牛顿流体与非牛顿流体全解
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
n = 1牛顿流体， umax （3）管内流动阻力 ）
l u2 hf = =4f ρ d 2 ∆P
例：天然蛋白，合成高分子液体 粘弹性表现为： i>爬杆效应 爬杆效应 ii>挤出胀大 挤出胀大 iii>无管虹吸 无管虹吸
无管虹吸 牛顿流体 粘弹性流体 挤出涨大
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 ）牛顿流体的本构方程 du τ =µ dy （2）非牛顿流体的本构方程 ）
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
u
1 = 2
16 范宁因子：f = ，f = 4 Re MR
（4）非牛顿体的广义雷诺准数 ）
λ
Re MR
d nu 2−n ρ = 1 + 3n n −1 K( )8 4n
例1—2，p73
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
1− n 1 4 .0 0 .4 = 0 .75 log[ R e MR f 2 ] − 1.2 f n n
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。
非牛顿流体简介
非牛顿流体简介
非牛顿流体是一类具有特殊性质的物质，其粘度（流动性）不是恒定的，而是随着施加在物质上的应力或应变率的变化而变化。
与牛顿流体不同，牛顿流体的粘度在给定的温度和压力下是恒定的，例如水和空气。
非牛顿流体的行为无法用牛顿的粘度定律来描述，通常表现出更复杂的特性。
非牛顿流体可进一步分为以下几种类型：
1. 剪切稀化流体（或称拟塑性流体）：这类流体的粘度随着剪切应力的增加而降低。
典型例子包括油漆和墨水，这使得它们在涂抹时更容易流动。
2. 剪切增稠流体（或称稠化流体）：相对于剪切稀化流体，这类流体在施加剪切力时其粘度增加。
生活中的例子包括玉米淀粉和水的混合物，当快速搅拌这种混合物时，它会表现出像固体一样的性质。
3. 触变性流体：这类流体的粘度随时间变化，但这种变化是在特定的应力或剪切力作用下发生的。
一些油泥和胶体就属于这种类型，它们在搅拌后的一段时间内变得更加流动。
4. 视变性流体：这类流体在受到震动或振动时，其粘度会发生变化。
一些高分子溶液就属于这种类型。
非牛顿流体的这些特性使其在许多工业和科学应用中非常有用，从食品加工到高科技材料，再到医疗设备和消防领域都有应用。
研究这些材料的流变学特性有助于我们设计更出色的产品和工艺，以满足特定的应用需求。
非牛顿流体原理简单易懂
非牛顿流体原理简单易懂简介流体是一种特殊的物质状态，具有粘度和流动性。
根据牛顿流体的定义，流体的粘度是恒定的，无论施加多大的剪切力，都不会发生改变。
然而，有一类特殊的流体称为非牛顿流体，它的粘度随着剪切力的变化而发生改变。
非牛顿流体的行为规律在许多领域都起着重要作用，包括生物学、材料科学和工程学等。
本文将介绍非牛顿流体的原理和一些常见的非牛顿流体。
非牛顿流体的定义根据非牛顿流体的特性，我们可以将其定义为在受到剪切力作用时，粘度会发生变化的流体。
换句话说，非牛顿流体的流变特性受到剪切力的影响，其粘度会随着剪切力的增加而增加或减少。
这种粘度随剪切力变化的行为被称为流变。
流变性质非牛顿流体的流变性质可以分为两种类型：剪切变稀和剪切变稠。
•剪切变稀：在受到剪切力作用时，粘度减小的非牛顿流体被称为剪切变稀流体。
这意味着随着剪切力的增加，流体的流动性增强，阻力减小。
牛奶、酸奶等许多液体食品就是典型的剪切变稀流体。
•剪切变稠：在受到剪切力作用时，粘度增加的非牛顿流体被称为剪切变稠流体。
这种流体在受到剪切力时会表现出较高的粘度，阻力增加。
一些胶体溶液、糨糊等即为剪切变稠流体的例子。
