流体流变

粘性是表现流体流动性质的指标，从微观上讲，粘性是流体受力作用，其质点间作相对运动时产生阻力的性质。这种阻力来自内部分子运动和分子引力。一种物质粘性的大小通常用粘度来表示。粘度有剪切粘度、延伸粘度和体积粘度三种，但通常我们所说的是剪切粘度。流体在力的作用下，会发生粘性流动，其流动过程中的粘度与作用力之间的关系表现出多种情况。分为牛顿液体类物质、非牛顿液体类物质。

1）牛顿液体类物质

液体属于一种流体，描述流体的一个重要参数就是粘度。粘度剪切粘度、延伸粘度和体积粘度等几种不同的方式，通常我们所说的粘度就是剪切粘度，即用普通粘度计测定的液体粘度。如果一种液体的粘度与剪切速率无关，则我们称这种液体为顿液体。

η=σ/ε

从这个式中可以看出，牛顿液体的剪切应力与剪切速率的关系曲线是一条直线，这种液体没有弹性，且不可收缩。

值得注意：真正的牛顿液体是没有的，但在实际情况中，当在剪切力很宽的作用范围条件下，其粘度不变的液体通常近视将其看成为牛顿液体。例如糖水溶液、低浓度的牛乳、油、酒、水及其透明稀质液体均可归于牛顿液体。

当采用小于某一个值的剪切力作用于食品液体时，其并不表现出流动，具有类似于弹性体的性质，当施予的剪切力超过此值时，其表现出流动，流动特性符合牛顿液体特征的称为宾汉液体。

在液态食品体系中，属于宾汉液体的事例很多，如浓缩的肉汁就是一种典型的宾汉液体。

2）非牛顿类液体物质

凡是不符合牛顿流体定律的液体统称为非牛顿类液体物质，非牛顿类液体物质的流动方程可用下式表示。

σ= κ×εn（n为不等于1的任何正数）

在上式中，当n=1时，它就是牛顿液体公式，这时κ=η。κ就成了粘度。假如设ηa= κ×εn-1，则非牛顿液体类物质的流动状态方程可写为与牛顿液体类物质流动方程相似的形式：

σ= η a×ε

由上式可以看出，ηa与η有同样的量纲，表示同样的物理特性，所以称ηa为表观粘度（apparent viscosity）。值得注意的是η是一个常数，而ηa则是一个变数，它与粘度系数κ和流态指数n有关，是剪切速率ε的函数。非牛顿类物质的剪切力与剪切速率不是一条直线。

在实际过程中，非牛顿类液体物质只有当施加的剪切力σ大于某

一个值σo时,才开始流动。据此，Herschel和Bulkey提出了表示非牛顿液体类物质流动状态的方程式为：σ= σo+κ×εn

非牛顿液体类物质根据σo的有无和n的取值范围可以分为假塑性液体（Pseudoplastic Liquid）、胀塑性流体(Dilatant Liquid)、触变性液体(Tixotropic Liquid)和胶变性液体(Rheopectic Liquid)四种类型。前两种非牛顿液体其流变特性与时间无关，后两种非牛顿液体的流变特性却随时间而变化。

(1)假塑性液体（Pseudoplastic Liquid）

在非牛顿液体状态方程中，当时0< n<1时，即表观粘度随剪切力的加大或剪切速率的增加而减小的液体称为~，也称准塑性液体或拟塑性液体。其特征曲线如下。

在上图中，表观粘度η a= tanθi(i=1, 2, 3, · · ·)

由上表可以看出，大部分液态食品0

(2) 胀塑性液体(Dilatant Liquid)

在非牛顿液体状态方程中，当时1< n<∞时，即表观粘度随剪切力的加大或剪切速率的增加而增加的的液体称为~，其特征曲线如下。

在我们通常遇到的液体食品中属于胀塑性液体的不多，比较典型的例子是生淀粉糊。

为什么有的食品液体表现出假塑性液体特性，而有的表现出胀性液体的特性，有许多不同的解释。

对于假塑性液体通常从两个方面进行解释，一方面认为随着剪切力的增加，胶体粒子之间的结合会减弱；另一方面认为随着剪切力的增加，胶体粒子本身会发生变形，由静止时的链状粒子变为团状态粒子，从而减小了相互间的链接，出现了剪切变稀现象。

对于胀塑性液体可用胀容现象来解释，胀塑性液体一般是糊状体，水充满在致密排列的粒子间隙中，当施加压力较小、缓慢流动时，由于水的滑动和流动作用，胶体糊表现出的粘性阻力较小。可是如果用力搅动，处于致密排列的粒子就会一下子被搅乱，成为多孔隙的疏松排列结构。这时由于原来的水分

再也不能填满粒子之间的间隙、粒子与粒子没有了水层的滑动作用，因而粘性阻力就会骤然增加，甚至失去流动的性质。因此粒子在强烈的剪切力作用下会成为疏松排列结构，引起外观体积的增加。

值得注意的是：有些假塑性液体和胀塑性液体当采用小于某一个值的剪切力作用于食品液体时，其并不表现出流动，具有类似于牛顿类液体物质的性质，当施予的剪切力超过此值时，其表现出流动，流动特性也不符合牛顿液体特征。

(3) 触变性液体(Tixotropic Liquid)

当液体在振动、搅拌、摇动时，其粘性减少，流动性增加，但静置一段时间后，流动又变得困难，这种现象称为摇溶现象，具有摇溶现象的液体称之为触变性液体。其流动的特性曲线如下：

触变液体具有摇溶现象的机理目前认为：随着剪切应力的增加，粒子之间形成的结合构造受到破坏，因此粘性减少。但这些粒子间结合构造在停止应力作用时，恢复需要一段时间，逐渐形成。因此，剪切速率减慢时的曲线在前次增加时的曲线下方，形成了与流动时间有关的

履历曲线（滞变曲线）。

(4) 胶变性液体（rheopexy）

当液体随着流动时间的增加，变得越来越粘稠，其特性曲线为：

由上可以看出，当剪切速率加大，达到最大值后，再减低剪切速率，减低剪切速率的流动曲线反而在增大剪切速率曲线的上方。这说明流动促进了液体粒子间构造的形成。所以，这种现象也被称为逆触变现象。