牛顿流体与非牛顿流体

（2）爬杆现象(韦森堡效应)
人们已经利用韦森堡效应，可以让赤裸的电线直接包裹上 塑料，完全淘汰了过程复杂、成本高昂的沙包线工艺。
（3）射流胀大现象： 非牛顿流体被迫从一个大容器流进一根毛细管，再从毛细 管流出时，可发现射流的直径比毛细管的直径大。如有图示：
其中
De=4~5D
（4）回弹现象
（5）无管虹吸现象
斜率，因此该流体的流动性就充分得到了说明。
三、非牛顿流体
（一）非牛顿流体的定义
非牛顿流体的定义：当一种液体的剪切应力和剪切速率之 间存在着非线性关系，粘度值随剪切应力或剪切速率的变化而 改变时，这种流体则称为非牛顿流体。
根据剪切应力与剪切速率关系的不同可将非牛顿流体区分 为若干类型，图3-1示出了几种常见类型的非牛顿流体的剪应力 与剪切速率之间的关系曲线。
（1）按照流体是否符合牛顿内摩擦定律，分为牛顿流体 和非牛顿流体。
流变特性符合牛顿定律的为牛顿流体，牛顿流体是一种 与时间无关的纯粘性流体。反之，不符合的为非牛顿流体， 非牛顿流体又包括各种类型，如与时间无关和有关的流体、 粘弹性流体等。
（2）按照流体是否具有弹性，分为纯粘性流体和粘弹性 流体。
真实流体都是具有粘性的，若流体同时还具有弹性，则 称之为粘弹性流体，否则为纯粘性流体。

: 粘度或粘性系数
粘度单位为 Pa s，粘度数值上等于单位速度梯度下流体所受
的剪应力。
（二）牛顿流体的特点：
1、牛顿流体流变曲线为通过原点的直线。
2、
（著名的牛顿流体内摩擦定律）
其中，剪切应力 的单位为Pa，剪切速率 的单位为s-1，
比例系数 为动力粘度，单位为 Pa s（帕秒），有时对某些粘
度较小的流体， Pa s 这种单位太大，而用 mPa s（毫帕秒
）
1Pa s 1000mPa s
3、流变方程中反映流体流变特性的参数只有一个 。对牛顿 流体来说，其流变方程只有一种形式。
4、典型的牛顿流体：水、甘油、低分子量的成品油，空气。 5、牛顿流体内部结构特点：单相流体、分散相浓度很低的假 均匀多相混合物流体。
（3）按照流变性是否与时间有关，分为与时间无关的流 体和与时间有关的流体。
二、牛顿流体
（一）牛顿流体的定义
牛顿流体的定义：当液体的流动曲线为通过座标原点的一 条直线时，我们把具有这种流动性质的液体称作牛顿流体， （在一定温度下和较宽的剪切速率范围内,粘度值保持恒定的称 为牛顿流体。） 在牛顿流体中,剪切应力与剪切速率是成线性关系的,关系式为:
（三）牛顿流体曲线：
剪切应力/剪切速率= tanα =恒定值， 由于牛顿流体的流动曲线是通过座标原点的直线，因此在
任一剪切速率下求得的 / (即粘度 )均为恒定值。如前所述
，牛顿流体可通过求任意剪切速率下的剪切应力而求粘度。反
之，若已知粘度值，则可知该直线与横座标的夹角(tanα＝ )即
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。
（2）剪切稀化流体：也称假塑性流体，这种流体没有屈服 值，表观粘度随剪切速率增加而减小。这种粘度随剪切速率增 大而减小的现象称为剪切变稀现象。
大多数高分子溶液和乳状液具有明显的假塑性。
（3）剪切稠化流体：也称胀塑性流体，与假塑性流体相反 ，膨胀流体的表观粘度随切变速率增加而增大，这种现象称为 剪切增稠现象。
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。对于非牛顿 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。
（6）汤姆孙减阻效应
1948 年，汤姆(TOMS)在第1 届国际流变学会议上宣布了他 的减阻实验。将少量的聚甲基丙烯酸加入管内一氯代苯低分子 溶液的湍流中，在一定流量下，管内流动的摩擦阻力显著下降 ，这一现象称为减阻现象。由下图可以看出，当流动由层流转 变为湍流时，流线变密，流量增加，出现减阻现象。湍流减阻 可以使流量增大，对传热、传质有利。
（1）宾汉流体：又称塑性流体，它是只当剪切应力大于某 一数值时才开始流动的流体，这时体系并非全部发生形变，而 是产生滑动，中间未发生变化的部分仍按原来的结构形式一起 向前运动。当应力大于屈服值后，其流动性跟牛顿流体完全一 样。一些浓悬浮液如糊状物、软膏、面团、淤泥等，在适当条 件下可表现出这种行为。
一些浓稠悬浮体、蛋白质及某些高分子溶液可表现出切力 增稠现象。
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：
（1）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。然而，在实际中我们遇到的触变性体系 较多，例如：某些粘土悬浮液、陈胶、溶胶及高聚合物可表现 出触变性。
一、流体流变特性的分类
表1-1 流体流体
与时间有关流体
牛 假 胀 宾 屈 卡触 反
多
顿 塑 塑 汉 服 森变 触 种
流 性 性 姆 假 流性 变
类
体 流 流 流 塑 体流 性
型
体体体性
体流
流
体
体
非牛顿流体
表1-1中流体流变特性是按照以下几个分类标准划分的。
（二）非牛顿流体的分类
图3-1 流体的流变图
根据表1-1中非牛顿流体的粘度函数是否和剪切持续时间有关 ，可以把非牛顿流体分成两类：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：
（2）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。粘弹性流体除粘度函数与剪切持续时间有关外，在 剪切流动中还表现出法向应力差效应。
（三）非牛顿流体的流变特性
（1）剪切稀化现象：粘度随剪切变形速率增大而减小，变 形速率愈大，表观粘度愈小，流动性就愈好。