非牛顿流体的原理非牛顿流体的粘度随着剪切力的变化而改变，这种行为主要由以下两种机制引起：1.临界剪切速率机制：非牛顿流体中的分子在低剪切速率下互相间的相互作用力较强，表现为高粘度。
然而，当剪切速率超过一定阈值时，分子间的相互作用力被剪切力所克服，分子开始流动，流体的粘度降低。
这个阈值被称为临界剪切速率。
因此，在低剪切速率下，非牛顿流体表现为剪切变稠，而在高剪切速率下，流体表现为剪切变稀。
2.长链分子结构机制：一些非牛顿流体是由长链分子组成的。
在未受到剪切力时，这些链状分子相互缠绕，形成了一种类似网格的结构。
当施加剪切力时，链状分子开始发生流动，流体的粘度降低。
这个流动过程会导致分子链的伸展和重新排列，使流体变得更加流动。
随着剪切力的增加，分子链进一步伸展，流体的粘度降低。
6非牛顿流体ppt课件
7
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工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
• 如图示：表观粘度 随速
度梯度的增大而减小。
• 而塑性粘度 和动切应力 0
相对为常数。故该两参数为 反映塑性流体流变性能的重 要参数，即特性参数。
• 和 0 可用毛细管粘
度计和旋转粘度计测定。
0 1
0
dy du
du
工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
第六章、非牛顿流体的流动
本章将介绍几种常见的非牛顿流体，重 点研究塑性流体运动的基本规律，并讨论塑 性流体压力损失计算方法及幂律流体的运动 规律。
1
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工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
按照流体流动时的切应力和速度梯度之间的
关系，将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。
1、牛顿流体
即粘度为常数；
dy
（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 tan 1
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工程流体力学
三、非牛顿流体的流变性
六、非牛顿流体的流动
1、塑性流体
特征：由液体及悬浮在其中的固体微粒所组成的胶状体。
如含蜡原油、牙膏、泥浆、润滑脂等。
当塑性流体速度达到一定程度时，其流变方程可用宾 汉公式表示（也称宾汉流体）。
0
du dy
( 0
dy du
)
du dy
极限动 切应力
6
塑性粘度
表观粘度
（视粘度）
6
工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
塑性流体特点：
（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。
牛顿流体与非牛顿流体资料
表1-1中流体流变特性是按照以下几个分类标准划分的。 （ 1 ）按照流体是否符合牛顿内摩擦定律，分为牛顿流体 和非牛顿流体。 流变特性符合牛顿定律的为牛顿流体，牛顿流体是一种 与时间无关的纯粘性流体。反之，不符合的为非牛顿流体， 非牛顿流体又包括各种类型，如与时间无关和有关的流体、 粘弹性流体等。 （2）按照流体是否具有弹性，分为纯粘性流体和粘弹性 流体。 真实流体都是具有粘性的，若流体同时还具有弹性，则 称之为粘弹性流体，否则为纯粘性流体。 （3）按照流变性是否与时间有关，分为与时间无关的流 体和与时间有关的流体。
大多数高分子溶液和乳状液具有明显的假塑性。 （3）剪切稠化流体：也称胀塑性流体，与假塑性流体相反 ，膨胀流体的表观粘度随切变速率增加而增大，这种现象称为 剪切增稠现象。 一些浓稠悬浮体、蛋白质及某些高分子溶液可表现出切力 增稠现象。 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： （1）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。然而，在实际中我们遇到的触变性体系 较多，例如：某些粘土悬浮液、陈胶、溶胶及高聚合物可表现 出触变性。
