非牛顿流体-中国流变网
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。
非牛顿流体的流变特性研究
非牛顿流体的流变特性研究流变学是物理学和工程学的一个重要分支，研究物质的流动和变形行为。
非牛顿流体是一类特殊的流体，其流变特性与牛顿流体有所不同。
本文将探讨非牛顿流体的流变特性以及相关研究进展。
一、非牛顿流体简介非牛顿流体是指在变形应力与变形速率不成比例关系的流体。
与牛顿流体不同，非牛顿流体的黏度会随着剪切速率或剪切应力的变化而变化。
根据剪切速率变化对黏度的影响，非牛顿流体可以分为剪切稀释流体和剪切增稠流体两类。
剪切稀释流体在剪切速率增加时，黏度会下降，即流体的流动性增加。
这种现象常见于高分子溶液、悬浊液等。
剪切增稠流体则在剪切速率增加时，黏度会增加。
其中最著名的例子是玉米淀粉和水混合后形成的液体，即所谓的“奇观物质”。
二、非牛顿流体的流变模型非牛顿流体的流变行为可以通过多种模型来描述，其中最常用的是幂律模型和卡门模型。
幂律模型基于幂律关系，即剪切应力与剪切速率的幂函数关系。
该模型形式如下：τ = K × (γ・)^n其中，τ表示剪切应力，K为比例常数，γ・为剪切速率，n为流变指数。
流变指数n的值可以用来刻画非牛顿流体的流变类型。
若n>1，表示为剪切增稠流体；若0<n<1，表示为剪切稀释流体；若n=1，表示为牛顿流体。
卡门模型则假设非牛顿流体的黏度与剪切应力呈指数关系。
该模型形式如下：η = A × e^(Bτ) + C其中，η表示黏度，A、B和C为常数，τ为剪切应力。
卡门模型适用于描述粘弹性较高的非牛顿流体。
三、非牛顿流体的研究进展随着科学技术的不断发展，非牛顿流体的研究也取得了丰富的进展。
研究人员通过实验和理论模拟，深入探讨了非牛顿流体的性质和应用。
在实验方面，研究人员通过流变仪等工具，对不同类型的非牛顿流体进行流变学特性测试。
例如，他们研究了聚合物溶液的剪切流变行为以及微乳液的流动性等。
实验结果揭示了非牛顿流体在不同温度、浓度和剪切条件下的特性，为相关领域的应用提供了理论基础。
非牛顿流体分类
非牛顿流体分类引言非牛顿流体是一类在流动过程中不遵循牛顿流体力学模型的物质。
与牛顿流体相比，非牛顿流体的粘度在剪切应力变化下会发生变化，即非线性变化。
非牛顿流体在日常生活和工业领域都有广泛应用。
本文将对非牛顿流体进行分类，介绍几种典型的非牛顿流体，并探讨其基本特性和应用领域。
非牛顿流体分类根据流变学特性和粘度变化规律，非牛顿流体可以分为以下几类：塑性流体塑性流体是一类在剪切应力超过一定临界值时才开始流动的流体。
其特点是具有一定的流动阻力，但流动起来后保持稳定流动。
常见的例子包括黏土、糊状果酱等。
塑性流体在建筑、陶瓷、油漆等领域有广泛应用，如建筑中使用的填缝剂和涂料。
压差型流体压差型流体是一类在剪切应力下产生应力反应的流体。
其粘度随着剪切应力的增加而下降，流动起来的粘度较低。
常见的压差型流体例子有胶体溶液、稀胶等。
在食品、医药、化妆品等领域，压差型流体被广泛应用于制备胶体、乳液等。
剪切变稀流体剪切变稀流体是一类在剪切应力下粘度随剪切速率减小的流体。
其流动性随着剪切速率的增加而增强。
著名的剪切变稀流体是液态凝胶。
液态凝胶在医药、冶金、化妆品等领域有重要应用，例如制备药物控释体、金属陶瓷等。
剪切变稠流体剪切变稠流体是一类在剪切应力下粘度随剪切速率增大的流体。
其流动性随着剪切速率的增加而减小。
常见的例子有颗粒悬浮液、糨糊、混凝土等。
在建筑、化工等领域，剪切变稠流体被广泛应用于制备混凝土、陶瓷、纸浆等。
粘弹性流体粘弹性流体是一类同时具有粘性和弹性特性的流体。
在微小剪切应力作用下，粘弹性流体表现出弹性固体的特性；在较大剪切应力作用下，则表现出流体的特性。
常见的粘弹性流体有胶体溶液中的聚合物溶液、高分子液体等。
粘弹性流体在油墨、涂料、聚合物复合材料等领域被广泛应用。
应用领域非牛顿流体在众多领域有着广泛的应用。
