(完整版)非牛顿流体的分类
非牛顿流体
所以：p头
8Q2 22de4
31
钻头水眼有效直径 若有n1个d1, n2个d2 , 则水眼有效直径：
de n1d12 n2d22
31
工程流体力学
六、钻井泵的泵压和功率的计算
• 钻井泵的泵压计算公式：
p泵 gE0 g(hL地面 hL杆 hL挺 hL头 hL环 hL局
24
24
工程流体力学
25
25
工程流体力学
四、水头损失的计算
1、流态的判别：（同牛顿流体用雷诺数）
1）、圆管综合雷诺数：
vd Re综 (1 0d )
6v
Re综 2000 Re综 2000
结构流 紊流
26
26
工程流体力学
2)塑性流体在环形空间流动时的综合雷诺数：
Re 环
vd (1 0d当
其流变方程以幂定律形式表示：
k(du)n
dy
稠度系数
流性指数
凡是流变规律符合幂定律形式的流体，称为幂律流体。
9
9
工程流体力学
流性指数n反映了拟塑 性流体的流变性偏离牛顿流 体的程度。
1）当n=1时，为牛顿流体流变 方程。
2）当n<1时，拟塑性流体， n 越小，表明拟塑性流体和牛 顿流体的流变性差别越大。 K越大，粘度越大。故拟塑 性流体两大特性参数：n,k
4
4
工程流体力学
二、牛顿流体的流变性
1. 流变方程： du
dy
2. 特点：
（1）受到外力作用就流动；
（2）在恒温恒压下， 与 du 的比值为常数
即粘度为常数；
dy
（3）流变曲线是通过原点的直线，其斜率为 动力粘度的倒数，即 tan 1
第九章_非牛顿流体的运动
三、流变性与时间有关的非牛顿流体
1、触变性流体和震凝性流体
流变性与时间有关的纯粘性非牛顿流体包括触变性流体 和震凝性流体。
触变性流体：恒定剪切速率下，表观粘度(或剪切应力) 随剪切时间而变小，经过一段时间t0后，形成平衡结构， 表观粘度趋近于常数。如图9－2所示。
震凝性流体：与触变性相反，恒定的剪切速率下表观粘 度随时间而增大，一般也在一定时间后达到结构上的动 平衡状态。如图9－3所示。
一、非牛顿流体的分类 1、材料的分类
因为非牛顿流体力学研究的流体，有的既具有固体
的性质(弹性)，又有流体的性质(粘性)， 所以我们先
从流变学观点对材料进行分类。
第九章 非牛顿流体的流动 第九章 非牛顿流体的流动
(1)超硬刚体 绝对刚体，也称欧几里得刚体。粘度无限大，在任何外 力下不发生形变。 (2)弹性体 在外力作用下发生形变，外力解除后，形变完全恢复。 (3)超流动体 帕斯卡液体，粘度无限小，任何微小的力都能引起大的 流动。例如：液态氦 (4)流体 任何微小的外力都能引起永久变形(不可逆流动)。
塑性流体也称为宾汉流体，其流变方程称为宾汉方程。 根据塑性流体的流变曲线，可以写出如下关系式:
0 p
式中： 0
du dy
—为极限动切应力，Pa；
p —称为结构粘度(或称塑性粘度)，Pa.s。
第九章 非牛顿流体的流动 第九章 非牛顿流体的流动
1、塑性流体：宾汉(Bingham)方程
若管路为水平放置，即
=0°，sin 0 ，则
p1 p2 d
4L
p1 p2 R
2L
式中：R ——管子半径。
第九章 非牛顿流体的流动 第九章 非牛顿流体的流动
非牛顿流体
非牛顿流体1. 引言非牛顿流体是指在流动过程中其流变性质会随剪切应力的变化而改变的流体。
与牛顿流体不同的是，非牛顿流体的黏度不是一个固定的常数，而是一个与剪切速率相关的函数。
非牛顿流体广泛存在于日常生活和工业生产中，如牛奶、酸奶、液态口红等。
本文将介绍非牛顿流体的基本概念和分类，以及其在科学研究和工业应用中的重要性和应用。
2. 非牛顿流体的基本概念和分类2.1 基本概念非牛顿流体具有以下几个基本特征：•剪切变应力与剪切速率不成正比关系；•流动过程中粘度随剪切速率的变化而改变；•可存在较大的弹性变形。
