非牛顿原理(课堂PPT)
1.7非牛顿型流体的流动
dy
k( du )n1( du ) dy dy
a
du dy
a
k ( du )n1 dy
—表观粘度
n<1 假塑性 n>1 涨塑性
式中：K—稠度指数，单位为 NSn/m2 n—流性指数，无因次
二、乘方规律流体在管内流动的摩擦损失
〈1〉层流
p f
32lu
d2
Hf
Δpf
g
l u2
d 2g
4、局部阻力损失计算
Δpf
u 2
2 le
d
u 2
2
5、管内总阻力损失计算
hf
( l
d
Σ ) u2
2
(l Σ le ) u2
d2
6、层流与湍流的区别
7、流体静力学方程及其应用
k(8u
d )n1
式中： n n,k k(3n 1 4n)
Re
du a
d u n 2n
8n1 k
,6Biblioteka Re,p fld
u2
2
〈2〉光滑管中的湍流
a Reb
式中a，b 值随n 值而定，可查表
本章重点
1、 连续性方程：
qm1 qm2
u1 A11 u2 A2 2 uA 常数
d2
哈根-伯谡叶公式 （1-54） 书p37
p f
(
4l d
)W
（1-50）书p36
W
p f 4l / d
（1-54） 变形
W
p f 4l / d
(8u )牛顿流体
d
对非牛顿流体, 用系数k和指数n校正:
W
非牛顿流体
图1-33 流体的流变图
与牛顿流体不同，非牛顿流体的 dux /dy曲线
是多种多样的。然而，许多非牛顿流体在很大的剪切 速率范围内都可以用如下幂律形式的方程来
描述：
K
dux dy
n
（1-122）
一.假塑性流体（pseudo plastic fluid）
0
KΒιβλιοθήκη dux dy思考题
1.常见的非牛顿流体的流动类型有哪几类？
2.宾汉塑性流体行为的解释有哪些？
谢谢观赏
祝各位：鹏程万里、平步青云
自学内容课件展示
主讲内容：非牛顿流体的流动特性
教材P69页
学习目的：了解非牛顿流体的流动特性
课件制作人：王新
09化工（二）班
1.9.1非牛顿流体的流动特性
工程上经常遇到另一类流体，它们的流动也行不遵循
牛顿粘性定律，这类流体统称为非牛顿流体。
分类
假塑性流体 胀塑性流体
宾汉塑性流体
根据剪应力与速度关系的不同 可将非牛顿流体区分为若干类型 图1-33示出了几种常见类型的非
大多数非牛顿流体属于此种类型，聚合物溶液 或熔融体、油脂、淀粉等。
若将式1-122写成如下形式：
n1
K dux dux
dy dy
n 1
则得： K du x
dy
二.胀塑性流体 （dilatant fluid）
这类流体在流动时，表观黏度随剪切速率的 增大而增大。某些湿沙，含有硅酸钾、阿拉 伯树胶等的水溶液均属于胀塑性流体 。
三.宾汉塑性流体（bingham plastic fluid）
非牛顿流体(3)
下，它会像粘性流体一样流动，且其流动性为线性的。
牙膏是宾汉流体的典型例子，需要有一定的压力作用在
牙膏上，才挤出牙膏。
= 0
+
du dy
1.4 非牛顿流体分类
伪塑性流体 这种流体在很小的剪切应力作用下即开始运动，随着剪
切速率的增加，其表观粘度下降，即所谓剪切变稀特性。 其流变曲线如图中的曲线③所示。
8.1 非牛顿流体的分类及其流变方程
iii 超流动体 超流动体也称帕斯卡液体，其粘度无限小，任何微小
的力都能引起大的流动。例如：液态氦 ⅳ 流体
任何微小的外力都能引起永久变形(不可逆流动)。 ⅴ 塑性体
应力达到一临界值时，这种物体才发生流动，且其形 变完全不可逆。
8.1 非牛顿流体的分类及其流变方程
ⅵ 塑弹体 此物体在外力作用下既有塑性流动，又有弹性变形，
形变不能完全回复。且以弹性形变为主，塑性流动为副。
ⅶ 粘弹体
在外力作用下既有粘性流动，又有弹性形变，形变缓 慢，不遵守胡克定律，外力解除后留下永久变形。这种物 体以粘性流动为主，以弹性形变为副。
8.1 非牛顿流体的分类及其流变方程
(2) 流体的分类 i 按照剪切应力与变形率之间的关系，可将流
2.粘弹性流体：兼有粘性和弹性的流体。与粘性流体的主 要区别是外力消除后产生部分的应变回复。与弹性固体 的主要区别是徐变。 除了粘弹性流体以外的牛顿流体和非牛顿流体都称为纯 粘性流体。
8.1 非牛顿流体的分类及其流变方程
表1 粘性流体的分类
牛顿流体
纯 粘 性 流 体
粘弹性 流体
与
假塑性流体
时 间
膨胀性流体
构，随着剪切流动的进行，结构被破坏，表观粘度减小。
非牛顿流体的流动.127页PPT
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
非牛顿流体的流动.