以下为几个典型应用领域的介绍：1.石油工业：非牛顿流体在地质储层模拟、油井压裂等方面发挥着重要作用。
通过对非牛顿流体的研究和应用，可以提高石油开采的效率和产量。
非牛顿流体分类
非牛顿流体分类非牛顿流体分类介绍一般来说，流体分为牛顿流体和非牛顿流体。
牛顿流体是指流体黏度独立于剪切应力大小，它的黏度恒定不变，例如水和气体。
而非牛顿流体则是指流体黏度随剪切应力的大小或时间的变化而发生变化，黏度大小不是固定的。
非牛顿流体具有良好的流变性质，是流体力学研究的重要领域之一。
目前，人们对非牛顿流体的研究已经越来越深入，各种流变特性的分类也愈加复杂。
下面将对非牛顿流体进行分类。
非牛顿流体的分类1.剪稀型流体这种流体的黏度随剪切应力大小的增加而下降。
当剪切应力超过一定值时，黏度骤然下降，这种现象称为剪切稀化。
剪稀型流体的代表物质包括淀粉浆、红细胞等。
剪稀型流体的应用十分广泛，可以用于高分子物质和颗粒材料的分散和输送。
2.剪增型流体这种流体的黏度随剪切应力的大小而增加，当剪切应力超过一定值时，其黏度增加速度变得很快。
剪增型流体的代表物质包括巴斯德粘土溶胶、树胶、填充胶等。
剪增型流体的应用广泛，可以用于涂料、胶粘剂、封装塑料材料等。
3.静态型流体这种流体黏度随时间的变化而变化，但与剪切应力无关，等于常数。
静态型流体的代表物质包括稀溶的聚合物和胶体溶液等。
静态型流体的应用广泛，可以用于印刷、涂层、铸造等。
4.粘弹性流体这种流体的黏度不仅随剪切应力变化而变化，还随时间变化而变化。
粘弹性流体的代表物质包括液晶聚合物、硅胶、膏体等。
粘弹性流体具有较好的机械性能和流变特性，可以用于高级材料、电介质材料等。
总结综上所述，非牛顿流体形态多样，根据不同性质，可以将非牛顿流体分为剪稀型流体、剪增型流体、静态型流体和粘弹性流体。
这些流体的研究和应用，在材料科学、生物医学等领域具有重要的意义，对于推动社会的发展和创新有着积极的影响。
非牛顿流体的定义
非牛顿流体的定义非牛顿流体是指在受力作用下其粘度发生变化的流体。
与牛顿流体相比，非牛顿流体在流动过程中呈现出复杂、多样的性质。
这些流体的特殊性质可以归结为以下几个方面：首先，非牛顿流体的粘度随剪切速率的变化而变化。
剪切速率是描述流体变形速度的参数，对于牛顿流体而言，粘度是一个固定的常数。
然而，非牛顿流体的粘度在不同的剪切速率下会发生变化。
当剪切速率较小时，粘度较高；而当剪切速率较大时，粘度较低。
这种粘度随剪切速率的变化被称为剪切变稀。
其次，非牛顿流体的粘度随应力变化而变化。
应力是描述流体受力情况的参数，对于牛顿流体而言，粘度与应力成正比。
但对于非牛顿流体，当应力较小时，粘度较低；而当应力较大时，粘度较高。
这种粘度随应力的变化被称为应力变稠。
非牛顿流体还可以分为多种类型，其中最常见的有塑性流体、粘弹性流体和剪切变稀流体。
塑性流体是指具有一定的应力阈值才能流动的流体，例如糊状物体。
当施加的应力不足以克服流体的内部粘性时，流体呈现出固体的特性，无法流动。
只有当施加的应力超过了一定的阈值时，流体才会开始流动。
粘弹性流体是指既具有液体流动特性又具有固体弹性特性的流体。
这种流体在受到外部应力后会发生形变，但当外力停止作用后，流体又会恢复到原来的形状。
剪切变稀流体是指随剪切速率增加而粘度减小的流体，如乳液、汁液等。
这种流体在静止状态下表现为较高的粘度，随着剪切速率的增加，粘度逐渐降低。
这种特性使得流体在加工和运输过程中更易于形变和流动。
非牛顿流体在许多领域都具有广泛的应用。
在化妆品工业中，非牛顿流体的流变性质可以被利用来改善产品的触感和稳定性。
在油田开发中，非牛顿流体的特殊性质可以用来增加油井的产能。
在食品工业中，非牛顿流体的流变性质可以用来改善食品的口感和质地。
总之，非牛顿流体是一类具有特殊流变性质的流体。
其粘度随剪切速率和应力的变化而变化，表现出剪切变稀和应力变稠的特性。
不同类型的非牛顿流体在应用中发挥着重要的作用，为各个领域的科学研究和工程实践提供了新的思路和方法。
