粘度

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∆γ
τ γ
·
ηB = tan β =
τ -τ y γ
·
15
非牛顿流体
时间相关性流体:粘度除了与温度、压力及剪切速率有关外,还与剪 时间相关性流体:粘度除了与温度、压力及剪切速率有关外, 切时间有关,剪切应力与剪切速率之间不是单值关系,没有简单的本 切时间有关,剪切应力与剪切速率之间不是单值关系,
γ 构方程, ≠ f(τ ) 。 构方程,
平板法
滑板式:在两平行板中间放试液,其中一平板固定不懂,施以恒定力于另一平板,使其平行于固定板运 滑板式:在两平行板中间放试液,其中一平板固定不懂,施以恒定力于另一平板, 动 带式:将长又薄的带形板插入其中,并使其平行与两固定板运动 带式:将长又薄的带形板插入其中, 倾斜板式:液体在倾斜安装的平板上靠自重流动 倾斜板式: 压板式:试液放在水平放置的两平板间,下板不动,向上板施加一定重荷,试液则作水平方向的放射状 压板式:试液放在水平放置的两平板间,下板不动,向上板施加一定重荷, 流动。 流动。
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M 1 1 η= ( 2 - 2) 4π hωi R i R a
流体通常是处于物体与容器的间隙中,根据物体与容 流体通常是处于物体与容器的间隙中, 器的几何形状,旋转粘度计可分为同轴筒式、单圆筒 器的几何形状,旋转粘度计可分为同轴筒式、 式、锥-板式,锥-筒式、锥-锥式、板-板式等。 板式, 筒式 筒式、 锥式 锥式、 板式等 板式等。 板式
粘弹体的特性
法向应力。材料发生应变时除了产生切向应力外还会产生与力的 法向应力。 方向相垂直法向的应力。 方向相垂直法向的应力。 蠕变与回复。对材料突然施加恒定的应力时,应变随时间而增大, 蠕变与回复。对材料突然施加恒定的应力时,应变随时间而增大, 当应力去除时, 当应力去除时,应变随时间而逐渐减小 应力松弛。当材料的应变保持不变时,应力随时间的增加而减小 应力松弛。当材料的应变保持不变时, 滞后。对材料周期性加载时,材料的应力与应变不同步,应力~ 滞后。对材料周期性加载时,材料的应力与应变不同步,应力~ 应变曲线不重合。 应变曲线不重合。
= η B (1 −
τy ) τ
,塑性假塑体,表观粘度 ηa =a γ + 塑性假塑体,
ηa =a γ
· n -1
τy γ
·
=0, τ y =0,n>1,τ -τ
n 塑性膨胀体, ,塑性膨胀体,表观粘度 y =a γ
+
τy γ
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·
非牛顿流体
表观粘度、塑性粘度及微分粘度的物理意义 表观粘度、
曲线上的点与原点的连线与轴夹角的正切,即 ηa = tan a= 曲线上的点与原点的连线与轴夹角的正切, 曲线上的点与轴上的点连线与轴夹角的正切,即 曲线上的点与轴上的点连线与轴夹角的正切, 曲线上的点切线与轴夹角的正切, 即 ηd = tan θ = ∆·τ 曲线上的点切线与轴夹角的正切,
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粘度的测量方法
落体法
落球式:半径为r的刚性小球在粘性为的流体中垂直下落 落球式:半径为r 落柱式:基于圆柱体在重力或外力作用下在液体中下落 落柱式: 气泡式:通过测量空气泡在液体中的上升速度粘度 气泡式:
振动法
扭转振动式:外筒不动,内筒用吊丝吊挂,将内筒扭转一角度后放开,内筒将作扭转振动 扭转振动式:外筒不动,内筒用吊丝吊挂,将内筒扭转一角度后放开, 振动片式:将一薄而平的振动片在流体中作正弦振动 振动片式:
·
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非牛顿流体
粘弹体:同时具有粘性与弹性性质的流体 粘弹体:
线性粘弹性:应力、应变、应变速率之间成线性关系(只能在低剪切速 线性粘弹性:应力、应变、应变速率之间成线性关系( 度下)所表征的粘弹性。可用牛顿定律与虎克定律来描述。 度下)所表征的粘弹性。可用牛顿定律与虎克定律来描述。
τ =η γ
·
τ =Gγ
3
粘度简介
牛顿粘性定律
给出了粘度与内摩擦力之间的关系
d F =ηS ν dy
τ =η γ
·
4
粘度简介
粘度与温度、压力的关系 粘度与温度、
粘度随温度的影响
气体粘度随温度的升高而增加 液体粘度随温度的升高而降低
粘度随压力的影响
