构强度时，才开始流动； • 剪切应力与剪切速率呈直线关系变化。 • 油漆、油墨、牙膏、泥浆、沥青、稀润滑油脂和低温下的易凝原油等

非牛顿流体

0
K
dux dy
思考题
1.常见的非牛顿流体的流动类型有哪几类？
2.宾汉塑性流体行为的解释有哪些？
谢谢观赏
祝各位：鹏程万里、平步青云
自学内容课件展示
主讲内容：非牛顿流体的流动特性
教材P69页
学习目的：了解非牛顿流体的流动特性
课件制作人：Leabharlann Baidu新
09化工（二）班
1.9.1非牛顿流体的流动特性
工程上经常遇到另一类流体，它们的流动也行不遵循
牛顿粘性定律，这类流体统称为非牛顿流体。
分类
假塑性流体胀塑性流体
宾汉塑性流体
根据剪应力与速度关系的不同可将非牛顿流体区分为若干类型图1-33示出了几种常见类型的非
大多数非牛顿流体属于此种类型，聚合物溶液或熔融体、油脂、淀粉等。
若将式1-122写成如下形式：
n1
K dux dux
dy dy
n1
则得： K dux
dy
二.胀塑性流体（dilatant fluid）
这类流体在流动时，表观黏度随剪切速率的增大而增大。某些湿沙，含有硅酸钾、阿拉伯树胶等的水溶液均属于胀塑性流体。
三.宾汉塑性流体（bingham plastic fluid）
某些液体，如润滑脂、牙膏、纸浆、污泥、泥浆等，流动时存在着一个所谓的极限剪应力或屈服剪应

第五节非牛顿型流体

震凝性流体：搅动时粘性随时间而增大的流体，震凝性流体：搅动时粘性随时间而增大的流体，
如石油工业中的一些钻探泥浆。如石油工业中的一些钻探泥浆。
5.粘弹性流体粘弹性流体
既有粘性又有弹性，既有粘性又有弹性，应力去除后其变形能够部分地恢复。分地恢复。如面团，受挤压通过小孔而成条状后，每条的如面团，受挤压通过小孔而成条状后，截面积可以略大于孔面积，即是变形的部分恢复。截面积可以略大于孔面积，即是变形的部分恢复。
1. 假塑性流体
表观粘性随剪切速率加大而减小，流体变稀。表观粘性随剪切速率加大而减小，流体变稀。乘方规律
k：稠度系数，SI为N S n /m2 ：稠度系数，为 n：流性指数，无因次：流性指数，乘方规律流体
解释
分子静止时，彼此缠结，受剪应力时缠结点解开，分子静止时，彼此缠结，受剪应力时缠结点解开，分子沿流动方向排列成线，分子沿流动方向排列成线，减小了层间流动的剪应力，故表观粘度下降。应力，故表观粘度下降。随着速度梯度的增加，排列愈完善，随着速度梯度的增加，排列愈完善，表观粘度愈下降，对输送和传热很重要。表观粘度愈下降，对输送和传热很重要。例子：血液、某些蜂蜜、番茄酱、例子：血液、某些蜂蜜、番茄酱、果酱
流性指数无因次乘方规律流体分子静止时彼此缠结受剪应力时缠结点解开分子沿流动方向排列成线减小了层间流动的剪应力故表观粘度下降

流体力学-非牛顿流体力学

2 2
gJr
2
d K dr
n
0
p1 p2 h1 h2 J gl l
11/15
第二节
gJr
2
拟塑性流体在圆管中的层流运动_ 解析解
d K dr
1 n
n
0
J
p1 p2 h1 h2 gl l
gJ n r 2K n 1
n 1 n
C
n gJ n C R n 1 2K
1 n 1 n
边界条件，r=R 处，V=0
n 1 n gJR r n 1 R n 1 2K R 1 n
12/15
第二节
拟塑性流体在圆管中的层流运动_
n 1 n

n 1 n
gJr y 2K K
Baidu Nhomakorabea
n 1 n

2 Dp Dp y 2 y y 2 y 4L 4L 3n 1 2n 1 n 1 n n n
2）振凝性非牛顿流体
等剪切速率条件下剪切应力随剪切时间而增大
1.3
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 4/15