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
非牛顿流体原理
非牛顿流体原理
非牛顿流体是指不符合牛顿流体力学的流体行为特征的流体。
与牛顿流体不同的是，非牛顿流体的粘度随应力变化而变化，即流体的流变性质与施加的剪切力有关。
非牛顿流体的一种经典示例是混凝土。
在施加剪切力之前，混凝土具有较高的粘度，表现出强烈的抗剪切性。
然而，一旦开始施加剪切力，混凝土的粘度会明显降低，出现流动的现象。
非牛顿流体的流变性质可以通过多种方式来说明。
其中一种常见的方式是使用黏度-剪切速率关系曲线（称为流变曲线）。
流变曲线描述了非牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间的关系。
根据流变曲线的形状，非牛顿流体可以分为不可压缩流体和可压缩流体。
不可压缩非牛顿流体的黏度与剪切速率呈指数关系，即剪切速率越大，黏度越小。
可压缩非牛顿流体的黏度则与剪切速率的关系更为复杂，可能呈现出剪切变稀（剪切速率增加而黏度减小）、剪切变稠（剪切速率增加而黏度增大）甚至其他形式。
非牛顿流体的流变行为广泛应用于工程和科学领域。
例如，在油漆、涂料和胶水等工业中常用到的物料就是非牛顿流体。
理解和控制非牛顿流体的流变行为对于设计和制造高性能材料具有重要意义。
总之，非牛顿流体的流变性质与施加的剪切力有关，具有与牛
顿流体不同的特点。
通过对流变曲线的研究，我们可以更好地理解和应用非牛顿流体的特性。
非牛顿流体
+
y
·
y =0，n＞1， - y =a n ，塑性膨胀体，表观粘度 =a n -1 + y a ·
·
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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
曲线上的点与原点的连线与轴夹角的正切，即 a = tan a=
·
曲线上的点与轴上的点连线与轴夹角的正切，即 B = tan = 曲线上的点切线与轴夹角的正切， 即 d = tan =
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 间
10
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
11
非牛顿流体
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
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 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 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 的与剪切速率相依的商
（ = a ）
·
·
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 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。
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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
非牛顿流体小学生原理
非牛顿流体小学生原理引言物理世界中存在许多有趣的现象，比如流动的巧克力、烧麦粘手等。