2.2 分类根据流变特性的不同，非牛顿流体可以分为多种类型，下面介绍其中几种常见的类型：2.2.1 粘弹性流体粘弹性流体具有既具有液体的粘性特性，又具有固体的弹性特性。
在低剪切速率下表现为固体，而在高剪切速率下则表现为液体。
常见的粘弹性流体有琼脂、凝胶等。
2.2.2 塑性流体塑性流体在低应力下表现为固体，只有在超过一定应力阈值后才能发生流动。
常见的塑性流体有泥浆、黏土等。
2.2.3 剪切稀释流体剪切稀释流体的黏度会随剪切速率的增加而降低。
当剪切速率较低时，流体黏度较高，表现为固体；当剪切速率较高时，流体黏度较低，表现为液体。
常见的剪切稀释流体有牛奶、酸奶等。
2.2.4 剪切增稠流体剪切增稠流体的黏度会随剪切速率的增加而增加。
当剪切速率较低时，流体黏度较低，表现为液体；当剪切速率较高时，流体黏度较高，表现为固体。
常见的剪切增稠流体有淀粉水溶液等。
3. 非牛顿流体的重要性和应用非牛顿流体在科学研究和工业应用中具有广泛的重要性和应用价值。
以下列举了其中几个方面的应用：3.1 食品工业非牛顿流体在食品工业中有着重要的应用。
例如，牛奶和酸奶属于剪切稀释流体，其黏度会随剪切速率的增加而降低。
这就是为什么在搅拌或喝牛奶时会感觉液体更容易流动，而在静止时则更像是固体的原因。
3.2 石油工业在石油工业中，非牛顿流体的应用也非常广泛。
非牛顿流体详解
非牛顿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。
高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体。
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。
食品工业中的番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、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也都是非牛顿流体。
非牛顿流体的分类非时变性非牛顿流体一、"膨胀性流体"或"胀塑性流体它是一种"吃软不吃硬"的流体，表现为流体的粘度随剪切速率的增大而增大。
比如常见的淀粉＋水，口香糖等。
二、"假塑性流体"表现为流体的粘度随剪切速率的增大而减小。
许多高分子熔体或者溶液都属于假塑性流体。
这一类流体生活中十分常见，但是不易被提起。
比如北方人吃火锅常吃的麻酱，吃炸鸡时候的番茄酱，早上喝的酸奶，洗澡用的沐浴露等等，都是假塑性流体。
三、"宾汉流体"它具有一定的"屈服应力"。
此处的"屈服应力"指的是使流体产生大于0的剪切速率所需要的最小剪切应力。
简单的来说，就是当你以一个较小的剪切力作用流体时流体不会表现出流动性，只有超过了某一个应力值，流体才会表现出流动性。
生活中最为典型的例子就是牙膏。
挤牙膏挤牙膏，牙膏不挤是不会自己出来的。
时变性非牛顿流体一、“触变性流体”这一类流体在恒定的剪切应力和剪切速率作用下，其粘度会随着剪切应力作用时间改变，时间持续越长，粘度越小。
加工过程中非牛顿型流体的类型及流动曲线
1、加工过程中非牛顿型流体的类型及流动曲线；举例分析。
假塑性流体：在一般的剪切速率下，随r′增加η下降，例如高聚物熔体、高聚物溶液及悬浮液等；膨胀性流体：固体含量较大的悬浮液如PVC糊悬浮液，少数含固体填充物的聚合物熔体，流动中产生结晶的聚合物熔体；宾汉流体：所有高聚物在其良溶剂中形成的浓溶液行为与其相近。
2、哪些高聚物在成型加工过程中其表观粘度对剪切速率敏感？哪些高聚物表观粘度对温度敏感性？哪些高聚物表观粘度粘度对压力敏感性？哪些高聚物为热敏性树脂？举例说明。
