1-8_非牛顿流体流动
第八章 非牛顿流体_1
0,
流速为最大，即
n n p 1 n R 1 n 2 LK 1 n
umax
幂律流体层流时的流量：
R3 2 Q 3 ( )d w 0
w
R Q 3 w
3
w
0
n w 3 d R K 1 3 n K
du
n
幂律流体
n=1，牛顿流体（A） n>1，膨胀流体（D）
（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。
R
pr 2L
所以，
1 n
pR w 2L
n 1 n n p 1 n n u R r 1 n 2 LK
当 n 1 时，是牛顿流体，由上式求得的速度分布和前面得到的牛顿流体 圆管内层流时的速度分布完全相同。 在管轴心处， r
纯粘性非牛顿流体
屈服膨胀性流体
非牛顿流体
触变性流体
流变性与时间有关的流体 震凝性流体
弹性变形寓于粘性流动之中的粘弹性流体
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（剪切变形率、角变形速度）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。
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
大班科学非牛顿流体教案
大班科学非牛顿流体教案引言非牛顿流体是一类在流动过程中表现出非线性粘性的流体，其流动规律与牛顿流体不同。
在学前教育中，科学教育是培养幼儿探索、实验和观察能力的重要途径之一。
本教案旨在帮助大班幼儿了解非牛顿流体的特点和基本原理，通过简单实验感受非牛顿流体的奇妙之处。
目标1.了解非牛顿流体的概念并能简单描述；2.通过实验观察非牛顿流体的特点；3.培养幼儿的观察、实验和思考能力。
教学内容概念讲解：什么是非牛顿流体？非牛顿流体是指其粘度随着剪切应力的大小而发生变化的流体。
与传统的牛顿流体不同，剪切率对于非牛顿流体的粘度具有重要影响，即非牛顿流体表现出非线性粘性。
非牛顿流体的粘度随着剪切应力的增加而减小，具有较高的流动性，在一定条件下呈现出类似流体状态；而在剪切应力较小时，则呈现出类似固体状态。
实验准备•材料：玉米淀粉、水、塑料袋、碗、勺子；•实验器材：实验台、干净的桌布或报纸；•实验前的准备工作：将适量的玉米淀粉倒入碗中，并加入适量的水搅拌成糊状。
实验步骤1.将制作好的玉米淀粉糊倒入塑料袋中，尽量挤出多余空气，并封口；2.让幼儿观察塑料袋中的玉米淀粉糊，询问他们对这个物质的初步印象；3.将塑料袋放置在实验台上，让幼儿用力捏住塑料袋中的玉米淀粉糊，观察其变化；4.鼓励幼儿发表观察结果，并帮助他们用自己的话总结非牛顿流体的特点；5.重新放松手指的力量，观察塑料袋中的玉米淀粉糊是否恢复成流动状态；6.鼓励幼儿思考，为什么玉米淀粉糊在受力时变得硬，放松力量后又变得流动。
教学要点1.非牛顿流体是指其粘度随着剪切应力的大小而发生变化的流体；2.玉米淀粉糊是一种典型的非牛顿流体；3.非牛顿流体在受力时变得硬，放松力量后又变得流动。
教学延伸拓展思考1.除了玉米淀粉糊外，还有哪些物质是非牛顿流体？请找出并描述其中的特点。
2.除了剪切应力，还有没有其他因素会影响非牛顿流体的流动性？请举例说明。
实践探究1.以玉米淀粉糊为基础，尝试制作不同浓度的非牛顿流体，并观察其流动性的变化。
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。
一、非牛顿流体的分类 1、材料的分类