（二）非牛顿流体的分类
图3-1 流体流变图
根据表1-1中非牛顿流体的粘度函数是否和剪切持续时间有 关，可以把非牛顿流体分成两类：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，而与时间无关。非时变性非牛顿流 体主要包括： （1）宾汉流体：又称塑性流体，它是只当剪切应力大于某 一数值时才开始流动的流体，这时体系并非全部发生形变，而 是产生滑动，中间未发生变化的部分仍按原来的结构形式一起 向前运动。当应力大于屈服值后，其流动性跟牛顿流体完全一 样。一些浓悬浮液如糊状物、软膏、面团、淤泥等，在适当条 件下可表现出这种行为。 （2）剪切稀化流体：也称假塑性流体，这种流体没有屈服 值，表观粘度随剪切速率增加而减小。这种粘度随剪切速率增 大而减小的现象称为剪切变稀现象。
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。
牛顿流体与非牛顿流体汇总
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,剪切应力与剪切速率是成线性关系的,关系式为:
: 粘度或粘性系数
表1-1中流体流变特性是按照以下几个分类标准划分的。 （ 1 ）按照流体是否符合牛顿内摩擦定律，分为牛顿流体 和非牛顿流体。 流变特性符合牛顿定律的为牛顿流体，牛顿流体是一种 与时间无关的纯粘性流体。反之，不符合的为非牛顿流体， 非牛顿流体又包括各种类型，如与时间无关和有关的流体、 粘弹性流体等。 （2）按照流体是否具有弹性，分为纯粘性流体和粘弹性 流体。 真实流体都是具有粘性的，若流体同时还具有弹性，则 称之为粘弹性流体，否则为纯粘性流体。 （3）按照流变性是否与时间有关，分为与时间无关的流 体和与时间有关的流体。
四、总结
一、流体流变特性的分类
表1-1 流体流变特性分类
纯粘性流体 与时间无关流体 牛 顿 流 体 假 塑 性 流 体 胀 塑 性 流 体 宾 汉 姆 流 体 屈 服 假 塑 性 流 体 卡 森 流 体 触 变 性 流 体
粘弹性流体 与时间有关流体 反 触 变 性 流 体 多 种 类 型
非牛顿流体
粘度单位为 Pa s ，粘度数值上等于单位速度梯度下流体所受 的剪应力。
（二）牛顿流体的特点：
1、牛顿流体流变曲线为通过原点的直线。
（著名的牛顿流体内摩擦定律） 2、 其中，剪切应力 的单位为Pa，剪切速率 的单位为s-1， 比例系数 为动力粘度，单位为 Pa s（帕秒），有时对某些粘 度较小的流体， Pa s 这种单位太大，而用 mPa s （毫帕秒 ）
非牛顿流体是什么原理
非牛顿流体是什么原理非牛顿流体是指在受力作用下流动状态发生改变的流体，其黏度随剪切速率或剪切应力的变化而变化。
与牛顿流体不同，非牛顿流体的黏度是一个非线性的函数。
那么，非牛顿流体是如何实现这一特性的呢？这就涉及到非牛顿流体的原理。
首先，我们来看一下牛顿流体和非牛顿流体的区别。
牛顿流体的黏度是一个常数，不随剪切速率或剪切应力的变化而改变，例如水和空气都属于牛顿流体。
而非牛顿流体的黏度是一个变量，其流动性质取决于所受的外力大小和方向，例如血液、墨水和牛奶等。
非牛顿流体的原理可以从微观和宏观两个方面进行解释。
从微观角度来看，非牛顿流体的流动特性与其分子结构有关。
在非牛顿流体中，分子之间存在着各种作用力，如静电作用力、分子间引力和斥力等。
当外力作用于非牛顿流体时，分子之间的相互作用会发生改变，从而导致了流体的非线性黏度特性。
另一方面，从宏观角度来看，非牛顿流体的流动特性与其内部结构和流动状态有关。
非牛顿流体通常具有复杂的内部结构，如聚合物溶液、胶体溶液和悬浮液等。
