6非牛顿流体
非牛顿流体应用的原理
非牛顿流体应用的原理什么是非牛顿流体非牛顿流体是指在流动过程中，其粘度随剪切应力或剪切速率的变化而发生改变的流体。
与牛顿流体不同，非牛顿流体的粘度不只是一个常数，而是取决于外部施加的力或流体的流动速度。
非牛顿流体的应用非牛顿流体的特性使得其在许多工业和科学领域都有广泛的应用。
下面列举了一些主要的应用领域：1.塑料注塑–非牛顿流体的粘度随着注塑过程中的剪切速率变化，可以帮助控制塑料的注射速度和形状。
–在塑料注塑中，非牛顿流体的应用可以改善产品的质量和结构，提高生产效率。
2.食品加工–非牛顿流体的应用在食品加工过程中可以改善食品的质地和口感。
–例如，在奶制品加工中，非牛顿流体可以控制奶制品的黏度，使其更易于加工和包装。
3.涂料和油漆–非牛顿流体的粘度可以通过调整剪切应力来控制，从而使涂料和油漆在施工过程中更易于涂抹和覆盖。
–非牛顿流体的应用在涂料和油漆行业中可以提高涂料的均匀性和附着力。
4.生物医学应用–在生物医学领域，非牛顿流体的特性可以用于药物输送系统、细胞培养和组织工程等方面。
–通过调节非牛顿流体的流动性能，可以更好地控制药物的释放速率和用药的效果。
5.地质勘探和石油工程–在地质勘探和石油工程中，非牛顿流体的性质对地质资料的解释和油藏开发起着重要的作用。
–非牛顿流体的应用可以帮助工程师更好地预测地质结构、优化油井设计和提高采收率。
非牛顿流体应用的原理非牛顿流体的应用原理与流体力学紧密相关。
以下是一些常见的非牛顿流体应用原理：1.剪切稀化–剪切稀化是指非牛顿流体在受到剪切应力时其粘度降低的现象。
–当非牛顿流体受到剪切应力时，分子间的结构会发生改变，导致流体粘度的降低。
这种现象可以应用于食品加工、塑料注塑等领域。
2.剪切增稠–剪切增稠是指非牛顿流体在受到剪切应力时其粘度增加的现象。
–当非牛顿流体受到剪切应力时，分子间作用力的增强会导致流体粘度的增加。
这种现象可以应用于涂料和油漆、生物医学等领域。
3.剪切降解–剪切降解是指非牛顿流体在受到过大剪切应力时，分子间结构发生破坏的现象。
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。
非牛顿流体原理
非牛顿流体原理非牛顿流体原理是指在外力作用下，流体的流动状态和本身的物理性质发生变化的一种特殊流体。
与传统的牛顿流体相比，非牛顿流体在流动中的粘度和剪切应力不是线性关系，而是非线性关系，具有一定的塑性、粘弹性和剪切稀释性等特殊的性质。
非牛顿流体可分为黏性流体和弹性流体两大类。
黏性流体是指受外力作用下，流体内部黏度发生变化，如牛奶、咖啡、醋等，这类流体的流变特性通常是时间无关的，而弹性流体是指在外力作用下，流体的物理构造发生变化，同时伴随着弹性变形，如凝胶、浆糊、泥浆等，这类流体的流变特性通常是时间相关的。
非牛顿流体的特性主要源于流体分子粘连和聚合等行为，它们之间的相互作用决定了流体的机械特性。
非牛顿流体的粘度随剪切载荷而变化，即剪切速率越大，流体的粘度越小，这种特殊的性质称为剪切稀释性。
例如，在稀释的溶胶体系中，粘度随剪切速率增大而下降，这是因为溶胶体系在高剪切速率下，分子之间的作用力会被削弱，使得粘度下降。
而在浆糊中，低剪切速率下，由于粘附力的作用，形成了稳定的凝胶结构，使得其粘度很高，当剪切速率增高，凝胶结构被破坏，粘度下降。
非牛顿流体在生产、制造和科研等领域都有着广泛的应用。
例如在化妆品、涂料、油漆、胶粘剂、塑料等领域中，非牛顿流动的特性带来了很多优点。
例如，非牛顿流体可以通常具有稳定性更好、防止分离、更易于涂层、更易于塑形等优点，可以有效地改善产品的性质，提高生产效率和质量。
在食品加工中，非牛顿流体的应用也十分广泛，如在糖果的制作中，浆糊可以给产品提供独特的口感和外观，使得糖果更加美味和吸引人。
此外，非牛顿流体在流变学、药物传输和细胞生物学等领域的应用也十分重要。
总之，非牛顿流体原理是流体力学中的重要部分，它的特殊性质使得它在许多领域中得到广泛的应用。
了解非牛顿流体的特性和应用有助于我们深入理解生产制造过程中的流体行为，并提高产品的质量和生产效率。
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。
关于非牛顿流体的实验
关于非牛顿流体的实验非牛顿流体是一种特殊的流体，其粘度随剪切速率而变化。
与牛顿流体不同，非牛顿流体的粘度不是恒定的，而是随着剪切速率的增加而增加。