对剪切速率：聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，其粘度随剪切速率的增加而下降，敏感性较明显的有LDPE,HDPE,PP,PS,HIPS,ABS,不敏感PPS,PA6PC,PBT,POM;温度：分子链刚性、极性大或有较强极性取代基团的高聚物，如PMMA,PC,PS,PET，PVC等；压力：支化的LDPE比线性的HDPE自由体积大，分子堆砌较松，可压缩性大，PS,PMMA侧基大，自由体积较大，以上说明对某些聚合物单纯通过增大压力来提高熔体的流速并不适当，过大的压力还会造成能耗过大和设备的更大磨损。
3、牛顿流体的特点；牛顿流体的种类；何谓非牛顿性？特点：液体的应变随压力作用时间线性增加；牛顿流体中的应变具有不可逆性质，应力解除后应变以永久形变保持下来。
种类：低分子化合物的液体或溶液，如水和甲苯等；极少数聚合物熔体（如PC）；在一定r’范围内大多数的聚合物熔体。
四、1、聚合物老化及影响因素？稳定化助剂？老化：高分子材料随着时间延长逐渐变化；外观变化：变色变暗，变硬变脆，龟裂变形，出现斑点，分层脱落；力学性能：拉伸强度、伸长率、冲击强度、硬度、耐磨性降低。
因素：结构因素，物理因素：光热电高能辐射和机械应力，化学因素：氧、臭氧、水、盐碱、盐及腐蚀性气体，生物因素：微生物、昆虫、海生物等。
防止方法：共聚（引入功能基团）、对活性基团消活、添加稳定剂。
非牛顿流体
非牛顿流体简介引言流体是一种特殊的物质状态，其具有流动性和变形性。
根据牛顿流体定律，流体的粘度（也称为黏性）是恒定的。
然而，在一些特殊情况下，一些流体不遵循这种定律，它们被称为非牛顿流体。
非牛顿流体的粘度取决于剪切速率或剪切应力的大小和方向。
本文将对非牛顿流体进行介绍，包括其定义、特性、分类和应用领域。
定义非牛顿流体是指其粘度随剪切速率或剪切应力的变化而变化的流体。
牛顿流体的粘度是恒定的，而非牛顿流体的粘度是可变的。
特性非牛顿流体具有以下特性：剪切变稀当施加剪切力时，非牛顿流体的粘度会减小，流动性增强。
这种现象被称为剪切变稀。
剪切变稀的非牛顿流体在施加剪切力后流动性变得更好，类似于液体。
剪切变稠有些非牛顿流体在施加剪切力时，其粘度会增加，流动性减弱。
这种现象被称为剪切变稠。
剪切变稠的非牛顿流体在施加剪切力后流动性变得更差，类似于固体。
黏弹性非牛顿流体还可以表现出黏弹性。
黏弹性是指非牛顿流体在施加剪切力后，粘度会随时间的推移而改变。
具有黏弹性的非牛顿流体在受力后可以保持形变，并且在撤力后会逐渐恢复原状。
非线性粘度牛顿流体的粘度与剪切速率成正比，而非牛顿流体的粘度与剪切速率不呈线性关系。
这意味着非牛顿流体的粘度可能随剪切速率的变化而变化。
分类非牛顿流体可以根据其粘度随剪切速率或剪切应力变化的方式进行分类。
主要的分类包括以下几种：塑性流体塑性流体是一种在没有施加剪切力时是固体，在施加剪切力达到一定阈值后才开始流动的非牛顿流体。
当剪切力超过阈值时，塑性流体会发生变形。
粘弹性流体粘弹性流体是指同时具有粘性和弹性特性的非牛顿流体。
粘弹性流体的行为介于固体和液体之间。
它们在受力时会发生形变，但在撤力后又会恢复原状。
假塑性流体假塑性流体又称为伪塑性流体，其粘度随剪切速率的增加而减小，但没有阈值。
假塑性流体在不受剪切力作用时呈现固态，但在施加剪切力时会变得流动。
剪切变稀流体剪切变稀流体的粘度随剪切速率的增加而减小。
非牛顿流体
湍流减阻可以使流量增大,对传热,传质有利. 例如:在消防水中添加少量聚乙烯氧化物,可使消防车水 龙头喷出的水的扬程提高一倍以上.对于水工建筑,水电 站建筑中的气蚀和水锤等特殊现象,用高聚物添加剂可以 减轻其破坏作用.