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。
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。
流体力学 9非牛顿流体
在一定的剪切速率下，剪切应力随剪切作用时间的延续 而增大的流体。
（1）触变性流体
• 在恒定的剪切速率下，其剪切应力随剪切作用时间的延续而 下降；
• 经过一段时间的剪切后， 才趋于稳定；
• 触变曲线 ；f (t)
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。
表观粘度：剪切应力与剪切速率的比值。非牛顿流体的 表观粘度是随剪切速率而变化的。
a
du
dy
表观粘度与剪切速率的关系
塑性流体：表观粘度 a随剪切速率 d u的/d增y 大而减小。
与时间无关：剪切速率改变，平衡结构无滞后 地随之变化，变化是瞬时的、可逆的变化； 与时间有关：流变特性对剪切速率变化的响应 是滞后的，与剪切力作用时间长短有关，变化 过程不可逆。
流变曲线
5
3——幂函数
1——直线
4——幂函数
du
O
dy
1——牛顿流体； 2——塑性流体（宾汉流体）； 3——假塑性流体（拟塑性流体）； 4——胀塑性流体；
• 剪切应力为剪切速率和剪切持续时间的函数
f
d d
u y
,t
• 流变曲线是以一定的剪切持续时间为参变量的一组 d曲u线。
dy
• 在工程计算中，常用的是剪切趋于稳定时（即时间趋于 无穷大）的流变曲线，称为平衡流变曲线。
触变曲线
某原油的触变曲线，《油气储运工艺》蔡春知
t 15℃ d u 3s1 dy
非牛顿流体物态
非牛顿流体物态非牛顿流体是指在受力作用下其流变性质会改变的流体。
相对于牛顿流体而言，非牛顿流体的流变行为更加复杂，具有较大的变形应力和变形速率之间的非线性关系。
非牛顿流体的物态特点使其在许多领域具有广泛的应用，包括化工、食品、药品、生物医学等。
非牛顿流体的物态特性主要体现在其流变性质上。
流变性质是指物质在受到外力作用下的变形行为。
牛顿流体的流变性质是线性的，即变形应力和变形速率成正比。
而非牛顿流体的流变性质则不符合这种线性关系，其变形应力和变形速率之间存在非线性关系。
这种非线性关系可以通过流变学来描述和研究。
常见的非牛顿流体包括塑性流体、粘弹性流体和剪切稀化流体等。
塑性流体在无外力作用下是固体，只有在外力达到一定程度时才会发生流动。
塑性流体常用于泥浆、涂料等领域。
粘弹性流体具有同时具备液体和固体特性的流体，其流变性质介于牛顿流体和塑性流体之间。
剪切稀化流体则是指在剪切应力作用下变得更稀薄的流体，其粘度随剪切速率的增加而减小。
剪切稀化流体常见于某些胶体溶液和悬浮液。
非牛顿流体的流变行为可以通过流变学实验进行研究。
流变学是研究物质变形和流动的学科，通过测量物质的应力和变形速率，可以得到物质的流变学参数，如黏度、剪切应力和剪切速率等。
流变学实验可以通过旋转式流变仪、剪切式流变仪等设备进行，得到的实验数据可以用于建立非牛顿流体的流变模型。
非牛顿流体的应用领域非常广泛。
在化工领域，非牛顿流体的流变性质对流体的输送、搅拌、混合等过程有重要影响，因此在化工工艺设计和优化中需要考虑非牛顿流体的特性。
在食品工业中，非牛顿流体的流变性质对食品的质地和口感有重要影响，如面粉、果酱等。
在药品制造中，非牛顿流体的流变性质对药品的稳定性和质量控制起着重要作用。
在生物医学领域，非牛顿流体的流变性质对血液流动、细胞运动等生物过程有重要影响，因此在生物医学研究和临床治疗中也需要考虑非牛顿流体的特性。
非牛顿流体的物态特点使其在许多领域具有广泛的应用。
牛顿流体与非牛顿流体全解
（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 ）
什么是非牛顿流体