在自然界和工程领域中，非牛顿流体具有广泛的应用，例如泥浆、涂料、润滑油等。
为了更好地理解和研究非牛顿流体的性质，进行实验是十分必要的。
本文将介绍关于非牛顿流体的实验目的、实验原理以及实验步骤等内容。
一、非牛顿流体实验的目的1.了解非牛顿流体的基本性质：通过实验观察非牛顿流体在不同剪切速率下的粘度变化，从而了解其流变特性。
2.探究非牛顿流体与牛顿流体的区别：对比非牛顿流体和牛顿流体在剪切速率变化时的粘度变化，揭示两者之间的差异。
3.应用与发展：实验结果可以为工程领域中的非牛顿流体应用提供理论依据，促进相关技术的发展。
二、非牛顿流体实验的原理1.流变学原理：流变学是研究流体在受剪切作用下的形变规律的科学。
非牛顿流体的粘度是流变学中的一个重要参数，它反映了流体在剪切作用下的内部阻力。
2.剪切速率与粘度的关系：非牛顿流体的粘度与剪切速率之间存在一定的函数关系。
通过测量不同剪切速率下的粘度，可以得到非牛顿流体的流变曲线。
3.实验设备：实验过程中需要使用流变仪、粘度计等设备，这些设备可以测量非牛顿流体在不同剪切速率下的粘度。
三、非牛顿流体实验步骤1.准备实验材料：选择具有代表性的非牛顿流体，如泥浆、果酱等。
2.安装实验设备：将流变仪或粘度计按照说明书进行正确安装。
3.设定剪切速率：根据实验要求，设定不同的剪切速率。
4.测量粘度：在每种剪切速率下，测量非牛顿流体的粘度。
5.数据处理：根据实验数据，绘制非牛顿流体的流变曲线。
6.分析与讨论：分析实验结果，探讨非牛顿流体的性质以及与牛顿流体的区别。
通过以上实验步骤，可以深入了解非牛顿流体的性质，并为工程领域中的应用提供理论支持。
需要注意的是，在实验过程中要严格遵守操作规程，确保实验结果的准确性。
同时，根据实验结果，可以进一步研究非牛顿流体的流变机理，为优化非牛顿流体的应用提供科学依据。
6非牛顿流体ppt课件
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
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。
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。
流体力学第6章 非牛顿流体
震凝性与触变性相比是不常见的。
例如：造型石膏糊状物是震凝性体系的典型 例子，摇动石膏糊大大地缩短了固化时间， 使石膏很快成型。
t0
t
除了上述与时间无关的非牛顿流体和与时间有关的非牛顿流体的本构方程之外， 还有许多其它本构模式：
例如： Casson模式
1
2
1
2
01212
式中， —— 视粘度
流变曲线：
举例：
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
China University of Petroleum
第7章 非牛顿流体的流动
1
前言
1、牛顿流体与非牛顿流体
牛顿内摩擦定律： du 注意：速度梯度也称为剪切速率
dy
（1）牛顿流体（Newtonian Fluid） 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。
（2）非牛顿流体（Non-Newtonian Fluid） 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。
速度梯度也称为剪切速率粘性流体的分类牛顿流体假塑性流体膨胀性流体宾汉流体塑性流体屈服假塑性流体屈服膨胀性流体触变性流体震凝性流体粘弹性流体2非牛顿流体的分类3非牛顿流体的某些流动特性1管流剪切变稀现象甘油水溶液pam水溶液2爬杆效应weissenberg效应左为牛顿流体右为粘弹性流体3挤出胀大和弹性回复弹性回复现象奶酪生产情景
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其黏度随剪切速率变化的流体，它们在应变速率较低时呈现出牛顿流体的特性，而在较高的应变速率下则表现出非牛顿流体的特性。
在工业和科研领域，非牛顿流体的制备方法具有重要的意义。
本文将介绍几种常见的非牛顿流体制作方法。
1. 硼酸淀粉溶液硼酸淀粉溶液是一种常见的非牛顿流体，在制备过程中需要以下材料：•水：适量•硼酸：适量•淀粉粉：适量制备步骤如下：1.将适量的水倒入容器中，加热至70-80摄氏度。