未添加聚乙烯氧化物的情形
添加聚乙烯氧化物后的情形
如上图,同样动力下两幅消防水龙头喷水图 ,显然, 加入聚乙烯氧化物后水柱变高,速度能头增大了. 下图是添加减阻剂后水泵的节能量.
非牛顿流体一旦开始流动就不会停止,即使低于管路水平 面时也不会断流.这一现象被应用于拉伸粘度的测量,也 是合成纤维具备可纺性的基础.
简介:用来测量具有牛顿行为的材 料的动态粘度,例如"玻璃类,矿 渣(炉渣,火山岩等),铸造模具 的粉末. 由于这些材料的粘度变化范 围跨越几十个数量级(1到 1014.5 dPa s),只有使用不同的测量方法 才有可能标明整个范围.有三种不 同温度范围的粘度计.通过线性化 和依照最小均方根误差法的回归分 析,可以确定跨越1 ～1014.5 dPa s 范围的总曲线以及Vogel-FulcherTammann常数.
射流胀大在口模设计中十分重要.聚合物熔体从 一根矩形截面的管口流出时,管截面长边处的胀大比 短边处的胀大更显著,且在长边中央胀得最大(如图1 虚线所示).如果要求产品的截面是矩形,口模的形状 就不能是矩形,而是像图2 实线所示的那种形状.
5.回弹现象
6.无管虹吸现象 对牛顿流体来说, 在虹吸实验时, 如果将虹吸管 提离液面,虹吸马上就会停止. 那对于非牛顿流体又 是怎么样的呢?
The End
�
τ = γ
Hale Waihona Puke 1.1非时变性非牛顿流体 这类流体的切应力仅与剪切变形速度有关,即粘 度函数(式(2))仅与应变速率有关,而与时间无关. a = γ (2) 其中 a 为表观粘度或称粘度函数.
非牛顿型流体的分类
4． 非牛顿型流体的分类 非牛顿型流体是一大类实际流体的统称。
一般地说，凡流动性能不能用方程（2-2）来描述的流体，统称为非牛顿型流体。
在高分子液体范畴内，可以粗略地把非牛顿型流体分为：纯粘性流体，但流动中粘度会发生变化，如某些涂料、油漆、食品等。
粘弹性流体，大多数高分子熔体、高分子溶液是典型的粘弹性流体，而且是非线性粘弹性流体。
一些生物材料，如细胞液，蛋清等也同属此类。
流动性质有时间依赖性的流体。
如触变性流体，震凝性流体。
4． 1 Bingham 塑性体Bingham可塑性质。
只有当外界施加的应力超过屈服应力y σ，物体才能流动。
流动方程为：⎩⎨⎧≥-<=y y yσσησσσσγ/)(0& （2-74）说明：有些Bingham 塑性体，在外应力超过y σ开始流动后，遵循Newton 粘度定律，流动方程为：γησσ&p y += （2-75）称为普通Bingham 流体，p η为塑性粘度。
有些Bingham 塑性体，开始流动后，并不遵循Newton 粘度定律，其剪切粘度随剪切速率发生变化，这类材料称为非线性Bingham 流体。
特殊地，若流动规律遵从幂律，方程为n y K γσσ&+= （2-76）则称这类材料为Herschel-Bulkley 流体。
图2-16 Bingham 流体的流动曲线牙膏、油漆是典型Bingham 塑性体。
油漆在涂刷过程中，要求涂刷时粘度要小，停止涂刷时要“站得住”，不出现流挂。
因此要求其屈服应力大到足以克服重力对流动的影响。
润滑油、石油钻探用泥浆，某些高分子填充体系如碳黑混炼橡胶，碳酸钙填充聚乙烯、聚丙烯等也属于或近似属于Bingham 流体。