什么是非牛顿流体公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]什么是非牛顿流体1 非牛顿流体的定义自然界最常见的流体以空气和水为代表，通常被认为是牛顿流体，熊老师在上课时讲过，它们的主要特征是切应力和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。
但是，还有不少材料既不是虎克固体，也不是牛顿流体。
这些材料同时具有固体和流体的性质，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，己不再是“血粘度检查”，而是“血液流变学捡查”（简称血流变），产生这样的变化就是因为血液不是牛顿流体，恒定不变的“粘度”不是它的一种属性。
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，分别是U和0，两平板间的速度呈线性分布，斜率是粘度系数。
由此得到了着名的牛顿粘性定律。
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，对于描述像水和空气这样低分子量的简单流体是适合的，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
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.
6非牛顿流体
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 0 ---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，常用于分析 塑性流体的流动问题。
（4）塑性流体存在塑性粘度和视粘度（表观粘度）。
2
2
工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
许多非牛顿流体常表现出明显的弹性。 下图是流体的三种弹性行为。
流体的弹性表现 a、爬杆效应 ； b、挤出胀大； c、无管虹吸
3
3
工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
6.1 非牛顿流体的流变性
一、流变性
流体流动与变形的特性称为流变性。流变性可 用流变曲线或流变方程来表示。 1、流变曲线
7
7
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
dy
8
8
工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
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。
非牛顿流体综述
非牛顿流体综述
非牛顿流体是指在受力作用下其流动性质不符合牛顿流体力学的一类流体。
在非牛顿流体中，剪切速率和剪切应力之间的关系不是线性的，而是可以表现出更为复杂的行为。
以下是非牛顿流体的一些常见类型和性质：
剪切稀释流体（Shear-Thinning Fluids）：这是最常见的非牛顿流体类型。
在剪切力作用下，粘度随剪切速率的增加而减小。
常见的例子包括聚合物溶液、墨水和一些生物体液，如血液。
剪切增稠流体（Shear-Thickening Fluids）：在这种情况下，粘度随剪切速率的增加而增加。
这种非牛顿流体的典型例子是玉米淀粉和水的混合物，也被称为"奇异流体"，因为其行为相对罕见。
黏弹性流体（Viscoelastic Fluids）：这种流体同时表现出粘性和弹性的特性。
在受力后，它们可以恢复形状，但也具有一定的黏性。
聚合物溶液和凝胶是黏弹性流体的例子。
粘塑性流体（Viscoplastic Fluids）：这类流体在受到一定剪切力之前表现得像固体，而一旦超过某个剪切阈值，它们就开始流动。
土壤、牙膏和墙漆都属于粘塑性流体。