这些内部结构在受力作用下会发生变化，从而影响了流体的流动性质。
例如，当外力作用于聚合物溶液时，聚合物链会发生拉伸和扭曲，导致了流体黏度的变化。
除了内部结构，非牛顿流体的流动状态也会对其流动特性产生影响。
例如，当非牛顿流体处于屈服状态时，其流动性质会发生突变，表现出了塑性流动的特性。
而在其他流动状态下，非牛顿流体可能表现出了剪切稀化或剪切增稠的特性。
总的来说，非牛顿流体的原理是一个涉及到微观和宏观多个方面的复杂问题。
其流动特性取决于内部结构、流动状态和外力作用等多个因素的综合影响。
因此，对于非牛顿流体的研究不仅有助于深化我们对流体力学的理解，还具有重要的理论和应用价值。
希望本文对非牛顿流体的原理有所帮助，谢谢阅读。
牛顿流体与非牛顿流体全解课件
在食品工业中，糖浆、果汁等也 是牛顿流体，它们的流变性质对 食品的口感和加工过程有重要影
响。
03
非牛顿流体的基本性质
非牛顿流体的定义
非牛顿流体
在剪切力作用下，其剪切应力与 剪切速率之间呈非线性关系的流 体。
牛顿流体
剪切应力与剪切速率成正比关系 的流体。
非牛顿流体的流动特性
01
02
03
粘度
非牛顿流体的粘度随剪切 速率的变化而变化，表现 出复杂的流动特性。
近年来，随着实验技术和数值模拟方 法的发展，人们对非牛顿流体的理解 和应用能力不断提高。例如，科学家 们通过研究生物细胞的流动行为，发 现了细胞迁移的微观机制；在材料科 学领域，非牛顿流体的性质被用来设 计新型的高分子材料和纳米材料。
未来研究方向与展望
基础理论
应用研究
尽管非牛顿流体的研究已经取得了显 著的进展，但许多非牛顿流体的基础 理论仍然缺乏。未来，需要进一步发 展新的理论和模型，以更准确地描述 非牛顿流体的性质。
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。
非牛顿流体详细教程
非牛顿流体详细教程
非牛顿流体是指其流动受应力作用而变形的流体。
相比牛顿流体，它们具有非线性流变特性，即其粘度随着剪切速率或剪切应力的变化而改变。
非牛顿流体可以分为可塑性流体和假塑性流体两种类型。
可塑性流体的特点是在低剪切速率下表现为固体，但在高剪切速率下表现为液体。
这种流体的粘度随着剪切速率的增加而减小。
常见的可塑性流体有黏土、泥浆等。
假塑性流体的特点是在低剪切速率下表现为液体，但在高剪切速率下表现为固体。
这种流体的粘度随着剪切速率的增加而增加。
常见的假塑性流体有淀粉浆、聚合物溶液等。
非牛顿流体的流变特性可以通过流变仪进行测试。
流变仪是一种专门用于测定流体粘度及变形特性的仪器。
通过在流变仪中施加不同的剪切应力或剪切速率，可以获得非牛顿流体的流变曲线。
常见的流变曲线有剪切应力-剪切速率曲线和粘度-剪切速率曲线。
在工程与科学中，非牛顿流体的应用广泛。
例如在化工工艺中，非牛顿流体的粘度特性对流体的输送、混合和反应过程有重要影响。
在医学领域，非牛顿流体的研究对于了解血液的流动特性和疾病的治疗具有重要意义。
此外，非牛顿流体的研究还在食品加工、油田勘探等领域发挥着重要作用。
总结来说，非牛顿流体是一类具有非线性流变特性的流体。
通过流变仪可以测试其流变特性，对于工程与科学领域具有广泛的应用价值。
以上是对非牛顿流体的简要介绍。
第三章 高分子流体的流变模型
粘度曲线上的Ⅰ和Ⅱ点的剪 切速率相同，但粘度不同， 这是由于Ⅱ处受应力的历史 比点Ⅰ长，凝胶破坏的程度 大，来不及恢复
3.6 震凝性流体
剪切速率不变，黏度随着时间的增加而增加，或者所需 要的剪切应力随着时间的增加而增加，反触变流体。
3.7 黏弹性流体
黏性流动中弹性行为已不能忽视的液体，例 如聚乙烯、PMMA以及聚苯乙烯的熔体等。
由于大分子的长链结构和缠结，聚合物熔体 的流动行为远比低分子液体复杂。 在广阔的剪切速率范围内，这类液体流动时： 切应力和剪切速率不再成正比关系;熔体的粘度 也不再是一个常数； 聚合物熔体的流变行为不服从牛顿流动规律。 非牛顿型流动： 不服从牛顿流动规律的流动. 非牛顿流体： 具有不服从牛顿流动规律的流动行为的液体。