填充高分子体系出现屈服现象的原因可归结为，当填料份数足够高时，填料在体系内形成某种三维结构。
如CaCO 3形成堆砌结构，而碳黑则因与橡胶大分子链间有强烈物理交换作用，形成类交联网络结构。
这些结构具有一定强度，在低外力下是稳定的，外部作用力只有大到能够破坏这些结构时，物料才能流动。
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非牛顿流体的分类
根据非牛顿流体的粘度函数是否和剪切时间有关，可以把非牛顿流体分成两大类：非时变性非牛顿流体和时变性非牛顿流体。
1、非时变性非牛顿流体
这类流体的切应力仅与剪切速率有关，即粘度函数仅与应变速率或（切应力）有关，而与时间无关。
非时变性非牛顿流体主要包括：
假塑性流体：粘度随剪切速率的增大而降
低。
特点：
（1）在直角坐标系中，其流变曲线为凹向
剪切速率轴的且通过原点的一条曲线。
（2）τ和γ 是一一对应的，即受力就有流
动，但τ与γ 的变化关系不成比例（即不符合
牛顿流体内摩擦定律，故为非牛顿流体）。
随着γ 的增加，τ的增加率逐渐降低。
胀塑性流体：粘度随剪切速率的增大而增
大。
特点：
（1）在直角坐标系中，膨肿性流体的流变
曲线为通过坐标原点且凹向剪切应力轴的曲线，
如图所示。
（2）一受力就有流动，但剪切应力与剪切
速率的不成比例，随着剪切速率的增大，剪切
应力的增加速率越来越大，即随着剪切速率的增大，流体的表观粘度增大，这种特性被称为剪切增稠性。
因此，膨肿性流体具有剪切增稠性。
宾汉流体：理想粘塑性流体,存在一定程度的屈服应力。
特点：
（1）流变曲线如图所示，为一条直线，但直线不通过坐标原点，而是与剪τ处相交。
切应力轴在
B
τ时，宾汉
（2）当对流体施加的外力τ<
B
姆流体并不产生流动，体积只产生有限的变形，
τ时，体系才产生流动。
且流动后
只有当τ>
B
τ是使体系产生流动所需
流体具有剪切稀释性。
B
要的最小剪切应力，即使流体产生大于0的剪切
速率所需要的最小剪切应力，称之为屈服值。
屈
服值的大小是体系所形成的空间网络结构的性质所决定的。
凡是具有屈服值的流体均称为塑性流体，外力克服其屈服值而产生的流动称为塑性流动。
2、时变性非牛顿流体
这类流体的粘度函数不仅与应变速率有关,而且还与剪切持续时间有关。
大致可分为两类：
触变性和流凝性流体：随着切应力作用时间的延长，表观粘度越来越小的流体叫做触变性流体随着切应力作用时间的延长，表观粘度越来越大的流体叫做流凝性流体，这种流体在实际中非常少见。
其特点：
（1）流体的表观粘度随剪切时间而下降
（2）流体的表观粘度随时间而增长
（3）反复循环剪切流体可得滞回环
（4）无限循环剪切流体可得到平衡滞回环
粘弹性流体：粘弹性流体同时具有粘性液体和弹性固体的性质，哪种性质的表现程度如何要取决于外力作用时间的快慢长短。
其现象：
（1）爬杆现象
（2）挤出胀大现象
（3）同心套管轴向流动现象
（4）回弹现象
（5）无管虹吸现象
（6）汤姆孙减阻效应
以上就是非牛顿流体的分类，而我们平时接触的大多数物料也都是非牛顿流
体。
物料粘度变化曲线各不相同，为了能用科学的方法来对非牛顿流体的粘度特性进行描述，因此我们研究出了流变仪来更好、更精确的分析物料的流变特性。
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