液固两相流体（Fluid-Solid Transition）：这是一种能够在液体和固体之间切换的流体，具有流变性质。
它在无剪切力作用下表现为固体，在受到剪切力时表现为流体。
泡沫、乳液和胶体：由于其中包含气体、液滴或颗粒，这些复杂的体系也常常表现出非牛顿性质。
非牛顿流体的研究和应用涉及到许多领域，包括食品工业、药物制造、油漆和涂料、生物医学、化学工程等。
了解这些流体的行为对于设计和优化相应的工艺和产品具有重要意义。
非牛顿流体
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受力作用下，流体的黏度随着剪切速率的改变而发生变化的流体。
相比于牛顿流体，非牛顿流体的黏度不是一个恒定的数值，而是随着流体内部的运动状态而改变的。
非牛顿流体的研究对于理解和应用流体力学具有重要的意义。
下面我们来简单了解一下非牛顿流体的基本原理。
首先，我们需要了解牛顿流体和非牛顿流体的区别。
牛顿流体的黏度是一个恒定的值，不受外力的影响，例如水和空气都属于牛顿流体。
而非牛顿流体的黏度则会随着受力情况的改变而发生变化，例如墨汁、果酱、牛奶等都属于非牛顿流体。
这种特殊的性质使得非牛顿流体在工业生产和科研领域有着广泛的应用。
其次，非牛顿流体的黏度随着剪切速率的改变而发生变化。
当外力作用在非牛顿流体上时，流体分子间的相互作用会发生改变，导致流体的黏度发生变化。
具体来说，当流体受到较小的剪切力时，流体分子之间的相互作用较强，流体呈现出较高的黏度；而当流体受到较大的剪切力时，流体分子之间的相互作用减弱，流体呈现出较低的黏度。
这种剪切速率和黏度之间的关系是非牛顿流体的一个重要特征。
此外，非牛顿流体还可以根据其流变特性进行分类。
常见的非牛顿流体包括塑性流体、假塑性流体和粘弹性流体。
塑性流体在受到较小的剪切力时表现出固体的特性，而在受到较大的剪切力时才呈现出流体的特性；假塑性流体在受到剪切力时呈现出黏度随剪切速率增加而递减的特性；粘弹性流体则同时具有液体和固体的特性，表现出延展性和弹性。
总的来说，非牛顿流体的简单原理就是在受力作用下，流体的黏度随着剪切速率的改变而发生变化。
这种特殊的流体力学特性使得非牛顿流体在食品加工、医药制备、油漆涂料等领域有着广泛的应用。
对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，也为工业生产和科学研究提供了重要的理论基础。
希望通过本文的介绍，读者对非牛顿流体有了更清晰的认识，进一步了解流体力学的相关知识。
非牛顿流体力学
非牛顿流体力学
非牛顿流体力学是流变学的一个分支，主要研究非牛顿流体的应力和应变关系，以及非牛顿流体在各种条件下的流动规律。
非牛顿流体在剪切力作用下，其剪切变形速率和剪切应力之间不满足线性关系，这使得非牛顿流体的流动行为变得更为复杂。
非牛顿流体力学在许多领域都有广泛的应用，如化学纤维工业、塑料工业、石油工业、化学工业、轻工业、食品工业等。
在这些领域中，非牛顿流体力学的研究成果可以用来优化生产过程，提高产品质量和生产效率。
此外，非牛顿流体力学还在生物医学工程、环境工程、航空航天等领域中发挥了重要作用。
例如，血液是一种非牛顿流体，研究血液的流动规律对于心血管疾病、脑血管疾病等的诊断和治疗具有重要意义。
总之，非牛顿流体力学的研究成果不仅在学术上具有重要意义，在实际应用中也具有广泛的价值。
非牛顿流体制作方法
非牛顿流体制作方法非牛顿流体是指在受力作用下流变性能较明显的流体，其黏度随着剪切速率或者剪切应力的改变而改变。
在工业生产和科研领域，非牛顿流体的制备方法备受关注。
下面将介绍一种常见的非牛顿流体制作方法。
首先，选择合适的基础材料。
通常情况下，非牛顿流体的制备需要选择一种或多种聚合物作为基础材料。
聚合物的种类和用量将直接影响到最终流体的性质，因此在选择时需要根据实际需要进行合理搭配。
其次，进行材料的预处理。
在制备非牛顿流体之前，需要对所选用的聚合物进行预处理，以确保其在后续的加工过程中能够达到预期的效果。
