非牛顿流体的分类
流体力学中的非牛顿流体
流体力学中的非牛顿流体流体力学是研究物质在流动状态下力的作用和运动规律的学科。
在流体力学中,我们通常将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。
本文将重点介绍非牛顿流体的特性、流动行为以及其在工程和科学领域中的应用。
一、非牛顿流体的特性非牛顿流体是指其粘度随着应力或剪切速率的改变而变化的流体。
与牛顿流体相比,非牛顿流体表现出更复杂的流动行为。
根据其流变特性,非牛顿流体可以分为剪切变稀型和剪切变稠型。
剪切变稀型的非牛顿流体是指其粘度随剪切速率的增加而减小的流体。
常见的剪切变稀型非牛顿流体包括血液、糊状物和溶胶等。
这些流体在流动过程中,随着剪切力的增加,粒子之间的相互作用减弱,从而导致粘度的降低。
剪切变稀型流体的特性使其在工程领域中得到广泛应用,如石油钻井、医疗器械以及食品加工等。
剪切变稠型的非牛顿流体是指其粘度随剪切速率的增加而增加的流体。
常见的剪切变稠型非牛顿流体有浆料、高聚物溶液和胶体等。
这些流体在流动过程中,由于粒子之间的相互作用增强,导致粘度的增加。
剪切变稠型流体广泛应用于涂料、油漆和火箭发动机燃料等领域。
二、非牛顿流体的流动行为非牛顿流体的流动行为与牛顿流体有所不同。
牛顿流体遵循牛顿流体模型,其粘度独立于剪切速率,流动行为符合牛顿第二定律。
而非牛顿流体则不满足牛顿流体模型,其剪切应力和剪切速率之间的关系是非线性的。
非牛顿流体的流动行为通常由流变学进行描述。
流变学是研究物质应力-应变关系的科学,其中应力指流体内部单位面积上的力,应变指流体的变形程度。
通过流变学可以确定非牛顿流体的粘度与剪切速率之间的关系。
在非牛顿流体的流动过程中,通常存在剪切层滞后和剪切变薄等现象。
剪切层滞后是指在流动过程中,不同位置处的流体粘度不同,形成剪切层。
而剪切变薄是指在流动过程中,流体的某一部分变得更稀薄。
三、非牛顿流体的应用非牛顿流体的特性使其在工程和科学领域中得到广泛应用。
以下列举了一些常见的应用领域:1. 医学领域:血液作为一种剪切变稀型的非牛顿流体,在心血管系统中的流动行为对于疾病诊断和治疗具有重要意义。
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。
非牛顿流体教案小班
非牛顿流体教案小班二、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。
宾汉拟塑性牛顿胀塑性(二)非牛顿流体的分类根据表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。
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。
非牛顿流体
所以:p头
8Q2 22de4
31
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 n2d22
31
工程流体力学
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
24
24
工程流体力学
25
25
工程流体力学
四、水头损失的计算
1、流态的判别:(同牛顿流体用雷诺数)
1)、圆管综合雷诺数:
vd Re综 (1 0d )
6v
Re综 2000 Re综 2000
结构流 紊流
26
26
工程流体力学
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
其流变方程以幂定律形式表示:
k(du)n
dy
稠度系数
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。
9
9
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
4
4
工程流体力学
二、牛顿流体的流变性
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
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
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。
非牛顿流体的管路计算
03 非牛顿流体的管路计算方 法
流动特性分析
01
02
03
粘度特性
非牛顿流体的粘度随剪切 速率的变化而变化,需对 不同剪切速率下的粘度进 行测量和分析。
流动行为
非牛顿流体的流动行为可 能表现出剪切变稀或剪切 变稠等特性,需对流动行 为进行描述和分类。
