概述黏性食品的流变特性.ppt
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※ Newton定律的局限性
Newton黏性实验定律描述像水和空气这样的流体是适 合的，对含高分子量的流体不适宜，因其剪切应力与剪切 速率之间已不再是线性关系。
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2021/3/6
3.1 黏性流体的流变学基础
2.流变方程
数学表达式σ＝ηέ
①流体层之间单位面积的内摩擦力或剪切应 力与速率梯度或剪切速率成正比。
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2021/3/6
3.1 黏性流体的流变学基础
5.实例
化工领域著名的Newton流体的例子是甘油、 乙醇、极稀的溶胶和高分子溶液等。
在食品工业中，只有水、白醋、白酒、蔗糖 水、汽水、少数植物油等属于Newton流体，其它 绝大多数均为非Newton流体。
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3.1 黏性流体的流变学基础
流变学(Rheology)是研究物质的流动和变形的 科学，主要研究作用于物体上的应力和由此产生 的应变规律，是力、变形和时间的函数。食品流 变学研究的对象是食品物质。食品物质种类繁多， 为了研究方便，食品流变学把食品物质按形态简 单分成液态食品、半固态食品和固态食品。液体 又可分为两大类，符合牛顿黏性定律的液体称之 为牛顿流体；不符合牛顿黏性定律的液体称之为 非牛顿流体。
（2）非Newton流体包括塑性流体、假塑性流体 （剪切变稀）、胀塑性流体（剪切变稠）、触变性 流体、流凝性流体等多种，描述其内摩擦特性的流 变模型有多个。
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3.1 黏性流体的流变学基础
※ 幂定律模型
将非Newton流体的黏度描述为速率梯度或剪切 速率绝对值的指数函数：
σ0=k(dvx/dy)n=kέn 或 η=k(dvx/dy)n=kέn-1 ①当n=1时，η=k，即k具有黏度的量纲，此时 流体K为为N稠ew度to系n流数体，；Pa·sn；n为流体特性指数，无
它与流度体。的物理性质和受到的剪切应力和剪切速 率有关，流体的流动情况要改变其内摩擦特性。
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3.1 黏性流体的流变学基础
3.图流3变-2曲描线述
了Newto流n流体体的流变曲线是剪切应力与剪切速率 和几种非 New的to关n流系体曲—线。
—
可将剪切应力为纵坐标，剪切速率为横
塑坐性、标假，塑也性可将剪切应力为横坐标，剪切速率
（3）只要有力作用即流动，无论力大小。
见图3-3。
图3-3 牛顿流体特性曲线
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3.1 黏性流体的流变学基础
※ 关于Newton流体有两点说明
①绝对的Newton流体是不存在的 理想的Newton流体是无弹性、不可压缩和 各向同性的，实际上不存在这样的流体，但有 些流体因其性质在一定条件下与Newton流体相 近，可近似为Newton流体。 ②Newton流体具有恒定黏度的结论只在层 流条件下成立。
4.流动特性曲线
是反映流体流变性的曲线，泛指剪切应力与剪切 速率的关系曲线。有时也指黏度（表观黏度）及其表 现形式与剪切速率、分散相粒径、分散相体积分数等 关系的曲线。
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3.1 黏性流体的流变学基础
3.1.2 黏性流体的分类及特点 3.1.2.1 Newton流体
1.概念
Newton流体是指在任意小的外力作用下即能流动的流 体，并且剪切应力σ与流动的剪切速率έ大小成正比。
3.1.2.2 非Newton流体 剪切应力与剪切
（1）非Newton流体种类速繁率多之，间不不胜满枚足举线性 C最囊属a为r液于r常如e等非a绝用Ou多 N大模s。etw种w多型ta体o数和ldn液流-生Bdie以n体物wg及。流haea像l体me幂模细，律型胞如模关N等质人e型系w，那身t、的o其样上nE流流中的的ll体体幂i“血s模称。定半液型为律流、、非模体淋型”巴都液、
3.1 黏性流体的流变学基础
dv dx
(a)平板模型示意图 (b)流速梯度分布示意图
图3-1 平行板间流体层流模型中内摩擦
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3.1 黏性流体的流变学基础
2.剪切应力
（1）应力
物体由于外因（载荷、温度
变化等）而变形时，在它内部任
一截面的垂两直侧于出截现面的的相应互力作分用量力，，
（2）正应力 称为称内为力正。应单力位或面法积向上应的力内。力称
②式σσ＝为η剪έ切又应称力Ne；wtέo为n剪剪切切应速力率公；式，它表