预处理的方法包括溶解、加热、搅拌等，需要根据材料的特性进行具体的操作。
接着，进行配方设计和混合。
在确定了基础材料和经过预处理之后，需要进行配方设计，将各种原料按照一定的比例进行混合。
在混合的过程中，需要注意控制温度、搅拌速度等参数，以确保各种原料能够充分混合，形成均匀的混合物。
然后，进行流变性能调控。
非牛顿流体的特点之一就是其流变性能可调，因此在制备过程中需要对流体的流变性能进行调控。
这一步通常需要通过改变温度、pH值、添加助剂等方式来实现，以满足不同工艺和应用的需求。
最后，进行成品的检验和包装。
制备完成的非牛顿流体需要进行各项性能指标的检验，确保其符合预期的要求。
同时，还需要进行包装，以确保成品在运输和储存过程中不受外界环境的影响。
总的来说，非牛顿流体的制备方法包括选择基础材料、预处理、配方设计和混合、流变性能调控、成品检验和包装等多个环节。
在实际操作中，需要根据具体的要求和条件进行合理的操作，以获得符合预期的非牛顿流体产品。
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流变学简介流变学是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科,是物理学的一个分支，它主要研究材料在外界作用(应力、应变、温度、电场、磁场、辐射等)下的变形和流动的科学。
这里所说的材料既包括流体形态，也包括固体形态的物质。
在常温常压下，物质可分为固体、液体和气体三种状态；特殊情况下，还有等离子态和超固态。
气体和液体又合称为流体。
从力学分析的角度，通常认为流体与固体的主要差别，在于它们对于外力的抵抗能力不同。
固体有能力抵抗一定大小的拉力、压力和剪切力。
当外力作用在固体上时，固体将产生一定程度的相应变形。
固体静止时，可以有法向应力和切向应力。
而流体在静止时，则不能承受切向应力，微小的剪切刀将使流体产生连续不断的变形。
只有当剪切力停止作用时，流体的变形方会停止。
流体这种在外力作用下连续不断变形的宏观性质，通常称为流动性。
虎克弹性固体力学一般认为，英国物理学家虎克于1678年首先提出了，在小变形情况下，固体的变形与所受的外力成正比。
这一弹性体变形与应力关系的基本规律，后来称为虎克定律。
牛顿流体力学英国科学家牛顿在1687年最先提出了流体的应力和应变率成正比，后来将此称为牛顿黏性定律，并将符合这一规律的流体称为牛顿流体，其中包括最常见的流体—水和空气，而将不符合这一规律的流体称为非牛顿流体。
上述两定律是在17世纪发表的，但直到19世纪末才由柯西、纳维、斯托克斯等人推广到三维变形和流动，并为科学界广泛接受。
从那以后，虎克弹性固体力学和牛顿流体力学随着它在许多工程分支学科中的应用，而得到巨大的发展。
但是流变学通常并不包括对上述两种情况的研究，流变学要研究更加复杂的材料。
流变学的诞生1928年雷纳应邀从巴勒斯坦到美国访问，与印地安纳州Lafayette学院的宾汉（Bing ham E C 1878～1945）教授一起工作。
宾汉对雷纳说，我（一个化学家）和你（一个土木工程师），一起工作解决共同的问题，随着胶体化学的发展，这种工作方式将会变得很平常，因此需要建立一个物理学科的分支来处理这类问题。
雷纳告诉宾汉，这样的分支是存在的，并且作为连续介质力学而被人们所认识。
宾汉认为这样做不好，会吓跑化学家，需要给它起一个新的名字。
宾汉请教了一位担任古典文学教授的同事，根据公元前6世纪古希腊哲学家赫拉克利特（Heraclitus）“一切皆流”的说法，提出了“流变学”（Rheology）这个名字。
Rheo一词来源于希腊语Rheos（流动）之意。
Rheology的中文译名没有简单地译成流动学，而是创造性地译成流变学，既有流动，又有变形。
宾汉于1928年在美国提议成立了流变学会（Rheological Society），研究材料的变形和流动。
1929年召开了流变学会的第一次会议，并创办了《流变学杂志》。