因为非牛顿流体力学研究的流体，有的既具有固体
的性质(弹性)，又有流体的性质(粘性)， 所以我们先
从流变学观点对材料进行分类。
第九章 非牛顿流体的流动 第九章 非牛顿流体的流动
(1)超硬刚体 绝对刚体，也称欧几里得刚体。粘度无限大，在任何外 力下不发生形变。 (2)弹性体 在外力作用下发生形变，外力解除后，形变完全恢复。 (3)超流动体 帕斯卡液体，粘度无限小，任何微小的力都能引起大的 流动。例如：液态氦 (4)流体 任何微小的外力都能引起永久变形(不可逆流动)。
塑性流体也称为宾汉流体，其流变方程称为宾汉方程。 根据塑性流体的流变曲线，可以写出如下关系式:
0 p
式中： 0
du dy
—为极限动切应力，Pa；
p —称为结构粘度(或称塑性粘度)，Pa.s。
第九章 非牛顿流体的流动 第九章 非牛顿流体的流动
1、塑性流体：宾汉(Bingham)方程
若管路为水平放置，即
=0°，sin 0 ，则
p1 p2 d
4L
p1 p2 R
2L
式中：R ——管子半径。
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。
流量测量中常用的流体参数
流量测量中常用的流体参数对工业管道流体流动规律的研究、流量测量计算以及仪表选型时，都要遇到一系列反映流体属性和流动状态的物理参数．这些参数，常用的有流体的密度、粘度、绝热指数(等熵指数)、体积压缩系数以及雷诺数、流速比(马赫数)等；这些物理参数都与温度．压力密切相关。
流量测量的一次元件的设计以及二次仪表的校验，都是在一定的压力和温度条件下进行的。
若实际工况超过设计规定的范围，即需作相应的修正。
一、流体的密度流体的密度( )是流体的重要参数之一，它表示单位体积内流体的质量。
在一般工业生产中，流体通常可视为均匀流体，流体的密度可由其质量和体积之商求出：＝（1－2）式中 m——流体的质量，kg；V——质量为m的流体所占的体积，m3密度的单位换算见表1—3。
各种流体的密度都随温度、压力改变而变化．在低压及常温下，压力变化对液体密度的影响很小，所以工程计算上往往可将液体视为不可压缩流体，即可不考虑压力变化的影响．但这只是一种近似计算。
而气体，温度、压力变化对其密度的影响较大，所以表示气体密度时，必须严格说明其所处的压力、温度状况．工业测量中，有时还用“比容”这一参数。
比容数是密度数的倒数，单位为m3／kg。
二、流体的粘度流体的粘度是表示流体内摩擦力的一个参数。
各种流体的粘度不同，表示流动时的阻力各异。
粘度也是温度、压力的函数．一般说来，温度上升，液体的粘度就下降，气体的粘度则上升．在工程计算上液体的粘度，只需考虑温度对它的影响，仅在压力很高的情况下才需考虑压力的影响。
水蒸气及气体的粘度与压力、温度的关系十分密切．表征流体的粘度，通常采用动力粘度( )和运动粘度(v)，有时也采用恩氏粘度(°E)．流体动力粘度的意义是，当该流体的速度梯度等于l时，接触液层间单位面积上的内摩擦力．流体的动力粘度也可理解为两个相距1m、面积各为1m2的流体层以相对速度1m／s移动时相互间的作用力，即＝（1－3）式中――单位面积上的内摩擦力，Pa；v——流体流动速度，m／s；h——两流体层之间的距离，m；——速度梯度，I / S；动力粘度的单位Pa·s是国际单位制(SI)的导出单位，是我国法定单位．它与过去习惯使用的其他单位的换算关系见表l—4．表中的单位达因·秒／厘米2(dyn·s／cm2)是厘米—克—秒单位制(c．G．s单位制)的导出单位，习惯上称泊(P)。
科学非牛顿流体教案