2.在加热的水中加入适量的硼酸，搅拌均匀至硼酸完全溶解。
3.将适量的淀粉粉慢慢加入溶液中，同时用搅拌器搅拌，直到淀粉完全溶解。
4.继续加热溶液，直至水温达到90-95摄氏度。
5.关闭加热装置，等待溶液冷却至室温即可。
在制备完成的硼酸淀粉溶液中，淀粉起到了增稠剂的作用，硼酸可调节流体的黏度。
当外力作用于溶液时，淀粉链的可伸长性造成了流体的非牛顿特性。
2. 硅胶胶状体硅胶胶状体是一种常见的固-液二相非牛顿流体。
制备硅胶胶状体所需材料如下：•二氧化硅（二维硅胶）：适量•硝酸银：适量•去离子水：适量制备步骤如下：1.将适量的二氧化硅粉末加入去离子水中，搅拌均匀至二氧化硅完全悬浮在水中。
2.在搅拌的同时，缓慢、滴加适量的硝酸银溶液。
3.继续搅拌，直至出现胶状体。
制备硅胶胶状体的关键在于通过硝酸银的添加使硅胶凝胶形成。
硅胶胶状体具有很高的黏度和流变特性，其黏度随剪切速率的变化较为明显。
3. 高分子聚合物溶液高分子聚合物溶液是制备非牛顿流体的常用方法之一。
制备高分子聚合物溶液所需材料如下：•高分子聚合物：适量•溶剂：适量制备步骤如下：1.将适量的溶剂加入容器中，加热至适当的温度。
2.在加热的溶剂中加入适量的高分子聚合物，搅拌均匀至聚合物溶解。
3.关闭加热装置，等待溶液冷却至室温即可。
高分子聚合物溶液的制备过程中，通过控制溶剂、聚合物的比例和温度，可以调节流体的黏度和流变特性，实现非牛顿流体的制备。
非牛顿流体的实验原理
非牛顿流体的实验原理
非牛顿流体是指在剪切应力下，其粘度随着剪切速率的变化而发生改变的流体。
相比于牛顿流体，非牛顿流体的流动规律更加复杂，但其在生产和科研领域中的应用却十分广泛。
本文将介绍非牛顿流体的实验原理。
我们需要了解非牛顿流体的分类。
根据其粘度随剪切速率变化的方式，非牛顿流体可以分为剪切稀释型和剪切增稠型两种。
剪切稀释型指的是随着剪切速率的增加，粘度逐渐降低的流体，如血液、牛奶等。
剪切增稠型则是指随着剪切速率的增加，粘度逐渐升高的流体，如玉米浆、泥浆等。
接下来，我们将以剪切稀释型的血液为例，介绍非牛顿流体的实验原理。
首先，我们需要准备一台旋转式粘度计。
将血液样品注入粘度计中，然后以一定的转速旋转粘度计，使其产生剪切应力。
此时，我们可以通过读取粘度计上的刻度，得到血液在不同剪切速率下的粘度值。
在实验过程中，我们还需要注意一些细节。
首先，血液样品需要在室温下保存，以避免温度对实验结果的影响。
其次，我们需要控制旋转粘度计的转速，以确保实验数据的准确性。
最后，我们需要对实验结果进行分析和处理，以得出血液的流变学特性。
除了旋转式粘度计，还有许多其他的实验方法可以用于研究非牛顿
流体的流变学特性，如剪切应力-剪切速率曲线法、旋转圆柱法等。
这些实验方法的原理和步骤各不相同，但都可以用于研究非牛顿流体的流变学特性。
非牛顿流体的实验研究是一项十分重要的工作，它可以为我们提供许多有用的信息，帮助我们更好地理解和应用这些流体。
通过不断地探索和研究，我们相信非牛顿流体的应用前景将会越来越广阔。
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。
非牛顿流体的特点
非牛顿流体的特点
非牛顿流体的特点:
1、可压性：非牛顿流体比牛顿流体具有更强的可压性，即可以用更小
的力量对它施加压力，但也会有更强的阻力。
2、非定常性：非牛顿流体在运动时会受到力学效应，会产生涡流，因
此运动方式与物体或物质粘性程度有关，它是非定常的，没有确定的
运动规律。
3、形变：由于流场中的速度和密度的加减大小是剧烈的，所以往往会
对流体有形变的影响，从而影响非牛顿流体的性质。
4、传输过程：由于非牛顿流体的原子结构的复杂而错综复杂的特点，
它的传输过程比牛顿流体的复杂得多，速度也不均匀，这一点也是它
和牛顿流体不同的地方之一。
5、多层次特性：由于非牛顿流体结构复杂，受外界环境和因素影响深，多个作用层次和过程才可能影响它的特性。
6、热力学：因为非牛顿流体的结构复杂，所以热力学的作用也是很重
要的，它的热力学特性也很不一样，由于有多层叠效应，和牛顿流体
的也大不相同。
7、物理本质：非牛顿流体和牛顿流体一样都是有一定物理本质的，它
们本质上是动量传递效应的结果，重力场和冲击场也会对它们有影响。
非牛顿流体怎么制作
非牛顿流体的制作引言非牛顿流体是一种在应力下表现出不同粘度的液体。
与牛顿流体不同，非牛顿流体的黏度不仅取决于其流动速度，还可能受到其他外界因素的影响。