这个流变学杂志，在1933年后曾停止出版；1957年作为《Transactions of Socie ty of Rheology》重新出版；1978年又恢复其最初的名字《流变学杂志》（Journal of R heology）。
宾汉是流变学的奠基人。
他研究了悬胶、油漆、水泥等一些材料的流变特性，写了一系列论文，特别是在1919年和H.格林联合发表的论文“油漆是一种塑性材料而不是黏性流体”，该文指出，油漆在剪切应力较小时，剪切应变率为零（或不发生流动），只有在剪切应力超达过临界值（即屈服应力）时，才发生流动，这时应变率和应力与屈服应力之差成正比。
后来人们将具有这种流变规律或本构关系的材料或物质，称为黏塑性材料或宾汉塑性材料（简称宾汉体）。
Eg:除油漆外，石膏、悬胶、面粉团，水泥砂浆等均可作为宾汉体来处理。
圣维南的塑性流动材料和牛顿流体，均可作为宾汉体的特殊情况，前者的流动速度为零，后者的屈服应力为零。
直到第二次世界大战爆发以前，美国流变学会仍是世界上唯一的流变学会。
1939年，荷兰皇家科学院成立了以J.M.伯格斯为首的流变学小组。
1940年，英国成立了流变学家俱乐部。
1945年12月国际科学联合会（International Council of Scientific Unions）组织了一个流变学委员会。
1947年在冯卡门主席的主持下举行了第一次会议，代表们来自物理、化学、生物科学、大地测量、空气物理、理论和应用力学的国际联合会。
委员会的职能是：对流变学的专门名词进行命名；对流变学的论文进行摘要；组织国际流变学会议等。
1968年前，国际流变学会议每5年举行一次。
1968年以后，每4年举行一次。
第15届国际流变学会议是2008年8月在美国举行的。
1973年国际流变学委员会被接纳为国际纯粹和应用化学联合会的分支机构。
1974年国际流变学专业委员会被接纳为国际理论和应用力学联合会的分支机构。
流变学的研究对象流动的固体—流变学的研究对象之一流动的固体，是指弹性形变与黏性流动同时存在的物体。
“弹性形变”是指短暂的、能恢复原状的形变。
而“黏性流动”是指持续的、不能恢复原状的形变，它也被称为“流变”。
过去一般谈固体时，是指只有弹性形变的物体；谈到流体时，是指只有黏性流动的流体。
实际上，同时具有这两种性质的物体是很多的。
用钢棒和沥青棒作如下的实验：将钢捧放在两支点上，棒的正中间放一重物，此时钢棒弯了；当重物取走时，弯曲了的钢棒能完全恢复原状如下图a。
钢棒此时是弹性形变。
将沥青棒放到两支点上，如下图b那样，中间也放一重物。
重物放置一段时间后取走，沥青捧稍恢复了一点，但并没恢复原状，还是弯的。
这里的沥青棒，除有弹性形变外，己有了流变。
如在沥青棒中间用手快速按一下，抬起手后，它能恢复原状，表现出很好的弹性。
但若手按下较长时间再抬起，就己不能恢复原状。
同是一根沥青捧，迅速按一下，它是弹性体；较长时间地按，又显现有流体的性质。
实际上很多物体，当外力作用的时间小于某一时间时，物体表现出弹性；当外力作用的时间大于这一时间，物体就会流变。
这个时间就叫做物体的“缓和时间”。
“缓和时间”是一个时间阈值，当外力作用时间超过此阈值时，物体的弹性就会“缓和”而产生流变。
弹性体与流体之所以不同，也可认为只是其缓和时间不同而已。
缓和时间无限长的物体，是理想的弹性体；缓和时间等于零的物体是理想的流体。
具有弹性和黏性混合性质的物体，其缓和时间既不为零，也不是无穷大，它们就是可流动的固体，或者是有弹性的流体。
固体表现出流动的性质，除了外力作用时间的因素外，还有温度的因素。
当温度不断升高时，大部分物体都会要流变，表现出流体的性质。
现代工业需要耐高温、耐蠕变的高质量的金属、合金、陶瓷和高强度的聚合物，因此与固体蠕变断裂有关的流变学分支会迅速发展起来。
核工业中核反应堆和粒子加速器的发展，也为研究幅射产生的流变打开了新的领域。
在地球科学中，人们很早就知道时间过程这一重要因素。