科学非牛顿流体教案引言科学非牛顿流体是指在施加外力下，其粘度随应力变化的流体。
相比牛顿流体，科学非牛顿流体在流动性质上更为复杂，因此在科学教育中引入非牛顿流体的概念，有助于学生更好地理解流体力学。
本教案旨在介绍科学非牛顿流体的基本概念、分类和流动特性，并通过实验和案例的方式深入探讨。
一、非牛顿流体的基本概念非牛顿流体是指在不同应力下具有不同粘度的流体。
与牛顿流体不同，非牛顿流体的黏度并非恒定，而是与外力或剪切速率有关。
根据流动性质的不同，非牛顿流体可被分为多种类型，下面将对其中的几种类型做简要介绍。
1.塑性流体：塑性流体在受力之前表现为固体状态，需要达到一定应力阈值才能开始流动。
常见的塑性流体有泥浆、糊状物等。
2.粘弹性流体：粘弹性流体是指具有弹性和黏性两种特性的流体。
当外力作用于粘弹性流体时，它会像固体一样表现出弹性变形，但在没有外力时又能恢复成流体状态。
常见的粘弹性流体有黏土、凝胶等。
3.剪稀流体：剪稀流体在受到剪切力时，粘度随着剪切速率的增加而下降。
这种流体在剪切力作用下变得更加流动。
常见的剪稀流体有淀粉溶液、茶叶汤等。
二、非牛顿流体的流动特性非牛顿流体的流动特性是指在受力条件下流体内部的变化。
以下是几种常见非牛顿流体的流动特性描述：1.塑性流体的流动特性：在应力达到一定阈值之前，塑性流体不会发生流动，因此其流动性较差。
一旦应力超过阈值，塑性流体会快速变为非固态，并产生流动。
这种特性常用于建筑材料的设计和施工中。
2.粘弹性流体的流动特性：粘弹性流体的流动特性介于固体和液体之间，既有一定的弹性，又有粘滞的特性。
当外力作用较小时，粘弹性流体呈现出固体的弹性；而当外力作用较大时，粘弹性流体则表现出液体的流动性。
3.剪稀流体的流动特性：剪稀流体在剪切力作用下，粘度随着剪切速率的增加而减小。
这种特性使得剪稀流体在高速切割、注射过程中更易流动。
这种特性广泛应用于工业领域中。
三、实验探索非牛顿流体的特性为了帮助学生更好地理解非牛顿流体的特性，可以进行一些简单的实验来探索流体的行为。
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。
非牛顿流体的实验原理
非牛顿流体实验：揭开不一样的流动现象
非牛顿流体是指在剪切力作用下，其粘度随剪切速率和剪切应力
的变化而发生改变的液体。
接下来我们进行实验来揭开非牛顿流体的
神秘面纱。
实验步骤：
1.准备材料：玉米淀粉、水、食用色素、温度计、探针、容器、
搅拌器。
2.将玉米淀粉加入水中，用搅拌器搅拌至淀粉完全溶解。
3.将探针插入容器中，测量纯淀粉水溶液的黏度，记录数值。
4.往淀粉水溶液中加入一滴食用色素，再次测量黏度，记录数值。
5.在温度保持一致的情况下，不断加剪切力，如用手指或搅拌器
搅拌淀粉水溶液，可以观测到黏度的变化，记录数值。
6.改变温度，重复步骤3、4、5，以观察温度对黏度的影响。
实验现象：
通过实验观察可以得到以下现象：
1.滴入食用色素后，淀粉水溶液在剪切作用下会产生流变现象，
即变得更为稠厚。
2.随着剪切应力的增加，淀粉水溶液的黏度会不断降低，呈现出非牛顿流体的特征。
3.当温度升高时，淀粉水溶液的黏度会下降，呈现流动性增强的特征，这说明温度也是影响非牛顿流体黏度的重要因素。
实验原理：
在非牛顿流体实验中，淀粉水溶液被视为不规则的颗粒团，不同于普通的牛顿流体分子间的相互作用方式。
剪切力作用下，淀粉水溶液中的颗粒间距离变大，因此流动粘度下降。
通过这个实验，我们深入了解了非牛顿流体的流动特性，也可以应用于实际生活中，如食品加工、油漆涂装等领域。
非牛顿流体的流动.
