非牛顿流体流变特在线视频

同学你好

这节课我们来讲述

非牛顿流体流变特征

通过这节课学习

我们掌握流变学基本概念

纯粘性流体的流变特征

以及粘弹性流体流变特征

首先我们来看流变学基本概念

描述流体运动规律包括两个方面

一个是连续的运动方程

第2个是物体的流变性方程

所谓流变性指的是

物体受到外力作用条件下

发生流动和变形的性质

本构方程是表示

剪切力与剪切速率的关系

从形式上流变状态方程有两类

一类是速率型

还有一类是积分型

从流体上我们可以把它分成两类

一类是非牛顿流体

一类是牛顿流体

对于非牛顿流体

一类是纯粘性的非牛顿流体

例如黄原胶

还有一类是粘弹性的非牛顿流体

例如是聚丙烯酰胺

像某些聚合物采油过程中注入的聚合物

就是聚丙烯酰氨

在简单剪切流中

应力的张量可以用三个的独立函数来表示

第1个是切应力

第2种是第一法向应力差

和第二法向应力差

其中后边两个是描述流体的弹性

对于纯粘性流体的流变特征

有两类

一类是与剪切速率有关的

如果是我们横坐标用剪切速率

纵坐标用剪切力

有三类

第1类就是塑性流体

第2类是拟塑性流体

第3个类是膨胀性流体

我们对比牛顿流体

牛顿流体的流变曲线

是过原点的一条直线

塑性流体是

在剪切力的增加过程中

它在初始阶段它是不流动的

当剪切力大到一定程度的条件下

它才开始流动

那么这一类我们叫它塑性流体

它的流变曲线

可以用这样一个形式来进行表示

对于拟塑性流体

我们可以看到在剪切速率

与剪切力的关系的曲线里边

是这样的一个特征

可以看到它是一个斜率

是由大变小

它是一个剪切变稀

它的如果是用幂律流体来表示

τ=k'γ的n次方

n小于1

还有一类就是膨胀性流体

膨胀性流体是跟拟塑性流体是

流变规律是相反的

可以看到这个斜率是逐渐地是变大的

如果是用幂律的形式来表示是

τ=k'γ的n次方

其中n大于1

第2类与时间有关

时间有关的有两类

一类是触变性流体

还有一类是震凝性流体

如果我以横坐标为时间t

纵坐标为粘度

可以看到牛顿流体随着时间的变化

粘度是不变的

而触变性流体

随着剪切时间增加

它是一个剪切变稀的

另外震凝性流体

是随着时间它是一个增稠的

第3个我们看一下粘弹性流体流变特征

所谓粘弹性流体

它是指的是既有流体的粘性特征

又具有固体的一个弹性特征

对于我们向地下注的某些聚合物溶液

它是一个高分子溶液

它就是一个典型的具有粘性和弹性双重特征

这就是一个粘弹性的流体

从特征上表现出很多不同的特征

在这我们重点讲前面三个特征

第1个首先来看威森伯格效应

如果是一个烧杯拿着一个玻璃棒

来进行旋转剪切

我们会知道牛顿流体

在杯壁这边它是要高一点

在杯的中间是要低一点

那么说在这

对于粘弹性流体的剪切搅拌过程中

沿着中间

玻璃棒的液面要高于杯壁液面

我们叫一个爬杆效应

另外也叫威森伯格效应

这个地方会有个视频

大家可以看一下

机理就是由于

低分子的流体

这个地方它主要是受到向心力的作用

而对于粘弹性的流体

它的分子链是比较长

基本的分子链是这样的一个结构

所以如果是有若干个高分子

那么说它会形成分子链之间的一个缠绕

在缠绕过程中会形成

高分子跟高分子

接触上

所以它会形成一个拖拽力

所以在剪切的过程中

这个高分子转动这个

这样就形成了在玻璃棒这地方

它是液面高一点

这地方液面低一点

这是威森伯格效应

第2个就是射流胀大效应

所谓射流胀大的效应

我们来看一下左边这是牛顿流体

右边这个是粘弹性流体

对于牛顿流体而言

就是随着液流的往下走

那么说由于边壁的效应

这个地方它是要小于管流的直径

而对于粘弹性流体

因为它具有一部分固体的弹性特征

它会储存一部分的弹性能

所以在这儿进去

它会压缩进去

在这出来

它会形成射流的一个胀大

或者我们叫它一个弹性回复

第3个现象就是

无管虹吸现象

我们想象一下

如果是一杯水

那么水是典型的牛顿流体

在这儿进行虹吸效应

如果是液面当低于管的入口

这个虹吸就会结束

如果我们是一个黏弹性的聚合物溶液

我们在这儿进行虹吸效应

可以看到在这它会继续往下流动

这个原因就是由于

高分子链在这儿进行一个相互的拖拽

所以有一拖拽

这样就把它拖拽出来

还有一个就是我们在做实验的时候

在烧杯中倒聚合物的时候

可以看到

如果是我把液面放到这儿

如果是假设牛顿流体

如果低于液面

它就基本上不流动了

但是对于高分子溶液

它是通过高分子链之间的相互拖拽作用

它还能够继续往下流动

这个地方也有个视频

大家可以看一下

通过节课我们要掌握

纯粘性流体的塑性流体

拟塑性流体和膨胀性流体的一个流变曲线

也要掌握

震凝性流体和触变性流体的

一个流变的曲线特征

好

这节课就到这