当观察地质断面时，可以看到岩石有皱纹的褶曲结构，这是岩石在流动的证据。
在几亿年的地质年代里，岩层受着横向的力而流变成褶曲形状。
在江西庐山芦林桥附近，有一处“第四纪冰川遗迹”,己立碑成为向旅游者展示岩石也在流动的景点。
有人曾测量计算过冰川的黏性，大约是混凝土的100万倍；而混凝土的黏性，大约是水的100亿倍。
可见无论冰川是多么“黏”，多么难于流动，经过了几千年、几万年，终究还是在慢慢地向下流动着。
流变学为研究上地壳中有趣的地球物理现象（如冰川期以后的上升、层状岩层的褶皱、造山作用、地震成因以及成矿作用等）提供了物理-数学工具。
对于地球内部的过程，如岩浆活动、地幔热对流等，也可利用高温、高压岩石流变试验来模拟，从而推动了地球动力学的研究。
自然界中整个地质年代里的蠕变，岩石的流动尚在继续中非牛顿流体—流变学的研究对象之二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。
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。
近几十年以来，促使非牛顿流体研究迅速发展的主要动力之一，是聚合物工业的发展。
绝大多数聚合物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酰、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、磁浆、油漆、油墨、牙膏、泡沫、液晶、泥石流、地幔、家蚕丝再生溶液、钻井用的洗井液和完井液、感光材料的涂液、高含沙水流等都是非牛顿流体。
在食品工业中，蛋清、炼乳、琼脂、果酱、酱油、土豆浆、番茄汁、淀粉液、苹果浆、浓菜汤、糖稀、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。
总之，在日常生活和工业生产中常遇到的各种高分子溶液、熔体、膏体、凝胶、交联体系、悬浮体系等复杂性质的流体，差不多都是非牛顿流体。
有时为了工业生产的目的，在某种牛顿流体中，加入一些聚合物，在改进其性能的同时，也将其变成为非牛顿流体，如为提高石油产量使用的压裂液、新型润滑剂等。
现在也有人将血液、果浆、蛋清、奶油等这些非常黏稠的流体，牙膏、石油、泥浆、油漆、各种聚合物（聚乙烯、尼龙、涤纶、橡胶等）溶液等非牛顿流体，称为软物质。
非牛顿流体有许多奇妙的特性，如射流胀大、无管虹吸、剪切变稀、拔丝、湍流减阻等，其中有一个使人感兴趣的特性，就是部分非牛顿流体具有弹性，亦称为黏弹性流体。
当旋转杆插入黏弹性流体时，流体将沿杆向上爬，液面呈凸形。
中国的流变学研究中国最早从事流变学研究工作的可能是地质力学家。
第一本翻译成中文的流变学书籍，是雷纳的《理论流变学讲义》，是由中国科学院岩体土力学研究所的6位研究人员于1965年合译出版的。
1978年制定全国力学发展规划时，认为流变学是必须重视和加强的薄弱领域。
国内流变会议1985年中国力学学会与中国化学会联合成立了流变学专业委员会，并在湖南长沙召开了第一届全国流变学学术会议。
经中国科学技术协会批准，中国流变学专业委员会对外称为“中国流变学会”，第一届的主任委员是北京大学教授、英藉华人科学家陈文芳。
第一届全国流变学会议有来自高等院校、研究和生产部门的178位代表参加，提交了125篇研究论文。
会后由学术期刊出版社出版了《流变学进展─中国化学会、中国力学学会第一届全国流变学会议论文集》，收入115篇论文，按内容分别列为专题评论、非牛顿流体力学、聚合物熔体、聚合物溶液、黏弹性和固体力学、分散体系、生物医学物质、聚合物加工、流变测量法等9章，反映了当时中国流变学研究的状况。
1987年在成都召开了第二届全国流变学会议，并开始使用中国流变学会的会徽。
1990年在上海，1993年在广州，1996年在北京，1999年在武汉，2002年在廊坊，20 06年在济南，2008年在长沙，分别召开了第3至9届全国流变学会议，每届会议均正式出版了会议论文集。