流體流變特性概述

《流體流變特性概述》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、流體流變特性概述流體在受到外部剪切力作用時(shí)發(fā)生變形(流動(dòng))．接內(nèi)部相應(yīng)要產(chǎn)生對(duì)變形的抵抗，并以內(nèi)摩擦的形式表現(xiàn)出來(lái)。所有流體在有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)都要產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，這是流體的一種固有物理屬性，稱為流體的粘滯性或粘性。牛頓內(nèi)摩擦定律或牛頓剪切定律對(duì)流體的粘性作了理論描述，即流體層之間單位面積的內(nèi)摩擦力或剪切應(yīng)力與速度梯度或剪切速率成正比。用公式表示如下：　　τ=μ(dvx/dy)=μγ　　上式又稱為牛頓剪切應(yīng)力公式，式中的比例系數(shù)μ就是代表流體粘滯性的物理量，反映了流體內(nèi)摩擦力的大小，稱為流體的動(dòng)力粘性系數(shù)或粘度。流體的粘度與溫度有密切的關(guān)系。液體的粘度隨著溫度升高而下降，而氣體的粘度則隨

2、著溫度的升高而升高。在物理意義上，牛頓剪切應(yīng)力公式表明有一大類流體，它們的剪切應(yīng)力與速度梯度呈線性關(guān)系。這類流體被稱為牛頓流體。另一方面，如果上式的函數(shù)關(guān)系是非線性的，所描述的流體就被稱為非牛頓流體。．　　為了方便描述非牛頓型流體，人們提出了廣義的牛頓剪切應(yīng)力公式：　　τ=η(dvx/dy)=ηγ　　系數(shù)η同樣反映流體的內(nèi)摩擦特性，常常稱為廣義的牛頓粘度。對(duì)牛頓型流體，η當(dāng)然就是粘度，屬于流體的特性參數(shù)。對(duì)非牛頓型流體，問(wèn)題就變得復(fù)雜起來(lái)，η不再是常數(shù)，它不僅與流體的物理性質(zhì)有關(guān)，而且還與受到的剪切應(yīng)力和剪切速率有關(guān)，即流體的流動(dòng)情況要改變其內(nèi)摩擦特性。人們提出了幾個(gè)描述非牛頓型

3、流體內(nèi)摩擦特性的流變方程模型。如Ostwald—dewaele的冪律模型，Ellis模型，Carreau模型，Bingham模型等。其中冪律模型最為常用。冪律模型認(rèn)為，非牛頓型流體的粘度函數(shù)是速度梯度或剪切速率絕對(duì)值的一個(gè)指數(shù)函數(shù)，其表達(dá)式為:　　1.τ=K(dvx/dy)n=Kγn　　或者　　2.η=K(dvx/dy)n=Kγn-1　　式中，K為稠度系數(shù)，N?S”／m；為流體特性指數(shù)，無(wú)因次，表示與牛頓流體偏離的程度?！　∮?式可見(jiàn)：　　①當(dāng)n=1時(shí)，η=K，即K具有粘度的因次．此時(shí)流體為牛頓流體，可用以檢查所得結(jié)果正　　確與否；　?、诋?dāng)η<1時(shí)，為假塑性或剪切變稀流體；　?、?/p>

4、當(dāng)η>l時(shí)，為膨脹塑性或剪切增稠流體；　?、?式從使用觀點(diǎn)看，僅有兩參數(shù)，因此被廣泛應(yīng)用，工業(yè)上80％以上的非牛頓流體均可用此模型計(jì)算。流體類型　　在一定的溫度下，流體在外力的作用下呈層流時(shí)，流速不同的層間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，將阻礙液層的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，層流間剪切應(yīng)力(τ)與流速梯度(dv／dy)之間呈一復(fù)雜的關(guān)系，并隨著時(shí)間、溫度、流體性質(zhì)和流速不同而產(chǎn)生很大的差別。反映這一關(guān)系的基本數(shù)學(xué)公式就是牛頓流動(dòng)定律：　　τ=η(dvx/dy)　　其中，τ——剪切應(yīng)力（平行流動(dòng)方向的單位面積上的內(nèi)摩擦力）　　dv/dy——剪切速率（垂直流動(dòng)方向的流速梯度）　　η——粘度（動(dòng)力粘滯系數(shù)）　　流體的剪

5、切應(yīng)力與剪切速率之間的變異關(guān)系用圖形表示則稱為流變曲線?！　∷苄粤黧w是非牛頓流體中的一種，其特點(diǎn)是剪切應(yīng)力小于某一數(shù)值τ。時(shí)，就不能流動(dòng)，大于τ。后才開(kāi)始流動(dòng)；假塑性流體也是非牛頓流體一種，其流動(dòng)特點(diǎn)是一旦施加外力就能流動(dòng)，其粘度隨著剪切速率的增加而減小，流動(dòng)曲線為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)凸向剪切應(yīng)力軸的曲線；牛頓流體在流變曲線上，剪切應(yīng)力與剪切速率間關(guān)系為一通過(guò)原點(diǎn)的直線關(guān)系；膨脹性流體也是非牛頓流體中的另一種類型，其特點(diǎn)是一加外力就能流動(dòng)，粘度隨著剪切速率增加而增大，流動(dòng)曲線為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)凹向剪切應(yīng)力軸的曲線。1.屈服——假塑性分析　　屈服——假塑性是指流體在較小外力作用下，不發(fā)生流動(dòng)，

6、只產(chǎn)生有限的彈性變形，只有當(dāng)外力大于某值時(shí)，流體才發(fā)生流動(dòng)，使流體發(fā)生流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的剪切應(yīng)力稱之為屈服應(yīng)力。2.觸變性分析　　觸變性表述這樣的現(xiàn)象：物體經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間高剪切從高粘凝膠態(tài)變?yōu)檎扯鹊偷枚嗟娜苣z。觸變性的一個(gè)重要標(biāo)志是物體保持靜止后有重新稠化的可逆過(guò)程。這類流體的粘度不僅隨剪切速率變化，而且在恒定的剪切速率下，它的粘度也隨著時(shí)間的推移而下降，并達(dá)到一個(gè)常數(shù)值。當(dāng)剪切作用停止后，粘度又隨時(shí)間的推移而增高，大多數(shù)觸變性流體，經(jīng)過(guò)幾小時(shí)或更長(zhǎng)的時(shí)間，可以恢復(fù)到初始的粘度值。它的曲線形態(tài)表現(xiàn)為，在流動(dòng)曲線圖中“上行曲線”不再與“下行曲線”重疊，而是兩條曲線之間形成了一個(gè)封閉的“梭型”觸

7、變環(huán)。這個(gè)“梭型”觸變環(huán)的面積大小決定著觸變特性的量度，它表示破壞觸變結(jié)構(gòu)所需要的能量。震凝型流體　　流體可分為牛頓流體和非牛頓流體。其中非牛頓流體還可分為時(shí)間獨(dú)立性流體(a．假塑體，b．膨脹體，C．塑性假塑體，d．塑性膨脹體)、時(shí)間相關(guān)性流體(觸變物質(zhì)和振凝性流體)以及粘彈性流體(線性粘彈體和非線性粘彈體)　　非牛頓流體包括剪切變稠型（脹流型）、剪切變稀型、假塑型、塑性型、觸變型以及震凝型流體等。剪切變稠型：粘度隨流速梯度增大而增大，這是因?yàn)楫?dāng)顆粒濃度很高并接近最緊密排列時(shí)，兩