1 [1 ( ) ]
1 n a a
• 对于大多数高分子液体来讲，当剪切速率达到一定值时， 大分子链发生降解， ∞可以取零。
3.3 幂律流体模型
3.3.1幂律方程
幂律方程： K n 1 K 微分后变形为： d n2 ( n 1) K d d 当n 1 ， 0，流体是牛顿流体 d d 当n 1 ， 0，流体是假塑性流体 d d 当n 1 ， 0，流体是膨胀性流体 d
屈服假塑性流体
宾汉塑性流体 剪 切 应 力
屈服胀塑性流体
剪切速率
广义宾汉流体：塑性流体；剪切变稀；剪切变稠。
时间依赖性液体
时间依赖性液体：流动时的应变和粘度不仅与剪应力
或剪切速率的大小有关，而且还与应力作用的时间有 关。 典型特征：
• 较长时间作用与较大应力作用有相同的结果；
• 应变存在滞后效应，增加应力和降低应力两个过程 的应变曲线不能重合，存在滞后环。
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。
本章要求:1掌握牛顿流体与非牛顿流体在药剂中的应用
本章要求:1掌握牛顿流体与非牛顿流体在药剂中的应用Chap 6 流变学本章要求:1.掌握牛顿流体与非牛顿流体在药剂中的应用。
第一节流体的流动性质粘度:当液体的相邻两层间作相对运动时所产生的内摩擦力。
切变应力(Shearing stress):在流体流动时，单位面积上所加的力F,A称为切变应力。
牛顿提出:液体的粘滞度愈大，使单位面积产生一定切变速率所需的力(切变应力)也愈大，切变速率与切变应力成正比关系,dvF, AdrFAdvF,,,,dv 或 Adrdr比例常数η称为粘性系数 (简称粘度)。
2其定义为:使相距lcm，面积为1cm的两液层间产生lcm,sec速度所需的切力。
-1-1在物理单位(CGS)制中，粘度的单位是cm.g.s,用"泊”(Poises，P)表示; 也常使用“厘泊”(cp，cps)为单位， 1泊,100厘泊。
-1-1在国际单位(SI)制中，粘度的单位是m(Kg.s,用“帕斯卡秒”(Pa.s，或称帕秒)表示，1Pa.s=10P。
在药剂学中常见到的水、乙醇、甘油、糖浆等液体，在切变应力的的切变速率，随着切变应切变应力力的加大，切变速率也成正比增加。
即η,数。
如以切变应力对切变速率作图，切变速率可得一通过原点的宣线。
如图:图6-1 牛顿流体的流动曲线图6-2 A牛顿流体 B塑性流体 C塑性流体兼触变性 D 假塑性流体E假塑性流体兼触变性 F 胀性流体对一些高分子溶液、混悬液、乳浊液、软膏、糊剂等剂型，如仍用不同的切变应力对切变速率作图，得到的不是直线而可能是如图所示的某—形状的曲线。
第二节流体粘度的测定牛顿流体是一类粘度对切变速率没有依附性的流体的总称，其粘度仅受温度的影响而变化，所以牛顿流体可用单一切变速率的方法(一点法)加以测定。
常用的粘度计和应用的原理简单介绍如下。
一.牛顿流体的粘度与测定(一) 毛细管粘度计4 V=ρπrt/8lηV=在t(sec)时间内流动液体的容积2ρ,驱动压力(dyne/cm)r=毛细管半径(cm)l=毛细管长度(cm)η=粘度系数(泊)4h =ρπrt/8l Vh =液体的高度ρ=液体的密度对同一毛细管粘度计来说，其毛细管内半径、长度及从毛细管中流出的容积都是固定不变的，故可将r、π、l、v合并而以常数K表示，则上式可写成:η=Ktρ如比较一已知粘度的液体(如水)与待测液体从同一毛细管流出同一体积所需的时间，以:分别表示待测液体和标准液体的粘度，、，t、t分别代表两者的密度和,,,,1212l2流出时间(sec)，即可将实验数据代入下式而求得待测液体的相对粘度: ,2 ,,,t1111,称为相对粘度，可用η表示。
非牛顿流体原理易懂
非牛顿流体原理易懂引言在我们日常生活和工程实践中，我们经常接触到各种不同的流体，如水、空气等。
这些流体通常都遵循牛顿流体的行为模式，即其黏度（粘性）是恒定的。
然而，有一类特殊的流体，称为非牛顿流体，其黏度随切变速率或剪切力的变化而变化。