牛顿流体和非牛顿流体PPT讲稿

二、牛顿流体
（一）牛顿流体的定义
牛顿流体的定义：当液体的流动曲线为通
过座标原点的一条直线时，我们把具有这种流
动性质的液体称作牛顿流体，（在一定温度下
和较宽的剪切速率范围内,粘度值保持恒定的称
为牛顿流体。）
在牛顿流体:中粘,剪度或切粘应性系力数与剪切速率是成线性关
系的,关系式为:
粘度单位为 Pa s
3、流变方程中反映流体流变特性的参数只有一个。对牛顿流体来说，其流变方程只有一种形式。
4、典型的牛顿流体：水、甘油、低分子量的成品油，空气。
5、牛顿流体内部结构特点：单相流体、分散相浓度很低的假均匀多相混合物流体。
/
（三）牛顿流体曲线：
剪切应力/剪切速率= tanα =恒定值，
由于牛顿流体的流动曲线是通过座标
三、非牛顿流体
（一）非牛顿流体的定义
非牛顿流体的定义：当一种液体的剪切应力和剪切速率之间存在着非线性关系，粘度值随剪切应力或剪切速率的变化而改变时，这种流体则称为非牛顿流体。Fra Baidu bibliotek
根据剪切应力与剪切速率关系的不同可将非牛顿流体区分为若干类型，图3-1示出了几种常见类型的非牛顿流体的剪应力与剪切速率之间的关系曲线。（二）非牛顿流体的分类
（2）粘弹性流体：粘弹性流体同时具有粘性液体和弹性固体的性质，哪种性质的表现程度如何要取决于外力作用时间的快慢长短。粘弹性流体除粘度函数与剪切持续时间有关外，在剪切流动中还表现出法向应力差效应。

第八节非牛顿流体

d 3+1n ∆P 1n qV = ( ) ( ) 3n + 1 2 2kl 32 µlu n = 1牛顿流体，∆P = d2
πn
（2）管内平均流速与最大流速之比） 1+ n u = umax 1 + 3n
Baidu Nhomakorabean = 1牛顿流体， umax （3）管内流动阻力）
l u2 hf = =4f ρ d 2 ∆P
dθ du = （剪切率单位时间发生剪切变形剪切率—单位时间发生剪切变形剪切率单位时间发生剪切变形） dt dy
在剪切率范围内，（1）假塑性在剪切率范围内，随剪切）假塑性—在剪切率范围内率增高，粘度下降，又称为剪切稀率增高，粘度下降，化现象（多数情况）化现象（多数情况）（2）涨塑性在某一剪切率范围内表现）涨塑性—在某一剪切率范围内表现
n = 0.36 ~ 1.0, ReMR = 2900 ~ 3600 n = 0.2 ~ 1.0, 层流向湍流过渡的临界雷诺数 ReMR = 2100 ~ 2400
2、湍流减阻、（1）减阻现象）加入微量高分子物后的稀溶液在湍流流动时阻力明显降低的现象。（2）减阻效果
∆P f DR = (1 − ) = 1− fs ∆PS
i爬杆效应ii挤出胀大iii无管虹吸无管虹吸挤出涨大牛顿流体粘弹性流体二非牛顿流体的层流流动1定态层流流动的本构方程本构方程描述剪应力与剪切率之间的关系方程1牛顿流体的本构方程牛顿粘性定律dydu2非牛顿流体的本构方程n1假塑性流体n1牛顿流体n1涨塑性流体dydudydu宾汉流体塑性流体2幂律流体管内层流流动时的阻力损失管内的剪应力分布与流体性质无关1幂律流体关系式maxmax牛顿流体3管内流动阻力4非牛顿流体的广义雷诺准数例12p732管内平均流速与最大流速之比mr三非牛顿流体的湍流流动与减阻现象1幂律流体管内湍流的流动阻力范宁摩擦因子emremr雷诺数层流向湍流过渡的临界2湍流减阻减阻现象加入微量高分子物后的稀溶液在湍流流动时阻力明显降低的现象

第五章非牛顿流体3

y p

(c) 假塑性流体
(d) 膨胀性流体
5.2 幂律流动方程
S K
n
现在我们把幂律方程与牛顿流体的方程比较, 得到,
n1 S K K
n
S

K
n 1
a K
所以幂律方程可以写为:
例2 已知增塑 PVC的Tg为338K,Tf为418K, 粘流活化能为8.31KJ/mol, 433K 时粘度为5Pa s, 求PVC在338K和473K时的粘度为多少?
解.
温度338K正处于 Tg Tg 100 C 之间, 用WLF方程计算, 即
lgT 17.4 T Tg lg g 51.6 T Tg
lg433 17.44 433 338 lgg 51.6 433 338
lgTg lg 5 11.3 12.00 Tg 1012 Pa s
而温度473K >Tg+100度, 故用阿伦尼乌斯方程计算:
A exp E RT

3.剪切速率、静压力和添加剂的影响
大多数高聚物熔体都属于假塑性流体，在粘性剪切流动中的粘度是受各种因素影响的变量。如前面说的温度、分子量等。这里陈述高聚物熔体的粘度受剪切速率、静压力和添加剂的影响。 1 剪切速率