流动稳定性
非牛顿流体在管路中可能 存在流动不稳定现象,如 波动、振动等,需对流动 稳定性进行分析。
详细描述
非牛顿流体在剪切力作用下表现 出复杂的流动行为,其粘度不仅 与剪切速率有关,还受到温度、 压力、浓度等多种因素的影响。
非牛顿流体的分类
总结词
非牛顿流体可分为塑性流体、胀塑性流体、假塑性流体和触变性流体等类型。
详细描述
塑性流体在剪切力作用下逐渐变形,但不会立即流动;胀塑性流体在剪切力作 用下体积膨胀;假塑性流体粘度随着剪切速率的增加而减小;触变性流体在剪 切力作用下粘度发生变化。
非牛顿流体的管路计算
目录
• 非牛顿流体的基本概念 • 管路的基本概念 • 非牛顿流体的管路计算方法 • 非牛顿流体的管路设计 • 非牛顿流体的管路应用 • 非牛顿流体的管路研究展望
01 非牛顿流体的基本概念
非牛顿流体的定义总结词来自非牛顿流体是指不满足牛顿粘性 定律的流体,其粘度会随着剪切 速率的变化而变化。
流动稳定性
探讨非牛顿流体在管路中的流动稳定性问题,包括流动不 稳定性、流动分离、湍流等现象,以及如何通过改变流体 的性质或管路结构来改善流动稳定性。
研究方法
01
实验研究
通过实验手段测量非牛顿流体的流变特性、流动行为和管路性能等参数,
建立数学模型和经验公式,为理论分析和数值模拟提供基础数据。
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
非牛顿流体简介引言流体是一种特殊的物质状态,其具有流动性和变形性。
根据牛顿流体定律,流体的粘度(也称为黏性)是恒定的。
然而,在一些特殊情况下,一些流体不遵循这种定律,它们被称为非牛顿流体。
非牛顿流体的粘度取决于剪切速率或剪切应力的大小和方向。
本文将对非牛顿流体进行介绍,包括其定义、特性、分类和应用领域。
定义非牛顿流体是指其粘度随剪切速率或剪切应力的变化而变化的流体。
牛顿流体的粘度是恒定的,而非牛顿流体的粘度是可变的。
特性非牛顿流体具有以下特性:剪切变稀当施加剪切力时,非牛顿流体的粘度会减小,流动性增强。
这种现象被称为剪切变稀。
剪切变稀的非牛顿流体在施加剪切力后流动性变得更好,类似于液体。
剪切变稠有些非牛顿流体在施加剪切力时,其粘度会增加,流动性减弱。
这种现象被称为剪切变稠。
剪切变稠的非牛顿流体在施加剪切力后流动性变得更差,类似于固体。
黏弹性非牛顿流体还可以表现出黏弹性。
黏弹性是指非牛顿流体在施加剪切力后,粘度会随时间的推移而改变。
具有黏弹性的非牛顿流体在受力后可以保持形变,并且在撤力后会逐渐恢复原状。
非线性粘度牛顿流体的粘度与剪切速率成正比,而非牛顿流体的粘度与剪切速率不呈线性关系。
这意味着非牛顿流体的粘度可能随剪切速率的变化而变化。
分类非牛顿流体可以根据其粘度随剪切速率或剪切应力变化的方式进行分类。
主要的分类包括以下几种:塑性流体塑性流体是一种在没有施加剪切力时是固体,在施加剪切力达到一定阈值后才开始流动的非牛顿流体。
当剪切力超过阈值时,塑性流体会发生变形。
粘弹性流体粘弹性流体是指同时具有粘性和弹性特性的非牛顿流体。
粘弹性流体的行为介于固体和液体之间。
它们在受力时会发生形变,但在撤力后又会恢复原状。
假塑性流体假塑性流体又称为伪塑性流体,其粘度随剪切速率的增加而减小,但没有阈值。
假塑性流体在不受剪切力作用时呈现固态,但在施加剪切力时会变得流动。
剪切变稀流体剪切变稀流体的粘度随剪切速率的增加而减小。
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.
非牛顿型流体的分类
4. 非牛顿型流体的分类 非牛顿型流体是一大类实际流体的统称。
一般地说,凡流动性能不能用方程(2-2)来描述的流体,统称为非牛顿型流体。
在高分子液体范畴内,可以粗略地把非牛顿型流体分为:纯粘性流体,但流动中粘度会发生变化,如某些涂料、油漆、食品等。
粘弹性流体,大多数高分子熔体、高分子溶液是典型的粘弹性流体,而且是非线性粘弹性流体。
一些生物材料,如细胞液,蛋清等也同属此类。
流动性质有时间依赖性的流体。
如触变性流体,震凝性流体。
4. 1 Bingham 塑性体Bingham可塑性质。
只有当外界施加的应力超过屈服应力y σ,物体才能流动。
流动方程为:⎩⎨⎧≥-<=y y yσσησσσσγ/)(0& (2-74)说明:有些Bingham 塑性体,在外应力超过y σ开始流动后,遵循Newton 粘度定律,流动方程为:γησσ&p y += (2-75)称为普通Bingham 流体,p η为塑性粘度。
有些Bingham 塑性体,开始流动后,并不遵循Newton 粘度定律,其剪切粘度随剪切速率发生变化,这类材料称为非线性Bingham 流体。