高等流体力学
8 非牛顿流体的流动
8 非牛顿流体的流动
水、空气和润滑油等是化学结构比较简单的低分子流 体，其运动遵循牛顿内摩擦定律，即剪切应力τ与流速梯 du 度 成线性关系，如下式所示： dy du ＝ (1) dy 这一类流体称为牛顿流体。上式中的 μ 是在任意给 定温度、压强条件下牛顿流体流动的特征性比例常数，此 比例常数即所谓流体粘度(动力粘性系数)。
8.1 非牛顿流体的分类及其流变方程
(3) 粘弹性流体的一些奇特物理力学现象 i 韦森堡(Weissenberg)效应 当将一支快速旋转的圆棒插入牛顿流体时， 在圆棒周围会形成一个凹形液面。若将此旋转着 的圆棒插入粘弹性流体，则流体有沿着旋转圆棒 向上爬的趋向, 韦森堡于1944年在英国帝国理工学 院公开演示了这一有趣的实验 ， 因此，这一现象 被称为韦森堡效应，俗称爬杆效应。
du dy ⑤ ① ③ ④ ②
θ τ 0 θ1
图1 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屈服-假塑性流体 ⑤膨胀性流体
τ
8.1 非牛顿流体的分类及其流变方程
(2) 假塑性流体 这种流体在很小的剪切应力作用下即开始运动，随着 剪切速率的增加，其表观粘度下降，即所谓剪切变稀特性。 其流变曲线如图1中的曲线③所示。 有些物料很象塑性流体的特性，表现出屈服应力，但 流动起始后，剪切应力与其流速梯度之间的关系却是非线 性的，其流变曲线凸向剪切应力轴，如图 1 中的曲线 ④ 所 示。表现出这一特性的流体称为屈服-假塑性流体。 另一种不太常见的情况是曲线凹向剪切应力轴，称为 屈服- 膨胀性流体。许多泥土-水以及类似的悬浮液，尤其 是中等浓度时，属于屈服-假塑性流体。
流体力学-非牛顿流体力学
1 Vdv V Vr n dA F dt cv cs
d rz K 本够关系 dr
n 1
d dr
边界条件，r=R 处，V=0
h1 h2 r p1 p2 rz 2rl r lg 0 l
4
17/15
第三节
控制方程
1 dt
宾汉流体在圆管中的层流运动
V Vr n dA
cs
Vdv cv
F
本够关系 rz y 边界条件，r=R 处，V=0
gJr 2 y r C, 4
d dr
罗伯逊－史蒂夫模型
罗伯逊－史蒂夫模型属三参数模型， 表达式繁琐，实际使用得很少
d K C dr
n
C为速度梯度修正值
8/15
第一节
非牛顿流体的流变特性_分类
依时性非牛顿流体 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。
1.1无时间依存性的非牛顿流体
速度分布
n 1 3n 1 r n 1 n 1 R
13/15
第二节
水头损失
拟塑性流体在圆管中的层流运动_
压力降
2 KL 3n 1 n hhl JL n 1 gR n
L2 hhl D 2g
n
8 K 6n 2 n D n
n2
n
拟塑性流体雷诺数
2 n
64 Re p
Re p
Dn K
加工过程中非牛顿型流体的类型及流动曲线
1、加工过程中非牛顿型流体的类型及流动曲线；举例分析。
假塑性流体：在一般的剪切速率下，随r′增加η下降，例如高聚物熔体、高聚物溶液及悬浮液等；膨胀性流体：固体含量较大的悬浮液如PVC糊悬浮液，少数含固体填充物的聚合物熔体，流动中产生结晶的聚合物熔体；宾汉流体：所有高聚物在其良溶剂中形成的浓溶液行为与其相近。
2、哪些高聚物在成型加工过程中其表观粘度对剪切速率敏感？哪些高聚物表观粘度对温度敏感性？哪些高聚物表观粘度粘度对压力敏感性？哪些高聚物为热敏性树脂？举例说明。
对剪切速率：聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，其粘度随剪切速率的增加而下降，敏感性较明显的有LDPE,HDPE,PP,PS,HIPS,ABS,不敏感PPS,PA6PC,PBT,POM;温度：分子链刚性、极性大或有较强极性取代基团的高聚物，如PMMA,PC,PS,PET，PVC等；压力：支化的LDPE比线性的HDPE自由体积大，分子堆砌较松，可压缩性大，PS,PMMA侧基大，自由体积较大，以上说明对某些聚合物单纯通过增大压力来提高熔体的流速并不适当，过大的压力还会造成能耗过大和设备的更大磨损。
3、牛顿流体的特点；牛顿流体的种类；何谓非牛顿性？特点：液体的应变随压力作用时间线性增加；牛顿流体中的应变具有不可逆性质，应力解除后应变以永久形变保持下来。
种类：低分子化合物的液体或溶液，如水和甲苯等；极少数聚合物熔体（如PC）；在一定r’范围内大多数的聚合物熔体。
四、1、聚合物老化及影响因素？稳定化助剂？老化：高分子材料随着时间延长逐渐变化；外观变化：变色变暗，变硬变脆，龟裂变形，出现斑点，分层脱落；力学性能：拉伸强度、伸长率、冲击强度、硬度、耐磨性降低。
因素：结构因素，物理因素：光热电高能辐射和机械应力，化学因素：氧、臭氧、水、盐碱、盐及腐蚀性气体，生物因素：微生物、昆虫、海生物等。
防止方法：共聚（引入功能基团）、对活性基团消活、添加稳定剂。
牛顿流体和非牛顿流体PPT讲稿
虹吸马（上就5会）停无止。管对虹于非吸牛现顿 象
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。
（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。
牛顿流体和非牛顿流体课件
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
粘弹性流体
与时间无关流体
与时间有关流体
牛 假 胀 宾 屈 卡触 反
多
顿 塑 塑 汉 服 森变 触 种
流 性 性 姆 假 流性 变
类
体 流 流 流 塑 体流 性
型
体体体性
体流
流
体
体
非牛顿流体
表1-1中流体流变特性是按照以下几 个分类标准划分的。
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
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。
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.