虽然非牛顿流体的行为比牛顿流体复杂，但是通过理解其原理，我们可以更好地应用非牛顿流体于实际生活和工程领域。
什么是非牛顿流体？非牛顿流体是指其黏度与应变速率或应力的变化相关，以区别于具有恒定黏度的牛顿流体。
在非牛顿流体中，黏度可能会随时间、剪切速率或者其他力的作用而发生改变。
根据非牛顿流体的性质，可以将其分为两类：剪切变稀型和剪切变稠型。
•剪切变稀型：当外部力作用于这类流体时，黏度随剪切速率的增加而减小。
这种流体具有较低的内耗，易于流动。
常见的例子包括某些浆状物质、乳液等。
•剪切变稠型：当外部力作用于这类流体时，黏度随剪切速率的增加而增大。
这种流体具有较高的内耗，流动时反应迟缓。
常见的例子包括某些胶体物质、混合物等。
非牛顿流体的原理非牛顿流体的行为主要由两个因素决定：分子结构和外部应力。
分子结构分子结构决定了非牛顿流体的流变特性。
在这些流体中，分子可以存在不规则的结构或者有序排列。
这种结构可以形成许多微观颗粒，如聚合物链、胶体粒子等。
这样的结构使得非牛顿流体具有特殊的黏性和流动性。
外部应力外部应力是非牛顿流体行为的另一个重要因素。
外部应力可以分为施加在流体上的剪切力和压力。
剪切力是由流体内部各层之间的滑动引起的，而压力则是由流体内部不同区域之间的变形引起的。
非牛顿流体的黏度与外部应力之间存在一定的关系。
当外部应力超过一定阈值时，非牛顿流体的黏度将会发生显著变化。
这种现象称为流变现象。
非牛顿流体的实际应用非牛顿流体的特殊性质使其在许多领域中得到广泛应用。
工业润滑剂非牛顿流体的特性使其成为理想的工业润滑剂。
在高速轴承、摩擦副等应用中，非牛顿流体能够有效降低摩擦和磨损，提高机械设备的效率和寿命。
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（6）汤姆孙减阻效应 1948 年，汤姆(TOMS)在第1 届国际流变学会议上宣布了他 的减阻实验。将少量的聚甲基丙烯酸加入管内一氯代苯低分子 溶液的湍流中，在一定流量下，管内流动的摩擦阻力显著下降 ，这一现象称为减阻现象。由下图可以看出，当流动由层流转 变为湍流时，流线变密，流量增加，出现减阻现象。湍流减阻 可以使流量增大，对传热、传质有利。
1Pa s 1000 mPa 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原点的直线，因此在 (即粘度 )均为恒定值。如前所述 任一剪切速率下求得的 / ，牛顿流体可通过求任意剪切速率下的剪切应力而求粘度。反 之，若已知粘度值，则可知该直线与横座标的夹角(tanα＝ )即 斜率，因此该流体的流动性就充分得到了说明。
大多数高分子溶液和乳状液具有明显的假塑性。 （3）剪切稠化流体：也称胀塑性流体，与假塑性流体相反 ，膨胀流体的表观粘度随切变速率增加而增大，这种现象称为 剪切增稠现象。 一些浓稠悬浮体、蛋白质及某些高分子溶液可表现出切力 增稠现象。 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： （1）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。然而，在实际中我们遇到的触变性体系 较多，例如：某些粘土悬浮液、陈胶、溶胶及高聚合物可表现 出触变性。
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。 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。
人们已经利用韦森堡效应，可以让赤裸的电线直接包裹上 塑料，完全淘汰了过程复杂、成本高昂的沙包线工艺。 （3）射流胀大现象： 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。如有图示：
其中
De=4~5D
（4）回弹现象
（5）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。对于非牛顿 流体一旦应用于拉伸粘度 的测量。也是合成纤维具备可纺 性的基础。
