粘度、稠度及流变学的基本知识
Rheology(流变学基础)
二．非牛顿流动
实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律， 实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律，如高分子溶 胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固-液的不均匀 体系的流动。把这种不遵循牛顿粘度定律的物质称为非牛 不遵循牛顿粘度定律的物质称为 体系的流动。把这种不遵循牛顿粘度定律的物质称为非牛 顿流体，这种物质的流动现象称为非牛顿流动 非牛顿流动。 顿流体，这种物质的流动现象称为非牛顿流动。 非牛顿流体的剪切速度D和剪切应力S的变化规律，经 非牛顿流体的剪切速度D和剪切应力S的变化规律， 作图后可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、 作图后可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、胀 形流动、触变流动。 形流动、触变流动。 对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。 对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。
对于这种粘弹性， 对于这种粘弹性，我们用弹性模型化的弹簧和把 粘性通过模型的缓冲器的复合型模型加以表示： 粘性通过模型的缓冲器的复合型模型加以表示： 麦克斯韦尔（Maxwell） （一）麦克斯韦尔（Maxwell）模型 福格特（Voigt） （二）福格特（Voigt）模型 （三）双重粘弹性模型 （四）多重粘弹性模型
胀性液体的流动公式： 胀性液体的流动公式： /η D= Sn /ηa n<1，为胀性流体； n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。 接近1 流动接近牛顿流动。
（d）胀性流动
胀性流体的结构变化示意图
• 胀性流动的特点：没屈伏值；过原点；切应速度很小时， 胀性流动的特点：没屈伏值；过原点；切应速度很小时， 液体流动速度较大，当切应速度逐渐增加时， 液体流动速度较大，当切应速度逐渐增加时，液体流动速度 逐渐减小，液体对流动的阻力增加，表观粘度增加， 逐渐减小，液体对流动的阻力增加，表观粘度增加，流动曲 线向上弯曲。 线向上弯曲。 • 在制剂中表现为胀性流动的剂型为含有大量固体微粒的高 浓度混悬剂如50%淀粉混悬剂、糊剂等。 50%淀粉混悬剂 浓度混悬剂如50%淀粉混悬剂、糊剂等。
流体的物理性质与管流基础知识
流体的物理性质与管流基础知识在流量测量中，必需准确地知道反映被测流体属性和状态的各种物理参数，如流体的密度、粘度、压缩系数等。
对管道内的流体，还必须考虑其流动状况、流速分布等因素。
1．流体的密度单位体积的流体所具有的质量称为流体密度，用数学表达式表示为（1）式中，M为流体质量；V为流体体积；ρ为流体的密度流体密度是温度和压力的函数，它的单位是千克／米3 （kg／m3）。
流体密度通常由密度计测定，某些流体的密度可查表得到。
2．流体粘度流体的粘度是表示流体粘滞性的一个参数。
由于粘滞力的存在，将对流体的运动产生阻力，从而影响流体的流速分布，产生能量损失（压力损失），影响流量计的性能和流量测量。
根据牛顿的研究，流体运动过程中阻滞剪切变形的粘滞力与流体的速度梯度和接触面积成正比，并与流体粘性有关，其数学表达式为（2）上式称为牛顿粘性定律。
式中，F为粘滞力；A为接触面积；du／dy为流体垂直于速度方向的速度梯度；μ为表征流体粘性的比例系数，称为动力粘度或简称粘度，各种流体的粘度不同。
流体的动力粘度μ与流体密度ρ的比值称为运动粘度v，即（3）动力粘度的单位为帕斯卡秒（Pa·S）；运动粘度的单位为米2／秒（m2／s）。
服从牛顿粘性定律的流体称为牛顿流体，如水、轻质油、气体等。
不服从牛顿粘性定律的流体称为非牛顿流体，如胶体溶液、泥浆、油漆等。
非牛顿流体的粘度规律较为复杂，目前流量测量研究的重点是牛顿流体。
流体粘度可由粘度计测定，有些流体的粘度可查表得到。
3．流体的压缩系数和膨胀系数所有流体的体积都随温度和压力的变化而变化。
在一定的温度下，流体体积随压力增大而缩小的特性，称为流体的压缩性；在一定压力下，流体的体积随温度升高而增大的特性，称为流体的膨胀性。
流体的压缩性用压缩系数表示，定义为：当流体温度不变而所受压力变化时，其体积的相对变化率，即（4）式中，k为流体的体积压缩系数，（Pa-1）；V为流体的原体积，（m3）；AP为流体压力的增量，（Pa）；△V为流体体积变化量，（m3）；因为△P与△y的符号总是相反，公式中引入负号以使压缩系统k总为正值。
流变学基础及应用ppt课件
sedimentation
surface levelling sagging dip coating pipe flow, pumping, filling into containers coating, painting, brushing
Shear Rate (1/s) < 0,001 to 0,01 0,01 to 0,1 0,01 to 1 1 to 100 1 to 10 000
Simple Test Methods
简单测试
铲刀试验（trowel test） - 高粘流体：“稠” - 低粘流体：“稀”
定性！
手指试验（finger test） - 粘稠：“长” - 稀薄：“短”
10
粘度计 Bostwick稠度计（Consistometer）
测定流体（如番茄酱等）在一定时间内流过的长度
100 to 10 000 33
Application: Sedimentation of Dispersions
herbs in salad dressing
in the beginning
after 15min
34
Application: Levelling and Sagging of a Coating
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
11
落球粘度计 Falling-Ball Viscometers
ARES-rfs 23
粘度的定义详解
粘度的定义详解粘度viscosity，度量流体粘性大小的物理量。
又称粘性系数、动力粘度，记为μ。
牛顿粘性定律指出，在纯剪切流动中相邻两流体层之间的剪应力（或粘性摩擦应力）为式中dv／dy为垂直流动方向的法向速度梯度。
粘度数值上等于单位速度梯度下流体所受的剪应力。
速度梯度也表示流体运动中的角变形率，故粘度也表示剪应力与角变形率之间比值关系。
按国际单位制，粘度的单位为帕·秒。
有时也用泊或厘泊(1泊＝10-1帕·秒，1厘泊＝10-2泊）。
粘度是流体的一种属性，不同流体的粘度数值不同。
同种流体的粘度显著地与温度有关，而与压强几乎无关。
气体的粘度随温度升高而增大，液体则减小。
在温度T＜2000开时，气体粘度可用萨特兰公式计算：μ／μ0＝（T／T0）3/2（T0＋B）／（T＋B），式中T0、μ0为参考温度及相应粘度，B为与气体种类有关的常数，空气的B＝110.4开；或用幂次公式：μ／μ0＝（T／T0）n，指数n随气体种类和温度而变，对于空气，在90开＜T＜300开范围可取为8／ρ。