特殊地,若流动规律遵从幂律,方程为n y K γσσ&+= (2-76)则称这类材料为Herschel-Bulkley 流体。
图2-16 Bingham 流体的流动曲线牙膏、油漆是典型Bingham 塑性体。
油漆在涂刷过程中,要求涂刷时粘度要小,停止涂刷时要“站得住”,不出现流挂。
因此要求其屈服应力大到足以克服重力对流动的影响。
润滑油、石油钻探用泥浆,某些高分子填充体系如碳黑混炼橡胶,碳酸钙填充聚乙烯、聚丙烯等也属于或近似属于Bingham 流体。
填充高分子体系出现屈服现象的原因可归结为,当填料份数足够高时,填料在体系内形成某种三维结构。
如CaCO 3形成堆砌结构,而碳黑则因与橡胶大分子链间有强烈物理交换作用,形成类交联网络结构。
这些结构具有一定强度,在低外力下是稳定的,外部作用力只有大到能够破坏这些结构时,物料才能流动。
非牛顿流体在食品加工中的流变学研究
非牛顿流体在食品加工中的流变学研究引言:食品行业是一个重要的经济部门,其产品的质量和口感对消费者来说至关重要。
而流变学作为研究物质流动和变形的学科,在食品加工中发挥着重要作用。
本文将探讨非牛顿流体在食品加工中的流变学研究成果,并分析其对加工过程和产品质量的影响。
一、非牛顿流体的介绍和分类非牛顿流体是指其流动性质不符合牛顿流体的流动规律,即黏度不是一个固定值,而是随着应力或剪切变化而改变。
根据应力和剪切率的关系,可将非牛顿流体分为剪切稀化型和剪切增稠型两类。
二、非牛顿流体在食品加工中的应用1. 混合物和悬浮液的加工:在食品加工中,经常需要将多种材料混合或悬浮,非牛顿流体的流变性质能够帮助实现均匀的混合和分散。
2. 搅拌和液压输送:食品加工过程中需要进行搅拌和输送,搅拌设备和输送管道的设计需要考虑流体的黏度和流动特性,非牛顿流体的流变学研究可以提供参考。
3. 调味品和酱料的流动性:非牛顿流体的剪切稀化特性可以用于调味品和酱料的包装和倾倒,使得产品更易于使用和流出。
三、非牛顿流体的流变学研究方法非牛顿流体在食品加工中的流变学研究主要依赖实验和数学模型。
实验方法包括剪切应力-剪切率曲线的测定、黏度的测量和流变学参数的计算等。
数学模型可以通过流动形式方程、非牛顿流体模型等进行描述和分析。
四、流变学研究在食品加工中的应用案例1. 搅拌设备的优化设计:通过对非牛顿流体的流变性质进行研究,可以优化搅拌设备的设计,提高搅拌效果和能耗效率。
2. 食品流动性的调控:利用非牛顿流体的流变学原理,可以调控食品在加工过程中的流动性,如酱油的流速和喷涂粘度的控制。
3. 贮存和运输过程的优化:非牛顿流体在贮存和运输过程中的流变学研究可帮助改善产品的保存性能和降低流体的损失。
五、结论非牛顿流体在食品加工中的流变学研究对提高产品质量和加工效率具有重要意义。
通过合理利用非牛顿流体的流变性质,可以优化加工过程和产品设计,提高消费者对食品的体验和满意度。
非牛顿流体力学及其应用
非牛顿流体力学及其应用
非牛顿流体力学是研究流体在剪切应力作用下呈现非线性、时间依赖、非稳态的流动特性的一门学科。
与牛顿流体力学不同,非牛顿流体的粘度随着剪切应力的变化而变化,因此在实际应用中具有广泛的应用价值。
一、非牛顿流体的分类
1. 粘弹性流体:在剪切应力下,流体会发生形变,但在剪切应力消失后,流体会恢复原状。
如胶体、高分子溶液等。
2. 塑性流体:在剪切应力下,流体会发生形变,但在剪切应力消失后,流体不会恢复原状。
如泥浆、糊状物等。
3. 粘塑性流体:在剪切应力下,流体会发生形变,但在剪切应力消失后,流体只能部分恢复原状。
如糊状物、胶体等。
二、非牛顿流体的应用
1. 食品工业:非牛顿流体在食品工业中应用广泛,如酸奶、果酱、巧克力等。
这些食品都是由非牛顿流体组成的,通过调整流体的粘度和流变特性,可以制作出不同口感和质地的食品。
2. 石油工业:非牛顿流体在石油工业中也有广泛应用。
例如,钻井泥浆就是一种塑性流体,它可以在井口形成一层薄膜,防止油气从井口泄漏。
3. 医学领域:非牛顿流体在医学领域中也有应用。
例如,血液就是一种非牛顿流体,它的流变特性对于血液循环和疾病诊断都有重要影响。
4. 材料科学:非牛顿流体在材料科学中也有应用。
例如,高分子材料的流变特性对于制备高分子材料具有重要意义。
总之,非牛顿流体力学的研究和应用对于现代工业和科学技术的发展都具有重要意义。
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。
非牛顿流体
目录
1 定义 2 特性 3 分类 4 应用
一、定义
牛顿粘滞定律:F=μA(du/dy)