第二章 非牛顿流体在管道中的流动
Bingham，Herschel-Bulkley：
Q r u u 2rdr
2 0 0 r0
R
第二节 非牛顿流体管流的流态判断
Flow regimes of non-Newtonian Pipe flow
一、Metzner-Reed雷诺数（广义雷诺数）
Metzenr-Reed/generalized Reynolds Number
n 1 n
对牛顿流体：
u u max r 1 R
2
3.Bingham塑性体
y R r p R 2 r 2 p 4 pl
duz y dr p
y
y y 1 pr p 1 2 u r dr r r c p p 2l p 2 pl 2
16 故，牛顿流体层流时，有 f Re 64 Re
16e 对非牛顿流体层流，定义 f Re MR
又
f
V 2 / 2
w
w 16 Re MR V 2 /8
8V （下一章证明之） 对非牛顿流体管流 w K D
'
n'
整理可得 Re MR
D n ' V 2-n '
1
Power law
或
n 4lK 3n 1 8V 8 3 n 1 Q P 4 lK n D3n1 D 4n D n n
n=1时
Q P ∝ 3 n 1 D Q P ∝ 4 D
n
n 1时，P对Q、D的依赖性减小。 物理解释：剪切稀释性
8V 32Q 4 3 3 D D w 4
非牛顿流体的制作教程
非牛顿流体的制作教程引言流体是一种物质的形态，它可以流动并且没有固定的形状。
牛顿流体是指其粘度不随着剪切速率的增加而变化的流体。
然而，非牛顿流体则表现出了不同的特性，其粘度与剪切速率相关。
本文将详细介绍非牛顿流体的制作教程。
材料准备下面是制作非牛顿流体所需的一些材料。
请确保按照实验所需的分量准备好材料：•玉米淀粉：100克•水：500毫升•食用色素（可选）•塑料容器•搅拌棒步骤请按照以下步骤制作非牛顿流体：1.将玉米淀粉加入塑料容器中。
2.在淀粉上缓慢倒入水。
注意不要一次性倒入所有水，而是分次倒入，并紧密搅拌，确保淀粉充分溶解。
3.继续搅拌混合物，直到达到一个均匀的稠度。
4.根据需要，您可以添加几滴食用色素来为非牛顿流体增加一些颜色。
5.用搅拌棒或手指以均匀的速度搅拌混合物。
6.您将会发现，在搅拌的过程中，混合物的粘度会随着剪切速率的增加而显著变化。
当搅拌速度较慢时，混合物似乎是液体，但当搅拌速度变快时，混合物将变得更加粘稠。
7.倒出不牛顿流体并在手中尝试捏起它。
你会发现，它变得又硬又稳定。
原理解释非牛顿流体的特性可以通过流变学来解释。
流变学研究物质的流动和变形。
通过应力-应变关系，我们可以了解流体的特性。
在非牛顿流体中，剪切应力不仅与应变率有关，也与流体的本身特性有关。
当施加剪切力时，非牛顿流体的分子排列会发生变化，从而导致粘度的变化。
在本实验中，玉米淀粉被添加到水中，形成了非牛顿流体。
当混合物受到较慢的剪切力时，分子排列松散，流体呈现出液体的特性。
然而，当混合物受到较强的剪切力时，分子会重新排列并在一定程度上相互堆积，导致了流体的粘稠特性。
非牛顿流体的制作原理基于淀粉颗粒的特性。
淀粉分子由两种形式组成：线性分子和支链分子。
在正常情况下，这两种形式都以随机排列的方式存在。
然而，当混合物受到剪切力时，线性分子会拉直，形成了类似网状结构，导致粘度的增加。
实际应用非牛顿流体在科学教育和工程领域具有广泛的应用。
什么是非牛顿流体
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。
由此得到了著名的牛顿粘性定律。
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。
(整理)流量测量中常用的流体参数