水的粘度可按下式计算：μ＝0.01779／（1＋0.03368t＋0.0002210t2），式中t为摄氏温度。
粘度也可通过实验求得，如用粘度计测量。
在流体力学的许多公式中，粘度常与密度ρ以μ／ρ的组合形式出现，故定义v ＝μ／ρ，由于v的单位米2／秒中只有运动学单位，故称运动粘度。
粘度是指液体受外力作用移动时，分子间产生的内磨擦力的量度。
运动粘度表示液体在重力作用下流动时内磨擦力的量度，其值为相同温度下的动力粘度与其密度之比，在国际单位制中以米2/秒表示。
习惯用厘斯（cSt）为单位。
1厘斯=10-6米2/秒=1毫米2/秒。
粘度是衡量流体流动性的指标，表示流体流动的分子间摩擦而产生阻力的大小，有三种表示方法：动力粘度：面积各为1m2并相距1m的两层流体，以1m/s的速度作相对运动时所产生的内摩擦力。
单位：Pa.S(帕.秒)运动粘度：动力粘度与同温度下该流体密度P之比。
流变学名词解释和填空题更正版
1、简单剪切流动在两个无限大的平行板之间充满液体，其中一板固定，另一板平行移动，流体在此移动板曳引作用下所形成的流动称为简单剪切流动2、粘度对牛顿流体，可以定义粘度即剪切应力与剪切速率之比对非牛顿流体，与牛顿流体类比，可以定义 n =8 / 丫为表观剪切粘度；同时定义n 为微分剪切粘度或称真实剪切粘度。
3、松弛松弛指在一定的温度和较小的恒定应变下，材料的应力随时间增加而减小的现象。
4、蠕变指在一定的温度和较小的恒定外力(拉力、压力或扭力)等作用下,材料的形变随时间增加而增大的现象。
5、剪切速率对简单剪切流动，剪切速率丫，即剪切应变与剪切时间之比；对非简单流动，剪切速率1、流变学：是研究材料流动及变形规律的科学。
2、熔融指数：在一定的温度和负荷下，聚合物熔体每lOmin通过规定的标准口模的质量，单位g/10min。
3、表观剪切黏度：聚合物流变曲线上某一点的剪切应力与剪切速率之比4、牛顿流体：指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。
5、可回复形变：粘弹性流体在一定时间内维持该形变保持恒定，而后撤去外力，使形变自然恢复，发现只有一部分形变得到恢复，另一部分则作为永久变形保留下来，其中可恢复形变量Sr表征流体在形变过程中储存弹性能的大小。
6、粘流活化能：是描述物料粘-温依赖性的物理量，是流动过程中，流动单元用于克服位垒(分子间作用力)以便更换位置所需要的能量，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量或者每摩尔运动单元所需要的能量。
它表征粘度对温度的依赖性，E越大，粘度对温度的依赖性越强，温度升高，其粘度下降得越多7、线性弹性体的剪切模量为剪切应力和剪切应变之比8线性粘弹性体的剪切松弛模量G(t) = A U，其中，S(A, t)为随时间变化的剪切应力函数，£为剪切应变9、临界分子量在进行聚合物熔体粘度的测定时，lgn与IgZw有线性关系，Zw是分子量大小的量度，即主链上原子数的平均值，在某一分子量值前后直线斜率发生突变，这一分子量称临界分子量Mc.10、触变性流体凡流体在恒温和恒定的切变速率下，粘度随时间递减的流体为触变体。
MCR流变仪入门手册
MCR 流变仪
入门手册
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安东帕流变仪流变学基础知识 ........................................................................................................ 3 一. 流变学基本概念 ........................................................................................................... 3 1.1 流变学研究的内容 ................................................................................................ 3 1.2 剪切应力与剪切速度 ............................................................................................ 3 1.3 粘度 ..................................................................................................................... 3 1.4 流体的分类 .......................................................................................................... 4 1.5 影响材料流变学性质的因素 ................................................................................. 5 二. 流动特性的研究 - 旋转测量 .......................................................................................... 7 2.1 旋转测量的目的 .................................................................................................... 7 2.2 旋转测量的方法 .................................................................................................... 7 2.3 旋转测量中的几种分析模型................................................................................... 8 三. 变形特性的研究 – 振荡测量....................................................................................... 10 3.1 振荡测量的原理 .................................................................................................. 10 3.2 振荡测量的方法 .................................................................................................. 11 3.3 振荡测量中的几种分析方法................................................................................. 