这些看似平常的现象实际上涉及到非牛顿流体的特性。
本文将介绍非牛顿流体的概念和小学生可以理解的原理，帮助他们更好地理解这些日常生活中的现象。
什么是非牛顿流体？牛顿流体是指其黏度仅取决于温度和压力的流体，而非牛顿流体则是其黏度还取决于剪切应力。
简单来说，非牛顿流体的黏度会随着受力情况的不同而改变。
认识非牛顿流体水和玉米淀粉的对比让我们来做一个简单的实验，以比较水和玉米淀粉的流动性。
实验材料： - 两个容器 - 水 - 玉米淀粉实验步骤： 1. 在第一个容器中倒入适量的水。
2. 在第二个容器中倒入适量的玉米淀粉。
3. 分别用手指或者搅拌棒在两个容器中搅拌，观察水和玉米淀粉的流动情况。
实验结果： - 水在搅拌的过程中呈现出比较均匀的流动。
- 玉米淀粉在搅拌的过程中呈现出比较粘稠的流动，可能会形成粘稠的液滴。
通过这个实验，我们可以看出水和玉米淀粉在流动性上的明显差异。
水是一种典型的牛顿流体，而玉米淀粉则属于非牛顿流体。
非牛顿流体的分类非牛顿流体可以进一步分为塑性体和假塑性体。
•塑性体：塑性体在施加外力之前是形状不可逆的，只有当外力达到一定程度时，才能改变其形状。
如麦片粥。
•假塑性体：假塑性体在施加外力之前是形状可逆的，可以自由流动，但当外力施加时，其黏度会增加，形状变得不可逆。
如玉米淀粉的混合物。
非牛顿流体的原理小学生可能会好奇为什么些物质在不同的条件下会呈现不同的流动性。
下面简单介绍非牛顿流体的原理。
在牛顿流体中，剪切力与剪切速率成正比，即剪切应力等于黏度乘以剪切速率。
但在非牛顿流体中，剪切力与剪切速率之间的关系并不简单。
以玉米淀粉为例，玉米淀粉在静止状态下是一种粉末状的物质，形状不能改变。
然而，当施加剪切力（即搅拌）时，玉米淀粉的分子结构发生变化，形成了一种网状结构。
这种结构可以阻碍其流动，使其呈现出较高的黏度。
第五章 非牛顿流体3
2 静压力
3 添加剂
4 聚合物熔体的拉伸粘度
流体的流动除剪切流动外，还可发生拉伸流动。拉伸流动在聚合物 的某些加工工艺，如纤维的拉丝和双向拉伸薄膜成型等中十分重要。 流体发生拉伸流动时的粘度与切变流动一样进行定义，称之拉伸 粘度。与剪切流动不同，拉伸流动中流速的变化方向与流速方向相同， 而在剪切流中流速的变化方向则与流速垂直。 拉伸应变速率或拉伸速度梯度为:
例2 已知增塑 PVC的Tg为338K,Tf为418K, 粘流活化能为8.31KJ/mol, 433K 时粘度为5Pa s, 求PVC在338K和473K时的粘度为多少?
解.
温度338K正处于 Tg Tg 100 C 之间, 用WLF方程计算, 即
lgT 17.4 T Tg lg g 51.6 T Tg
拉伸粘度可定义为:
更确切地说应称为单轴拉伸粘度，又称特鲁顿粘度 对线性弹性体,如 而对于x-y平面的双轴均匀拉伸,即: 可以证明: ,则有,
式中
为双轴拉伸粘度.
5.聚合物熔体黏度与加工
聚合物熔体的剪切速率依赖性银大，例如 PMMA 的熔体在 6 个数量 级的剪切速率变化时其粘度可下降三个数量级。再加上其粘度的温度依 赖性，聚合物熔体在加工过程中其粘度的变化范围会很大。在文献中通 常认为聚合物的几种主要加工方法中的剪切速率范围为： 模压成型 压延成型 挤出成型 喷塑成型 这只是简化的描述，实际上每种加工方法中聚合物受到的剪切速率 是有相当广的范围的。例如在挤出成型过程中，熔体在螺杆机筒的流动 是多方向的，如在螺槽内的流动、逆流等，熔体在螺杆各点同时受到的 各种不同流动方式的剪切速率是不同的，可自0.01-10000s-1. 涂料的流动特性对其施工性能有很大影响。涂料施工的不同方法的剪切 速率差别很大. 如下图.