如何制作非牛顿流体是一个被广泛关注的话题。
本文将介绍一种简单的方法来制作非牛顿流体。
材料准备制作非牛顿流体所需的材料包括：•玉米淀粉：100克•水：200毫升•食用色素（可选）•小碗和搅拌棒制作步骤下面是制作非牛顿流体的详细步骤：1.准备一个干净的小碗，将100克玉米淀粉倒入碗中。
2.若想为非牛顿流体添加颜色，可以在碗中加入适量的食用色素。
颜色的选择完全取决于个人喜好。
3.慢慢地将200毫升水倒入碗中，并边倒边搅拌混合。
继续搅拌直到淀粉完全溶解在水中。
4.混合好的溶液可能有些稀。
此时，可以继续加入一些玉米淀粉，同时搅拌以增加混合物的浓度。
直到混合物变得更加粘稠并且看起来像蜂蜜一样黏稠即可。
5.完成了！现在你已经成功制作出了一种非牛顿流体。
实验验证为了验证制作的非牛顿流体的特性，我们可以进行以下实验：1.用手指或勺子迅速插入到非牛顿流体中，然后缓慢地将其取出。
观察流体的反应。
你会发现当你以缓慢速度抽出手指或勺子时，非牛顿流体呈现出液体的特性，但当你以较快速度进行操作时，流体变得更像固体，会对手指或勺子施加一定的阻力。
2.将一小部分非牛顿流体倒入提前准备好的碗中。
然后使用手掌或其他手部动作快速拍打流体表面。
你会注意到流体的表面会变得坚硬，就像固体表面一样，但当你停止拍打时，流体又会变得液体。
结论通过使用简单的材料和步骤，我们可以制作出一种非牛顿流体。
这种流体的特性在应力下表现出不同的黏度，使其具有一些独特的应用价值。
通过实验验证，我们可以观察到这种流体的非牛顿特性，并从中获取乐趣。
以上就是制作非牛顿流体的方法，希望对您有所帮助！。
非牛顿流体的功能主治
非牛顿流体的功能主治1. 引言非牛顿流体是一种流变性质与剪切应力关系不符合牛顿流体定义的流体。
这种特殊的流体在医学、化工、食品等领域广泛应用，因其独特的功能主治而备受瞩目。
本文将介绍非牛顿流体的功能主治，希望能给读者带来有益的信息。
2. 凝胶类非牛顿流体2.1 软塑性凝胶•软塑性凝胶在制药行业中经常使用，可以用于制备软胶囊、滴眼剂等。
•在化妆品行业中，软塑性凝胶可以用于制造面膜、护肤品等产品。
•软塑性凝胶还可以用于医疗领域，用作注射剂、外用药等。
2.2 硬塑性凝胶•硬塑性凝胶广泛用于油漆、涂料等领域，能够提供良好的附着力和涂覆性能。
•在建筑行业中，硬塑性凝胶可以用于填充、修补及防水等领域。
•硬塑性凝胶还可以用于制作电子芯片封装材料等高精度产品。
3. 带电非牛顿流体3.1 高分散稳定液体•带电非牛顿流体可以用于制备高分散稳定液体，在化妆品和食品行业中有广泛应用。
•这种液体可以用于制作乳液、奶油等乳状产品，可以增加产品的稳定性和延展性。
•在制药行业中，带电非牛顿流体也被用于制备一些特殊的药物给药系统。
3.2 电流变液体•电流变液体是一种在电场作用下，流变性质发生明显变化的流体。
•这种流体在电子器件制造、液晶显示器等领域有广泛应用。
•电流变液体还可以用于制备人工肌肉、可调控的阻尼材料等。
4. 非牛顿流体在医学领域的应用4.1 血液流变学研究•血液是一种典型的非牛顿流体，其流变性质对于诊断和治疗疾病非常重要。
•非牛顿流体模型可以帮助解释血液的流变行为，并指导临床实践。
•血液黏稠度和血浆流变学参数的检测在临床疾病诊断中有重要意义。
4.2 眼科手术用高分子凝胶•眼科手术中常常使用非牛顿流体，如高分子凝胶，用作填充和保护眼球组织。
•这些凝胶具有良好的黏附性和保湿性，能够缓解手术创伤和提高手术成功率。
•高分子凝胶在白内障手术、角膜移植等眼科手术中有重要应用价值。
5. 非牛顿流体在食品工业中的应用5.1 高分子增稠剂•高分子增稠剂可以使食品有更好的口感和咀嚼感，增加其流变性。
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8
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工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
2、拟塑性流体（假塑性流体）
高分子溶液、乳化液等，结构性较若，受到力后就立 即流动且不具有极限静切力，与塑性流体流动初期情况有 点相似，即其表观粘度随切应力增大而降低（越搅动越稀 薄），称为拟塑性流体。
其流变方程以幂定律形式表示：
k(du)n
dy
稠度系数
2)塑性流体在环形空间流动时的综合雷诺数：