牛顿流体与非牛顿流体之 间的区别
姓名：高墨尧 学号：20150614 专业：农业机械化 2015年12月18号
主 要 内 容
一、流体流变特性的分类 二、牛顿流体
（一）牛顿流体的定义 （二）牛顿流体的特点 （三）牛顿流体的曲线
三、非牛顿流体
（一）非牛顿流体的定义 （二）非牛顿流体的分类 （三）非牛顿流体的流变特性
（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。
（三）非牛顿流体的流变特性
（ 1 ）剪切稀化现象：粘度随剪切变形速率增大而减小，变 形速率愈大，表观粘度愈小，流动性就愈好。 （2）爬杆现象(韦森堡效应)
（二）非牛顿流体的分类
图3-1 流体的流变图
根据表1-1中非牛顿流体的粘度函数是否和剪切持续时间有 关，可以把非牛顿流体分成两类：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，而与时间无关。非时变性非牛顿流 体主要包括： （1）宾汉流体：又称塑性流体，它是只当剪切应力大于某 一数值时才开始流动的流体，这时体系并非全部发生形变，而 是产生滑动，中间未发生变化的部分仍按原来的结构形式一起 向前运动。当应力大于屈服值后，其流动性跟牛顿流体完全一 样。一些浓悬浮液如糊状物、软膏、面团、淤泥等，在适当条 件下可表现出这种行为。 （2）剪切稀化流体：也称假塑性流体，这种流体没有屈服 值，表观粘度随剪切速率增加而减小。这种粘度随剪切速率增 大而减小的现象称为剪切变稀现象。
粘度单位为 Pa s ，粘度数值上等于单位速度梯度下流体所受 的剪应力。
（二）牛顿流体的特点：
1、牛顿流体流变曲线为通过原点的直线。
（著名的牛顿流体内摩擦定律） 2、 其中，剪切应力 的单位为Pa，剪切速率 的单位为s-1， 比例系数 为动力粘度，单位为 Pa s（帕秒），有时对某些粘 度较小的流体， Pa s 这种单位太大，而用 mPa s （毫帕秒 ）
谢 谢 大 家
希望大家提出宝贵意见
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。
四、总结
一、流体流变特性的分类
表1-1 流体流变特性分类
纯粘性流体 与时间无关流体 牛 顿 流 体 假 塑 性 流 体 胀 塑 性 流 体 宾 汉 姆 流 体 屈 服 假 塑 性 流 体 卡 森 流 体 触 变 性 流 体
粘弹性流体 与时间有关流体 反 触 变 性 流 体 多 种 类 型
非牛顿流体
四、总结
根据牛顿的理论牛顿流体的粘度：剪切应力 / 剪切速率 =恒 定值，我们知道了流体的粘度值都是恒定不变的，如水、酒精 、轻质油等。 但是实际上，通过人们的研究发现流体的粘度并 不是恒定不变的，正如非牛顿流体粘度：剪切应力/剪切速率≠ 恒定值；即粘度是个变化量；引起其变化的常见的因素是剪切 率、时间等。 所以，事实上我们平时接触的大多数物料都是非牛顿流体 ，物料随着剪切率或时间的变化会改变。因此，在一定的条件 下测量的粘度值不一样，所测得的粘度值是个曲线而不是一个 恒定的常数，这就是牛顿流体和非牛顿流体的区别。
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,剪切应力与剪切速率是成线性关系的,关系式为:
: 粘度或粘性系数
表1-1中流体流变特性是按照以下几个分类标准划分的。 （ 1 ）按照流体是否符合牛顿内摩擦定律，分为牛顿流体 和非牛顿流体。 流变特性符合牛顿定律的为牛顿流体，牛顿流体是一种 与时间无关的纯粘性流体。反之，不符合的为非牛顿流体， 非牛顿流体又包括各种类型，如与时间无关和有关的流体、 粘弹性流体等。 （2）按照流体是否具有弹性，分为纯粘性流体和粘弹性 流体。 真实流体都是具有粘性的，若流体同时还具有弹性，则 称之为粘弹性流体，否则为纯粘性流体。 （3）按照流变性是否与时间有关，分为与时间无关的流 体和与时间有关的流体。