牛顿流体和非牛顿流体PPT讲稿

二、牛顿流体
（一）牛顿流体的定义
牛顿流体的定义：当液体的流动曲线为通
过座标原点的一条直线时，我们把具有这种流
动性质的液体称作牛顿流体，（在一定温度下
和较宽的剪切速率范围内,粘度值保持恒定的称
为牛顿流体 。）
在牛顿流体:中粘,剪度或切粘应性系力数与剪切速率是成线性关
系的,关系式为:
粘度单位为 Pa s
3、流变方程中反映流体流变特性的参数 只有一个 。对牛顿流体来说，其流变方程只有 一种形式。
4、典型的牛顿流体：水、甘油、低分子 量的成品油，空气。
5、牛顿流体内部结构特点：单相流体、 分散相浓度很低的假均匀多相混合物流体。
/
（三）牛顿流体曲线：
剪切应力/剪切速率= tanα =恒定值，
由于牛顿流体的流动曲线是通过座标
三、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。Fra Baidu bibliotek
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。 （二）非牛顿流体的分类
（2）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。 粘弹性流体除粘度函数与剪切持续时间有关外， 在剪切流动中还表现出法向应力差效应。
（三）非牛顿流体的流变特性
（1）剪切稀化现象：粘度随剪切变形速 率增大而减小，变形速率愈大，表观粘度愈小， 流动性就愈好。
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。
（1）按照流体是否符合牛顿内摩擦定 律，分为牛顿流体和非牛顿流体。
流变特性符合牛顿定律的为牛顿流 体，牛顿流体是一种与时间无关的纯粘性流 体。反之，不符合的为非牛顿流体，非牛顿 流体又包括各种类型，如与时间无关和有关 的流体、粘弹性流体等。
（2）按照流体是否具有弹性，分为 纯粘性流体和粘弹性流体。
真实流体都是具有粘性的，若流体
图3-1 流体的流变图
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
（2）爬杆现象(韦森堡效应)
人们已经利用韦森堡效应，可以让赤裸的 电线直接包裹上塑料，完全淘汰了过程复杂、 成本高昂的沙包线工艺。
（3）射流胀大现象：
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 直其径中比毛细管的直径大。如有图示：
De=4~5D
（4）回弹现象
对牛顿流体来说，在虹吸 实验时， 如果将虹吸管提离液面，
所以，事实上我们平时接触的大多数 物料都是非牛顿流体，物料随着剪切率或时间 的变化会改变。因此，在一定的条件下测量的
，粘度数值上等于单位速度梯度下流
体所受的剪应力。
（二）牛顿流体的特点： 1、牛顿流体流变曲线为通过原点的直线。
（著名的牛顿流体内摩擦定律）
2、 Pa s
Pa s
mPa s
其中，剪切应力 的单位为Pa，剪切速
率 的单1位Pa为ss-1，比10例0系0m数Pa s 为动力粘度，
单位为
（帕秒），有时对某些粘度
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。
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：
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。