非牛顿流体PPT课件

2. 印花技术方面，增稠剂的高黏度和高触变性可以保证活动轮廓清晰、线条光洁的印花图案
第9页/共13页
3. 非牛顿流体作为阻尼介质，普遍应用于阻尼与制动装置中
磁流变阻尼器在建筑抗震、舰载机拦截系统和电器减噪等方面均有应用
磁流变制动器用于控制电动机的转速，通过控制制动器可以使电机的转速在200~1600r/min 之间连续变化且功率只有85W
目录
1 定义 2 特性 3 分类 4 应用
第2页/共13页
一、定义
牛顿粘滞定律：F=μA(du/dy)
F：粘滞力 μ：粘滞系数 A：接触面积 du/dy：速度变化梯度
非牛顿流体，是指不满足牛顿粘滞定律的流体
第3页/共13页
二、特性
1. 巴拉斯效应如果非牛顿流体被迫从一个大
容器，流进一根毛细管，再从毛细管流出时，可发现射流的直径比毛细管的直径大。射流的直径与毛细管直径之比，称为挤出物胀大比。对牛顿流体，其值约在 0.88～1.12之间。而对于高分子熔体或浓溶液，其值大得多，甚至可超过10
利用此特性制成的液体防弹衣，相比传统防弹衣在抵抗子弹冲击、尖刀刺戳等性能上拥有很大的优势
第11页/共13页
谢谢观赏
第12页/共13页
感谢您的观看！
2021/7/9
第13页/共13页
时变性非牛顿流体

牛顿流体与非牛顿流体全解课件

工等。
工业应用的发展趋势与挑战
发展趋势
随着科技的不断进步，工业应用中的牛顿流体和非牛顿流体技术也在不断发展，如新型材料的研发、节能减排技术的推广、智能制造的应用等，都将推动流体动力学应用的更加广泛和深入。
挑战
在工业应用中，牛顿流体和非牛顿流体的应用也面临着一些挑战，如流体的复杂性和不确定性、安全和环保问题、能源消耗和效率问题等，需要不断进行技术创新和研发，以解决这些挑战。
02
牛顿流体的基本性质
牛顿流体的定义
牛顿流体是指流体的应力应变关系满足牛顿定律的流体。在静止状态下，牛顿流体的剪切力与剪切变形率成正比，即τ=μγ，其中τ为剪切应力，γ为剪切变形率，μ为流体的动力粘度。
牛顿流体具有粘性和弹性，但粘性是主导因素。
牛顿流体的流动特性
牛顿流体的流动特性可以用流体的粘性和弹性来描述。
化工行业
非牛顿流体在化工行业中被用于材料的加工、输送和储存等环节。
04
牛顿流体与非牛顿流体的实
验研究
实验设计
实验目的
通过实验研究，深入理解牛顿流体和非牛顿流体的基本特性和性质，掌握流体力学的基本原理。
实验原理
基于流体力学的基本理论，分析牛顿流体和非牛顿流体的不同特性和表现。
实验步骤
详细描述实验的操作过程和步骤，包括样本的制备、实验设备的搭建、实验操作流程等。

非牛顿原理ppt课件

直至现代此定理在数学物理学等方面都有着重要而深刻的影非牛顿流体是指不满足牛顿黏性实验定律的流体即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体
精品课件
1
斯托克斯的简介
斯托克斯：英国数学家、物理学家。 1819年8月13日生于爱尔兰的一个小镇，斯托克斯在对光学和流体动力学进行研究时，推导出了在曲线积分中最有名的被后人称之为“斯托斯公式” 的定理。直至现代，此定理在数学、物理学等方面都有着重要而深刻的影响。
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
Βιβλιοθήκη Baidu
水流、泥石流、地幔等也
都是非牛顿流精品课件体。
7
精品课件
8
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
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精品课件
2
精品课件
3
• 非牛顿流体，是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。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。
• 牛顿流体是指在受力后极易变形，
且切应力与变形速率成正比的低粘

8-非牛顿流体流动-72

K
d dr
n
稠度系数、流动指数两个系数均与温度有关。
《高等流体力学》汪志明教授
4/72
§1 非牛顿流体的流变特性
无时间依存性的非牛顿流体
图9.2 原油的稠度系数和流动指数随温度的变化规律
《高等流体力学》
汪志明教授
5/72
§1 非牛顿流体的流变特性
例题
〖例 9-1〗有一属于假塑性流体的 CMC 钻井液，用旋转粘度计测得的流 d 变性实验数据如下：当剪切速率 1.25 Pa ， 250 s 1 时， 2.74 Pa ；
12/72
§1 非牛顿流体的流变特性
有时间依存性的非牛顿流体
1.触变性非牛顿流体另一类广泛存在的依时性非牛顿流体的流变特性对剪切速率变化的响应是滞后的，由于流体结构的变化极其缓慢，因此其变化过程不可逆。某些钻井液和原油就属于这类依时性非牛顿流体。如果在剪切速率恒定条件下，剪切应力随剪切过程的进行而衰减，那么我们称这种流体为触变性非牛顿流体。稳定的剪切应力值与剪切速率的关系为：
y K
d dr
n 1
d dr
《高等流体力学》
汪志明教授
11/72
§1 非牛顿流体的流变特性
无时间依存性的非牛顿流体
罗伯逊－史蒂夫（Robertson-Stiff）模型和赫谢尔－巴克利（Herschel-Bulkley）模型同属三参数模型。罗伯逊－史蒂夫（Robertson-Stiff）模型将剪切力作为一个参数，其本构方程为：