气体粘度随压力的升高而增加 液体粘度随压力的升高而增加
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汇报提纲
粘度的简介
非线性粘弹性:应力、应变、应变速率之间不成线性关系(在高剪切速 非线性粘弹性:应力、应变、应变速率之间不成线性关系( 度下)所表征的粘弹性。所测得的粘弹性数据受试验参数及探测部件的 度下)所表征的粘弹性。 几何尺寸影响极大,不是绝对值,只能做比较。 几何尺寸影响极大,不是绝对值,只能做比较。
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非牛顿流体
η
η0之差被溶剂
(或连续相)的粘度除得之商。 η = η -η 0 = η -1=η -1 或连续相)的粘度除得之商。 sp r
ηsp
比浓粘度
η0
η0
:单位浓度的溶液(或分散相)的增比粘度。即 单位浓度的溶液(或分散相)的增比粘度。
ηsp ηr -1
c = c
c
比浓对数粘度
相对粘度的自然对数被溶液(或分散相)的浓度除得之商。 {η} :相对粘度的自然对数被溶液(或分散相)的浓度除得之商。 {η} =
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粘度的测量方法
粘度的种类
ηr =η / η0 ):溶液 与溶剂(连续相) 之比值。 相对粘度 η 又称粘度比):溶液(或分散相)的粘度 η与溶剂(连续相)的粘度η 之比值。 (又称粘度比):溶液(或分散相) r 0
(增)比粘度 sp 溶液(或分散相)的粘度 η 与溶剂(或连续相)的粘度 与溶剂(或连续相) :溶液(或分散相)
·
γ
·
=a γ n -1
·
ηa =
=
τ
n=1, 宾汉姆流体, τ y≠0,n=1, -τ y = η B γ·,宾汉姆流体,塑性粘度 η τ =0, τ τ y =0,n<1, -τ
n y =a γ · ·
τ -τ y γ
·
γ
·
=a γ n -1
= ηB +
·
B
,表观粘度 η
· n -1
τy γ
·
a
sp
lnη r c
特性粘数
浓度趋于零时比浓粘度的极限值。 [η ]:浓度趋于零时比浓粘度的极限值。 [η ] = lim η
c →0
c
= lim
lnη r c →0 c
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粘度的测量方法
旋转法粘度测量法
当流体浸于其中的物体(圆筒、圆锥和球等刚性体) 当流体浸于其中的物体(圆筒、圆锥和球等刚性体) 二者之一或二者都作旋转运动时,物体将受到流体粘 二者之一或二者都作旋转运动时, 性力矩的作用而改变原来的转速或转矩 基本原理:通过测量流体作用于物体的粘性力矩或物 基本原理: 体转速来确定流体的粘度。 体转速来确定流体的粘度。
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非牛顿流体
力学模型(流变模型):一般用弹簧(弹性部分),粘壶(阻尼器, 力学模型(流变模型):一般用弹簧(弹性部分),粘壶(阻尼器, ):一般用弹簧 ),粘壶 表粘性)和滑触头(圣维南,表塑性)组成 表粘性)和滑触头(圣维南,表塑性)
科尔文-沃伊特模型 科尔文牛顿流体模型与虎克固体模型并联,即粘壶与弹簧并联 牛顿流体模型与虎克固体模型并联, 麦克斯韦模型 牛顿流体模型与虎克固体模型串联,即粘壶与弹簧串联 牛顿流体模型与虎克固体模型串联, 伯格斯模型 科尔文-沃伊特模型与麦克斯韦模型组合。 科尔文-沃伊特模型与麦克斯韦模型组合。
η(γ ) = a
·
τ
γ
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·
非牛顿流体
假塑性流体 粘性流体 膨胀性流体 时间独立性流体 宾汉姆流体

塑性(粘塑)流体 塑性假塑性流体

塑性膨胀性流体 触变性流体
顿 流 体
时间相关性性流体 震凝性流体 沃伊特粘弹体 线性粘弹体 麦克斯韦粘弹体 粘弹体 非线性粘弹体
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伯格斯粘弹体
非牛顿流体
时间独立性:流体的粘度与温度、压力及剪切速率有关,与剪切时间 时间独立性:流体的粘度与温度、压力及剪切速率有关, 无关,剪切应力与剪切速率成单值关系:γ· =f(τ ) ,其本构方程可以写 无关,剪切应力与剪切速率成单值关系: 成以下通式