流量测量中常用的流体参数对工业管道流体流动规律的研究、流量测量计算以及仪表选型时，都要遇到一系列反映流体属性和流动状态的物理参数．这些参数，常用的有流体的密度、粘度、绝热指数(等熵指数)、体积压缩系数以及雷诺数、流速比(马赫数)等；这些物理参数都与温度．压力密切相关。
流量测量的一次元件的设计以及二次仪表的校验，都是在一定的压力和温度条件下进行的。
若实际工况超过设计规定的范围，即需作相应的修正。
一、流体的密度流体的密度( )是流体的重要参数之一，它表示单位体积内流体的质量。
在一般工业生产中，流体通常可视为均匀流体，流体的密度可由其质量和体积之商求出：＝（1－2）式中 m——流体的质量，kg；V——质量为m的流体所占的体积，m3密度的单位换算见表1—3。
各种流体的密度都随温度、压力改变而变化．在低压及常温下，压力变化对液体密度的影响很小，所以工程计算上往往可将液体视为不可压缩流体，即可不考虑压力变化的影响．但这只是一种近似计算。
而气体，温度、压力变化对其密度的影响较大，所以表示气体密度时，必须严格说明其所处的压力、温度状况．工业测量中，有时还用“比容”这一参数。
比容数是密度数的倒数，单位为m3／kg。
二、流体的粘度流体的粘度是表示流体内摩擦力的一个参数。
各种流体的粘度不同，表示流动时的阻力各异。
粘度也是温度、压力的函数．一般说来，温度上升，液体的粘度就下降，气体的粘度则上升．在工程计算上液体的粘度，只需考虑温度对它的影响，仅在压力很高的情况下才需考虑压力的影响。
水蒸气及气体的粘度与压力、温度的关系十分密切．表征流体的粘度，通常采用动力粘度( )和运动粘度(v)，有时也采用恩氏粘度(°E)．流体动力粘度的意义是，当该流体的速度梯度等于l时，接触液层间单位面积上的内摩擦力．流体的动力粘度也可理解为两个相距1m、面积各为1m2的流体层以相对速度1m／s移动时相互间的作用力，即＝（1－3）式中――单位面积上的内摩擦力，Pa；v——流体流动速度，m／s；h——两流体层之间的距离，m；——速度梯度，I / S；动力粘度的单位Pa·s是国际单位制(SI)的导出单位，是我国法定单位．它与过去习惯使用的其他单位的换算关系见表l—4．表中的单位达因·秒／厘米2(dyn·s／cm2)是厘米—克—秒单位制(c．G．s单位制)的导出单位，习惯上称泊(P)。
非牛顿流体
非牛顿流体 - 分类(1)非时变性非牛顿流体：流体的表观粘度只与剪应变率(或剪应力)有关，与剪切作用持续时间无关。
(2)时变性非牛顿流体：流体的表观粘度不仅与剪应变率(或剪应力)有关，而且与剪切作用持续时间有关。
(3)粘弹性流体：兼有粘性和弹性双重性质。
[1]非牛顿流体 - 特性射流胀大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。
射流直径与毛细管直径之比称为模片胀大率(亦称为挤出物胀大比)。
对牛顿流体，它依赖于雷诺数，其值约在0.88～1.12间。
而对于高分子熔体或浓溶液，其值大得多，甚至可超过10。
一般来说，模片胀大率是流动速率与毛细管长度的函数。
模片胀大现象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加显著，在管截面的长边中央胀得最大。
这种射流胀大现象也叫Barus效应或Merrington效应。
爬杆效应1944年Weissenberg在英国伦敦帝国学院公开表演了一个有趣的实验。
在一只有粘弹性流体(非牛顿流体的一种)的烧杯里，旋转实验杆。
对于牛顿流体，由于离心力验的作用，液面将呈凹形;而对于粘弹性流体，却向杯中心运动，并沿杆向上爬，液面变成凸形。
甚至在实验杆的旋转速度很低时，也可以观察到这一现象。