F:粘滞力 μ:粘滞系数 A:接触面积 du/dy:速度变化梯度
非牛顿流体,是指不满足牛顿粘滞定律的流体
二、特性
1. 巴拉斯效应 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。射流的直径 与毛细管直径之比,称为挤出物 胀大比。对牛顿流体,其值约在 0.88~1.12之间。而对于高分子熔 体或浓溶液,其值大得多,甚至 可超过10
触变性流体 震凝性流体 黏弹性流体
剪切力:作用于同一物ห้องสมุดไป่ตู้上的两个距离很近(但不为零), 大小相等,方向相反(但不共线)的平行力
剪切应力:单位面积上所承受的剪力
四、应用
1. 流体减阻方面,在流体输送过程中添加 一些高分子化合物(>106)作为减阻剂 来降低管输阻力提高输送效率(提高消防 车水龙头扬程、原油输送)
4. 湍流减阻效应 在高速的管道湍流
中,若加入少许高分子 物质,如聚氧化乙烯 (PEOX)、聚丙烯酞胺( PAAM )等,则管道阻力 将大为减少,又称Toms 效应。
三、分类
非时变性非牛顿流体
(与剪切持续时间无关)
宾厄姆流体 非线性宾厄姆流体 假塑性流体 胀流性流体
时变性非牛顿流体
(与剪切持续时间有关)
2. 印花技术方面,增稠剂的高黏度和 高触变性可以保证活动轮廓清晰、线 条光洁的印花图案
3. 非牛顿流体作为阻尼介质,普遍应用于 阻尼与制动装置中
磁流变阻尼器在建筑抗震、舰 载机拦截系统和电器减噪等方 面均有应用
磁流变制动器用于控制电动机 的转速,通过控制制动器可以 使电机的转速在200~1600r/min 之间连续变化且功率只有85W
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。
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非牛顿流体的分类
根据非牛顿流体的粘度函数是否和剪切时间有关,可以把非牛顿流体分成两大类: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:
假塑性流体:粘度随剪切速率的增大而降
低。
特点:
(1)在直角坐标系中,其流变曲线为凹向
剪切速率轴的且通过原点的一条曲线。
(2)τ和γ 是一一对应的,即受力就有流
动,但τ与γ 的变化关系不成比例(即不符合
牛顿流体内摩擦定律,故为非牛顿流体)。
随着γ 的增加,τ的增加率逐渐降低。
胀塑性流体:粘度随剪切速率的增大而增
大。
特点:
(1)在直角坐标系中,膨肿性流体的流变
曲线为通过坐标原点且凹向剪切应力轴的曲线,
如图所示。
(2)一受力就有流动,但剪切应力与剪切
速率的不成比例,随着剪切速率的增大,剪切
应力的增加速率越来越大,即随着剪切速率的增大,流体的表观粘度增大,这种特性被称为剪切增稠性。
因此,膨肿性流体具有剪切增稠性。
宾汉流体:理想粘塑性流体,存在一定程度的屈服应力。
特点:
(1)流变曲线如图所示,为一条直线,但直线不通过坐标原点,而是与剪τ处相交。
切应力轴在
B
τ时,宾汉
(2)当对流体施加的外力τ<
B
姆流体并不产生流动,体积只产生有限的变形,
τ时,体系才产生流动。
且流动后
只有当τ>
B
τ是使体系产生流动所需
流体具有剪切稀释性。
B
要的最小剪切应力,即使流体产生大于0的剪切
速率所需要的最小剪切应力,称之为屈服值。
屈
服值的大小是体系所形成的空间网络结构的性质所决定的。
凡是具有屈服值的流体均称为塑性流体,外力克服其屈服值而产生的流动称为塑性流动。
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:
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。
其特点:
(1)流体的表观粘度随剪切时间而下降
(2)流体的表观粘度随时间而增长
(3)反复循环剪切流体可得滞回环
(4)无限循环剪切流体可得到平衡滞回环
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。
其现象:
(1)爬杆现象
(2)挤出胀大现象
(3)同心套管轴向流动现象
(4)回弹现象
(5)无管虹吸现象
(6)汤姆孙减阻效应
以上就是非牛顿流体的分类,而我们平时接触的大多数物料也都是非牛顿流
体。
物料粘度变化曲线各不相同,为了能用科学的方法来对非牛顿流体的粘度特性进行描述,因此我们研究出了流变仪来更好、更精确的分析物料的流变特性。
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