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非牛顿流体
两种现象
韦森堡效应:当向正在旋转的淀粉溶液 森堡效应: (具有粘弹性)中心插入一根棒时,棒的 具有粘弹性)中心插入一根棒时, 周围的液体会沿棒爬上去,爬杆效应,是 周围的液体会沿棒爬上去,爬杆效应, 有法向应力引起的。 有法向应力引起的。 挤出物胀大:当粘弹体从模具(如细管口、 挤出物胀大:当粘弹体从模具(如细管口、 小孔、狭缝口等)挤出后,在与挤出相垂 小孔、狭缝口等)挤出后, 直的方向就会发生膨胀(挤出物的直径大 直的方向就会发生膨胀( 于模具口的直径),是法向应力引起。 于模具口的直径),是法向应力引起。 ),是法向应力引起
粘度
粘性的程度,也称动力粘度、粘滞性系数和内摩擦系数。(跟T 粘性的程度,也称动力粘度、粘滞性系数和内摩擦系数。(跟 。( 与P等因素有关) 等因素有关) 等因素有关 定性地说,(动力 粘度是流体对形变的抵抗随形变速率的增加而 动力)粘度是流体对形变的抵抗随形变速率的增加而 定性地说, 动力 增加的性质。定量地说,(动力 粘度是稳态流中的剪切应力与剪 动力)粘度是稳态流中的剪切应力与剪 增加的性质。定量地说, 动力 切速率之比值
牛顿流体:具有粘度与剪切速率无关的流动特性的流体。流动曲线是一条通 牛顿流体:具有粘度与剪切速率无关的流动特性的流体。 过原点的直线,斜率就是粘度。(所有气体、纯液体和小分子量的溶液都属 过原点的直线,斜率就是粘度。(所有气体、 。(所有气体 于牛顿溶液) 于牛顿溶液) 非牛顿流体:具有粘度随剪切速率变化的流动特性的流体,即不服从牛顿定 非牛顿流体:具有粘度随剪切速率变化的流动特性的流体, 律。流动曲线不通过原点或不是直线 非牛顿流体的粘度用表观粘度来描述。表观粘度是剪切应力被剪切速率除得 非牛顿流体的粘度用表观粘度来描述。 的与剪切速率相依的商
触变性流体:在恒定的剪切应力作用下,表观粘度随剪切时间的增加而减小。当 触变性流体:在恒定的剪切应力作用下,表观粘度随剪切时间的增加而减小。 应力去除后粘度又逐渐恢复的流体 流凝性流体:在恒定的剪切应力作用下,表观粘度随剪切时间的增加而增加。当 流凝性流体:在恒定的剪切应力作用下,表观粘度随剪切时间的增加而增加。 应力去除后粘度又逐渐恢复的流体
粘度
汇报提纲
粘度的简介
流体的粘度 粘度与温度、压力的关 粘度与温度、
粘度的测量方法
毛细管法
旋转法 其他粘度测量方法
非牛顿流体
2
粘度简介
粘性
施加于流体的应力和由此产生的变形速率以一定的关系联系起来 的流体的一种宏观属性,表现为流体的内摩擦,实质上是流体分 的流体的一种宏观属性,表现为流体的内摩擦,实质上是流体分 子微观作用的宏观表现,可以用分子运动论来解释。 子微观作用的宏观表现,可以用分子运动论来解释。
·
τ -τ y = a γ n
·
τ y=0,n=1, τ =η γ ,牛顿流体,牛顿粘度 η = τ· =0,n=1, 牛顿流体,
=0, 假塑性流体, τ y =0,n<1,τ = a γ ,假塑性流体,表观粘度
n ·
γ
ηa =
τ
=0, 膨胀性流体, τ y =0,n>1,τ = a γ n ,膨胀性流体,表观粘度
粘度环
其主体是一个杯子,杯子底部中央有一个小圆孔或小段短管,测量杯中试液流完或流出一定体积所需时 其主体是一个杯子,杯子底部中央有一个小圆孔或小段短管, 间
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汇报提纲
粘度的简介
流体的粘度 粘度与温度、压力的关系 粘度与温度、
粘度的测量方法
毛细管法
旋转法 其他粘度测量方法
非牛顿流体
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非牛顿流体
流体的粘度 粘度与温度、压力的关系 粘度与温度、
粘度的测量方法
毛细管法
旋转法 其他粘度测量方法
非牛顿流体
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粘度的测量方法
毛细管法
泊肃叶定律
描述粘性流体在管子中流动的规律
dv 2 π r p= − η 2π rL dr
η=
πR P
4
8VL
t
条件:流体是不可压缩的,牛顿流体,管子足 条件:流体是不可压缩的,牛顿流体, 够长,管壁无滑动,稳定流,层流 够长,管壁无滑动,稳定流, 类型:重力型毛细管法和加压型毛细管法 类型:
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