爬杆效应也称为Weissenberg效应。
在设计混合器时，必须考虑爬杆效应的影响。
同样在设计非牛顿流体的输运泵时，也应考虑和利用这一效应。
无管虹吸对牛顿流体来说，在虹吸实验时，如果将虹吸管提离液面，虹吸马上就会停止。
但对高分子液体，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。
将管子慢慢地从容器里拔起时，可以看到虽然管子已不再插在流体里，流体仍源源不断地从杯中抽起，继续流进管里。
甚至更简单地，连虹吸管都不要，将装满该流体的烧杯微倾，使流体流下，这过程一旦开始，就不会中止，直到杯中流体都流光。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
qV
n
(
d
)3
1 n
(
P
3n 1 2 2kl
1
)n
n 1牛流体，P 32lu
d2
（2）幂律流体管内平均流速与最大流速之比 u 1 n
umax 1 3n
n 1牛顿流体，u 1 umax 2
（3）幂律流体管内流动阻力
P
hf
4 f l u2 ；范宁因子：f ，f 16
n
n — 流动行为指数，无因次 n
n
1假塑性流体
1牛顿流体
1涨塑性流体
幂律 流体
y
K (du) dy
y —屈服压力
K —宾汉粘度 Pa s
塑性流体
宾汉流体
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 qV ~ P关系式
（1） 触变性—当一定的剪应力所作用的时间足够长后， 剪切率增大，粘度减小直至达到定态的平衡 值的行为。
例：圆珠笔油，涂料等人为制成具有触变性， 涂写方便，静止不流
（2）震凝性—粘度随剪切力作用时间延长而增大的行为。
（3）粘弹性—液体不但有粘性，正常还表现为明显的弹性
例：天然蛋白，合成高分子液体
粘弹性表现为： i> 爬杆效应
（2） 涨塑性 — 在某一剪切率范围内表现出剪切增稠现象， 度随剪切率增大而升高（少数浓悬浮体）
（3）塑性 — 只有当施加的剪应力大于某一临界值之后才开 始流动的力学特征，该临界值称为屈服压力 （含固体量较多的悬浮体）
2、依时性 指非牛顿流体受力产生的剪切率 du / dy 与剪切力的
作用时间 有关
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
DR (1 P ) 1 f
PS
fs
f：范宁摩擦因子
（3）减阻影响因素
管径，高分子物的种类，浓度，Re值
d2
4
ReMR
ReMR：非牛顿流体的广义雷诺准数
（4）幂律流体 3n )8n1
4n
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 f
4.0 n0.75
log[ ReMR
f
1 n
2]
0.4 n1.2
在n 0.36 ~ 1.0时，ReMR 2900 ~ 3600 在n 0.2 ~ 1.0时，层流向湍流过渡的临界雷诺数
牛顿流体
ii> 挤出胀大
iii> 无管虹吸
粘弹性流体 挤出涨大
无管虹吸
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
du
dy （2）非牛顿流体的本构方程
K — 稠度系数. Pa S n
K ( du )n dy
非牛顿流体的流动
非牛顿流体－在层流流动时不服从牛顿粘性定律的流体
一、非牛顿流体的基本特性与类型
1、定态流动时的粘度 非牛顿流体的粘度
定义：
du / dy
不是常数，不能从手册中查到，与du / dy有关 d du （剪切率 ? 单位时间发生剪切变形）
dt dy
（1） 假塑性 — 在剪切率范围内，随剪切率增高，粘度下 降，又称为剪切稀化现象（多数非牛顿流体）