非牛顿流体原理易懂
非牛顿流体原理易懂引言在我们日常生活和工程实践中，我们经常接触到各种不同的流体，如水、空气等。
这些流体通常都遵循牛顿流体的行为模式，即其黏度（粘性）是恒定的。
然而，有一类特殊的流体，称为非牛顿流体，其黏度随切变速率或剪切力的变化而变化。
虽然非牛顿流体的行为比牛顿流体复杂，但是通过理解其原理，我们可以更好地应用非牛顿流体于实际生活和工程领域。
什么是非牛顿流体？非牛顿流体是指其黏度与应变速率或应力的变化相关，以区别于具有恒定黏度的牛顿流体。
在非牛顿流体中，黏度可能会随时间、剪切速率或者其他力的作用而发生改变。
根据非牛顿流体的性质，可以将其分为两类：剪切变稀型和剪切变稠型。
•剪切变稀型：当外部力作用于这类流体时，黏度随剪切速率的增加而减小。
这种流体具有较低的内耗，易于流动。
常见的例子包括某些浆状物质、乳液等。
•剪切变稠型：当外部力作用于这类流体时，黏度随剪切速率的增加而增大。
这种流体具有较高的内耗，流动时反应迟缓。
常见的例子包括某些胶体物质、混合物等。
非牛顿流体的原理非牛顿流体的行为主要由两个因素决定：分子结构和外部应力。
分子结构分子结构决定了非牛顿流体的流变特性。
在这些流体中，分子可以存在不规则的结构或者有序排列。
这种结构可以形成许多微观颗粒，如聚合物链、胶体粒子等。
这样的结构使得非牛顿流体具有特殊的黏性和流动性。
外部应力外部应力是非牛顿流体行为的另一个重要因素。
外部应力可以分为施加在流体上的剪切力和压力。
剪切力是由流体内部各层之间的滑动引起的，而压力则是由流体内部不同区域之间的变形引起的。
非牛顿流体的黏度与外部应力之间存在一定的关系。
当外部应力超过一定阈值时，非牛顿流体的黏度将会发生显著变化。
这种现象称为流变现象。
非牛顿流体的实际应用非牛顿流体的特殊性质使其在许多领域中得到广泛应用。
工业润滑剂非牛顿流体的特性使其成为理想的工业润滑剂。
在高速轴承、摩擦副等应用中，非牛顿流体能够有效降低摩擦和磨损，提高机械设备的效率和寿命。
第八节非牛顿流体
τ τ y
塑性流体 涨塑型流体 牛顿型流体 假塑型流体
出剪切增稠现象粘度随剪切率增大 而升高（多数为浓悬浮体） 而升高（多数为浓悬浮体） （3）塑性 只有当施加的剪应力大于某一 ）塑性—只有当施加的剪应力大于某一 临界值之后才开始流动的力学特 征，该临界值称为屈服压力（含固 该临界值称为屈服压力（ 值称为屈服压力 体量较多的悬浮体） 体量较多的悬浮体）
dθ du = （剪切率 单位时间发生剪切变形 剪切率—单位时间发生剪切变形 剪切率 单位时间发生剪切变形） dt dy
在剪切率范围内， （1） 假塑性 在剪切率范围内，随剪切 ） 假塑性—在剪切率范围内 率增高，粘度下降，又称为剪切稀 率增高，粘度下降， 化现象（多数情况） 化现象（多数情况） （2） 涨塑性 在某一剪切率范围内表现 ） 涨塑性—在某一剪切率范围内表现
（3）减阻影响因素 ） 管径，高分子物的种类，浓度，Re值 作业：P84. 40、41、43
K —稠度系数.Pa ⋅ S n
du n τ = K( ) dy
n<1假塑性流体
n —流动行为指数，无因次 n=1牛顿流体
n>1涨塑性流体
幂律 流体
τ y —屈服压力
宾汉流体
τ =τ y + K(
du ) dy
K —宾汉粘度 Pa ⋅ s
塑性流体 2、幂律流体管内层流流动时的阻力损失 、 管内的剪应力分布与流体性质无关 （1）幂律流体 qV ~ ∆p 关系式 ）
第八节
非牛顿流体的流动
非牛顿流体－在层流流动时不服从牛顿粘性定律的流体 非牛顿流体 在层流流动时不服从牛顿粘性定律的流体 一、非牛顿流体的基本特性 1、定态流动时的粘度 、 非牛顿流体的粘度 定义： µ = du / dy