Re 环
vd (1 0d当
)
8v
d环当＝4R＝D d
Re环 2000 结构流 Re环 2000 紊流
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工程流体力学
2、塑性流体的水头损失
hL hf hj
六、非牛顿流体的流动
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工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
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
3）当n>1时，为膨胀性流体。
六、非牛顿流体的流动
k(du)n
dy
10
10
工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
拟塑性流体的特点：
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。
30
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工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
五、钻头水眼处压力损失计算
1、压力损失Δp
即是将沿程水头损失用压差形式来表示。
p损 ghf
2、经过钻头水眼的压力损失可由孔口和管嘴出流 的流量公式来计算；
Q A 2gH0 A 2g(p头 g)
所以：p头
8Q2 22de4
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六、非牛顿流体的流动
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工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
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工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
二、塑性流体基本流动方程
• 由于遵循质量、能量守恒规律，故牛顿流 体的三大方程同时适于塑性流体：
1、 Q Av
2、 Q1A1 Q2 A2
3、
Z1
p1
g
v12 2g
Z2
p2
g
流体切应力与其速度梯度之 间的关系曲线称为流变曲线。
2、流变方程
流体切应力与其速度梯度 之间的数学表达式称为流变方 程（本构方程）。
4
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工程流体力学
二、牛顿流体的流变性
六、非牛顿流体的流动
1. 流变方程： du
dy
2. 特点：
（1）受到外力作用就流动；
（2）在恒温恒压下， 与 du 的比值为常数
钻头水眼有效直径
若有n1个d1, n2个d2 , 则水眼有效直径：
de
n1d12
n2
d
2 2
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工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
六、钻井泵的泵压和功率的计算
• 钻井泵的泵压计算公式：
p泵 gE0 g(hL地面 hL杆 hL挺 hL头 hL环 hL局
p地面 p杆 p挺 pL头 p环 p局
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
流性指数
凡是流变规律符合幂定律形式的流体，称为幂律流体。
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工程流体力学
流性指数n反映了拟塑 性流体的流变性偏离牛顿流 体的程度。
1）当n=1时，为牛顿流体流变 方程。
2）当n<1时，拟塑性流体， n 越小，表明拟塑性流体和牛 顿流体的流变性差别越大。 K越大，粘度越大。故拟塑 性流体两大特性参数：n,k
0
du dy
( 0
dy du
)
du dy
）
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。