明有一η类是流与体剪，切其速剪率切无应关力的与常剪数切，速是率代呈表线流性体关
系。这黏类滞流性体的被物称理为量Ne，wt反on映流了体流。体内摩擦力
③的非大Ne小wt，on称流为体流，体问的题黏复性杂系，数η，不简是称常黏数，
《食品物性学》
第3章 黏性食品的流变特性 Chapter Three The Rheological
Property of Viscous Foods
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《食品物性学》
教学内容
3.1 黏性流体的流变学基础 3.2 剪切黏度的影响因素 3.3 流变参数实验确定方法
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3 黏性食品的流变特性
为应力。 相切于截面的应力分
（3）剪切应力 量称为剪切应力。其单位
是Pa。
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3.1 黏性流体的流变学基础
3.剪切速率
流体在两界面（如平行板）之间流动时，因材料 与流体间存在摩擦力，使流体内部与流体-界面接触处 的流动速率不同，诱发一个渐变的速率场，称为剪切 速率（或速度梯度、应变速率）。
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3.1 黏性流体的流变学基础
3.1.1 黏性及牛顿黏性定律
1. 黏性流动的概念 流体在外力作用下流动时，由于体系内 部各种摩擦阻力（真溶液的分子之间、分散 介质与分散相之间、分散相之间及分散介质 之间）的存在Biblioteka Baidu表现为流体在运动过程中总 是在抵消外力或减弱流动的现象。
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因次，②表当示n<与1时Ne，wt为on假流塑体性偏或离剪的切程变度稀。流体； ③当n>l时，为胀塑性或剪切增稠流体；
和膨胀为流纵体坐的标流。 变曲线。
图3-2 四种流体的流变曲线
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3.1 黏性流体的流变学基础
4.流体特征
（1）Newton流体的流变曲线是一条经过原点 的直线，其斜率即为流体的黏度，斜率大小代表 黏度的高低。
（2）黏度值是个常数，不受剪切速率或剪切 应力单方面变化的影响，只有它们同时变化才能 影响黏度值。
Newton黏性实验定律描述像水和空气这样的流体是适 合的，对含高分子量的流体不适宜，因其剪切应力与剪切 速率之间已不再是线性关系。
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3.1 黏性流体的流变学基础
2.流变方程
数学表达式σ＝ηέ
①流体层之间单位面积的内摩擦力或剪切应 力与速率梯度或剪切速率成正比。
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3.1 黏性流体的流变学基础
5.实例
化工领域著名的Newton流体的例子是甘油、 乙醇、极稀的溶胶和高分子溶液等。
在食品工业中，只有水、白醋、白酒、蔗糖 水、汽水、少数植物油等属于Newton流体，其它 绝大多数均为非Newton流体。
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3.1 黏性流体的流变学基础
流变学(Rheology)是研究物质的流动和变形的 科学，主要研究作用于物体上的应力和由此产生 的应变规律，是力、变形和时间的函数。食品流 变学研究的对象是食品物质。食品物质种类繁多， 为了研究方便，食品流变学把食品物质按形态简 单分成液态食品、半固态食品和固态食品。液体 又可分为两大类，符合牛顿黏性定律的液体称之 为牛顿流体；不符合牛顿黏性定律的液体称之为 非牛顿流体。
（2）非Newton流体包括塑性流体、假塑性流体 （剪切变稀）、胀塑性流体（剪切变稠）、触变性 流体、流凝性流体等多种，描述其内摩擦特性的流 变模型有多个。
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3.1 黏性流体的流变学基础
※ 幂定律模型
将非Newton流体的黏度描述为速率梯度或剪切 速率绝对值的指数函数：
σ0=k(dvx/dy)n=kέn 或 η=k(dvx/dy)n=kέn-1 ①当n=1时，η=k，即k具有黏度的量纲，此时 流体K为为N稠ew度to系n流数体，；Pa·sn；n为流体特性指数，无
它与流度体。的物理性质和受到的剪切应力和剪切速 率有关，流体的流动情况要改变其内摩擦特性。
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3.1 黏性流体的流变学基础
3.图流3变-2曲描线述
了Newto流n流体体的流变曲线是剪切应力与剪切速率 和几种非 New的to关n流系体曲—线。
