生活中的怪异流体

生活中的怪异流体

很多事物在相同的条件下,表现却会完全相反,例如流体(能够流动的物质),有的流体越搅越稀薄,有的却越搅越粘稠,有的在这种情况下越搅越稀,在另一种情况下,行为就完全变了个样!而且这样的怪异现象时时就在我们身边发生着。水是地球上最常见的流体很纯的水不在上述怪异流体的圈子里,我们无论如何搅动水,它都不会变稀薄也不会变粘稠。但是表现怪异的流体却往往有水的参与!

流体是生活中十分常见的一种物理现象，是液体和气体的总称，是由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位置的分子构成的，它的基本特征是没有一定的形状和具有流动性。流体都有一定的可压缩性，液体可压缩性很小，而气体的可压缩性较大，在流体的形状改变时，流体各层之间也存在一定的运动阻力（即粘滞性）。当流体的粘滞性和可压缩性很小时，可近似看作是理想流体，它是人们为研究流体的运动和状态而引入的一个理想模型。

流体虽然是我们生活中司空见惯的东西，但对于那些细心观察的朋友，流体就不在是简单的一种流动现象。相反，它的一些性质完全违背我们的常识，它的一些现象也是堪称怪异。下面就是我们小组收集的生中与流体有关的怪异现象。

流体之所以能呈现出如此多的怪异现象，与流体本身的性质是密不可分的，我们在生活中所接触的流体（水），大多是牛顿流体（牛顿流体是指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的低粘性流体）。然而，就好像爱伊斯坦发现牛顿力学的时空观并不能使用于高速物体一样，生活中也有一些流体并不在牛顿的管辖之下，他们就是非牛顿流体。

非牛顿流体，是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应

变率之间不是线性关系的流体。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。

先让我们认识一下飞牛顿流体。

非牛顿流体可以分为三大类，即非时变性非牛顿流体、时变性非牛顿流体、粘弹性流体（如下图）

一. 流变性与时间无关的非牛顿流体

（1）塑性流体

1.流变方程（宾汉公式）：

特点：

2.塑性流体的流变性与牛顿流体不同，受力后，不能立即变形流动。

3.流动初期切应力与速度梯度之间呈曲线关系，粘度随切应力增大而降低，随速度梯度的增大，切应力逐渐减弱，最后接近牛顿流体，成直线关系，流体的

粘度不再随切应力的增加而变化，称为塑性粘度。

4.塑性流体存在两个极限应力

极限静切应力---使塑性流体开始流动的最小切应力。

极限动切应力---塑性流体流变曲线直线段的延长线与横坐标轴的交点对应的切应力，是塑性流体流动时经常克服的与粘度和速度梯度无关的定值切应力。

5.塑性流体的塑性粘度和视粘度

塑性粘度--- 与液体内部网状结构有关。流体内部出现相对速度以后，由于内部网状结构遭到拆散，网状结构的拆散程度随切应力的增加而增加，粘度随切应力的增加而降低。随着网状结构拆散程度增加，可供拆散的网状结构减少，拆散速度也变小。同时由于被拆散的网状结构增加了，彼此之间重新恢复网状结构的机率增加。当拆散速度与重新恢复速度相等时，成为平衡状态，粘度将保持常数，即流变曲线上的直线段部分，这个稳定的粘度称为~。

视粘度--- 为了便于同牛顿流体相互比较

-----------视粘度随剪切速率变化。

（2）假塑性流体的特点

受力后立即流动，流变曲线经原点，因其结构性较弱，随着剪切速度的增加，网状结构被破坏，质点的相互位置得到调整，并顺着流动方向定向，导致施加于流体的切应力相互减少，从而使流变曲线凹向切应力轴，粘度下降，愈拌愈稀，这种特性称为剪切稀释性。

（3）膨胀流体的特点

受力后立即流动，流变曲线经原点。所含颗粒形状极不规则，静止时紧密排列的颗粒嵌入邻近层的空隙中，流动后随着剪切速度的增加，中间层颗粒来不及

嵌入邻近的空隙中就被稳定推过，因而发生膨胀，粘度增加，即愈拌愈稠。这种特性称为剪切增稠性。停止剪切后马上恢复，流变曲线凸向切应力轴。

二 . 流变性与时间有关的非牛顿流体

（1）触变性流体

在一定剪切速度下，随时间增加而切应力下降，即粘度降低，由稠变稀，达到某时刻以后，切应力不再变化，形成动平衡。

触变性流体震凝性流体（2）震凝性流体

在一定剪切速度下，随时间增加而切应力上升，即粘度增加，由稀变稠，达到某时刻以后，切应力不再变化，形成动平衡。

三 . 粘弹性流体

粘弹性流体既具有粘性，又具有弹性。表现为自漏斗流出后，流束变粗，发生膨胀；搅拌时如停止搅拌表现有弹性反转，其粘度用一般粘度计无法测定。

认识了这么多非牛顿流体的性质那它与我们的生活有什么关系呢。

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。人身上的血液、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。

近几十年来，促使非牛顿流体研究迅速开展的主要动力之一，是聚合物工业的发展。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。

非牛顿流体在食品工业中也很普遍，如番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、菜汤、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。

综上所述，在日常生活和工业生产中，常遇到的各种高分子溶液、熔体、膏体、凝胶、交联体系、悬浮体系等复杂性质的流体，差不多都是非牛顿流体。有时为了工业生产的目的，在某种牛顿流体中，加入一些聚合物，在改进其性能的同时，也将其变成为非牛顿流体，如为提高石油产量使用的压裂液、新型润滑剂等。

现在也有人将血液、果浆、蛋清、奶油等这些非常黏稠的液体，牙膏、石油、泥浆、油漆、各种聚合物（聚乙烯、尼龙、涤纶、橡胶等）溶液等非牛顿流体，称为软物质。

下面便是一些生活中的流体：

超级护甲-----液体防弹衣

液体防弹衣，的主要成分是一种特制“抗剪稠密液体”（STF），该物质含有大量悬浮在无毒聚乙烯醇流体中的硬质纳米级硅胶微粒。据负责该型研发项目的

埃利项目的埃利克•魏特兹尔博士介绍，正常情况下STF就像其他液体一样，很柔软，可以变形。一旦弹片或弹头触到它，这种液体就能瞬间转变成一种硬质材料，阻止弹体穿过。英国布里斯托尔国防航空业巨头BAE系统公司的一个科学家小组开发出这项创新技术，利用被戏