• 钻井泵的功率计算公式：
N泵
p泵Q
1000
32
32
工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
33
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工程流体力学
【例6-4】：P149
六、非牛顿流体的流动
34
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工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
6.3 幂律流体 （自学）
35
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（3）塑性流体两个极限应力
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 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）。
v22 2g
hL12
22
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工程流体力学
三、流动状态:
pR2 0 (2RL)
六、非牛顿流体的流动
0
pR 2L
塑性流体在圆管中的流态为结构流和紊流。
23
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工程流体力学
流动状态
六、非牛顿流体的流动
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。
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
du
dy
切应力和速度梯度之间符合牛顿内摩擦定律的流体，
为牛顿流体，如：水、汽油、及空气等低分子量的流体。
2、非牛顿流体
切应力和速度梯度之间不符合牛顿内摩擦定律的流
体，为非牛顿流体，如：如高分子熔体和溶液、表面活 性剂溶液、石油、食品、牙膏以及含微细颗粒较多的悬 浮液、分散体、乳浊液、沥青、润滑脂、增粘液及化工 上高分子量的流体。
24
24
工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
25
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工程流体力学
四、水头损失的计算
六、非牛顿流体的流动
1、流态的判别：（同牛顿流体用雷诺数）
1）、圆管综合雷诺数：
Re综
vd (1 0d
)
6v
Re综 2000 Re综 2000
结构流 紊流
26
26
工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
11
11
工程流体力学
3、膨胀性流体
六、非牛顿流体的流动
膨胀性流体流变方程：
k(du)n
n>1
dy
拟塑性流体和膨胀性流体统称为幂律流体。
12
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工程流体力学
六、非牛顿流体的流动
膨胀性流体的特点
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。
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。
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
5
5
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）。
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非牛顿流体的分类
六、非牛顿流体的流动
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六、非牛顿流体的流动
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六、非牛顿流体的流动
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