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可将剪切应力为纵坐标，剪切速率为横
塑坐性、标假，塑也性可将剪切应力为横坐标，剪切速率
（3）只要有力作用即流动，无论力大小。
见图3-3。
图3-3 牛顿流体特性曲线
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3.1 黏性流体的流变学基础
※ 关于Newton流体有两点说明
①绝对的Newton流体是不存在的 理想的Newton流体是无弹性、不可压缩和 各向同性的，实际上不存在这样的流体，但有 些流体因其性质在一定条件下与Newton流体相 近，可近似为Newton流体。 ②Newton流体具有恒定黏度的结论只在层 流条件下成立。
4.流动特性曲线
是反映流体流变性的曲线，泛指剪切应力与剪切 速率的关系曲线。有时也指黏度（表观黏度）及其表 现形式与剪切速率、分散相粒径、分散相体积分数等 关系的曲线。
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3.1 黏性流体的流变学基础
3.1.2 黏性流体的分类及特点 3.1.2.1 Newton流体
1.概念
Newton流体是指在任意小的外力作用下即能流动的流 体，并且剪切应力σ与流动的剪切速率έ大小成正比。
3.1.2.2 非Newton流体 剪切应力与剪切
（1）非Newton流体种类速繁率多之，间不不胜满枚足举线性 C最囊属a为r液于r常如e等非a绝用Ou多 N大模s。etw种w多型ta体o数和ldn液流-生Bdie以n体物wg及。流haea像l体me幂模细，律型胞如模关N等质人e型系w，那身t、的o其样上nE流流中的的ll体体幂i“血s模称。定半液型为律流、、非模体淋型”巴都液、
3.1 黏性流体的流变学基础
dv dx
(a)平板模型示意图 (b)流速梯度分布示意图
图3-1 平行板间流体层流模型中内摩擦
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3.1 黏性流体的流变学基础
2.剪切应力
（1）应力
物体由于外因（载荷、温度
变化等）而变形时，在它内部任
一截面的垂两直侧于出截现面的的相应互力作分用量力，，
（2）正应力 称为称内为力正。应单力位或面法积向上应的力内。力称
②式σσ＝为η剪έ切又应称力Ne；wtέo为n剪剪切切应速力率公；式，它表
明有一η类是流与体剪，切其速剪率切无应关力的与常剪数切，速是率代呈表线流性体关
系。这黏类滞流性体的被物称理为量Ne，wt反on映流了体流。体内摩擦力
③的非大Ne小wt，on称流为体流，体问的题黏复性杂系，数η，不简是称常黏数，
《食品物性学》
第3章 黏性食品的流变特性 Chapter Three The Rheological
Property of Viscous Foods
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《食品物性学》
教学内容
3.1 黏性流体的流变学基础 3.2 剪切黏度的影响因素 3.3 流变参数实验确定方法
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3 黏性食品的流变特性
为应力。 相切于截面的应力分
（3）剪切应力 量称为剪切应力。其单位
是Pa。
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3.1 黏性流体的流变学基础
3.剪切速率
流体在两界面（如平行板）之间流动时，因材料 与流体间存在摩擦力，使流体内部与流体-界面接触处 的流动速率不同，诱发一个渐变的速率场，称为剪切 速率（或速度梯度、应变速率）。
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3.1 黏性流体的流变学基础
3.1.1 黏性及牛顿黏性定律
1. 黏性流动的概念 流体在外力作用下流动时，由于体系内 部各种摩擦阻力（真溶液的分子之间、分散 介质与分散相之间、分散相之间及分散介质 之间）的存在Biblioteka Baidu表现为流体在运动过程中总 是在抵消外力或减弱流动的现象。
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2021/3/6
因次，②表当示n<与1时Ne，wt为on假流塑体性偏或离剪的切程变度稀。流体； ③当n>l时，为胀塑性或剪切增稠流体；
和膨胀为流纵体坐的标流。 变曲线。
图3-2 四种流体的流变曲线
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3.1 黏性流体的流变学基础
4.流体特征
（1）Newton流体的流变曲线是一条经过原点 的直线，其斜率即为流体的黏度，斜率大小代表 黏度的高低。
（2）黏度值是个常数，不受剪切速率或剪切 应力单方面变化的影响，只有它们同时变化才能 影响黏度值。