13 四. 化学反应过程中的流变测试 ........................................................................................ 14 五. 温度变化过程中的流变测试 ........................................................................................ 15 5.1 粘温曲线测量 ...................................................................................................... 16 5.2 凝固、熔融过程 .................................................................................................. 16 5.3 有化学反应的相转变过程 .................................................................................... 17 5.4 DMTA 测量 ......................................................................................................... 17 六. 流变测量指南 ............................................................................................................. 18 6.1 测试系统的选择 .................................................................................................. 18 6.2 旋转测试 ............................................................................................................. 18 6.3 振荡实验 ............................................................................................................. 20 第二部分: 流变仪基础知识 ...................................................................................................... 22 一. 流变仪的工作原理 ...................................................................................................... 22 1.1 旋转流变仪的种类： .......................................................................................... 22 1.2 MCR 旋转流变仪基本结构： ............................................................................... 22 二. 流变仪常用夹具 .......................................................................................................... 24 2.1 旋转流变仪使用的测试夹具分类： ...................................................................... 24 2.2 常用标准测试夹具 ............................................................................................... 24 2.3 测试夹具的选择 .................................................................................................. 26 三. 流变仪常用控温系统 ................................................................................................... 26 1
流体的黏性和黏度
流体的黏性和黏度流体是一种特殊的物质状态，其具有的流动性是其他物质所不具备的。
在涉及流体流动的物理过程中，黏性和黏度是重要的性质。
本文将探讨流体的黏性和黏度的概念、特点以及其在实际应用中的重要性。
一、黏性和黏度的概念黏性指的是流体流动时表现出的阻碍力，即流体内各质点之间的摩擦力。
黏度是衡量流体黏性的物理量，与流体内部分子间的相互作用有关。
黏度越大，表示流体流动阻力越大，流动速度越慢；黏度越小，表示流体流动阻力越小，流动速度越快。
二、黏性和黏度的特点1. 流体的黏性是一个宏观特性，与流体的内部结构有关。
不同种类的流体具有不同的黏性，黏度大小取决于流体的分子结构和分子间相互作用力的大小。
2. 黏性与温度密切相关。
温度升高会导致黏度的降低，因为温度的增加会使得流体分子的热运动变剧烈，分子间的相互作用力减弱，从而降低黏度。
3. 黏度对流体流动的影响主要表现在流速和流动形态上。
黏度较大的流体流动速度较慢，一般呈现层状流动；黏度较小的流体流动速度较快，一般呈现湍流或旋转流动。
三、黏性和黏度的应用黏性和黏度的理论与实际应用广泛存在于各个领域，包括化学、物理、生物、工程等。
1. 在化学领域，黏度是评价溶液浓度、溶解度、化学反应速率等重要参数之一。
黏度的测量可以提供有关溶液中分子间相互作用的相关信息。
2. 在物理领域，黏性和黏度是研究流体力学、湍流、涡流等问题的基础。
通过测量黏度可以进一步研究流体的运动特性和粘附行为。
3. 在生物领域，黏度是血液、细胞等生物体内物质流动的重要参数。
黏度的改变可能与疾病的发生与发展相关，因此通过黏度的测量可以对疾病进行诊断与监测。
4. 在工程领域，黏度的研究和应用广泛用于润滑油、涂料、胶水、塑料等工业产品的开发和生产过程中。
准确评估黏度可以提高产品质量、改善生产工艺。
总结：黏性和黏度是流体的重要性质，涉及到流体流动的各个方面。
黏度的大小与流体分子的相互作用力及温度有关。
理解和应用黏性和黏度对于物理、化学、生物以及工程领域的研究和实际应用都具有重要意义。
流体的粘度和粘度计
流体的粘度和粘度计流体的粘度是指流体内部分子之间的摩擦阻力，衡量了流体的黏稠程度。
粘度在化学、物理、工程等领域都有广泛的应用，对于液体和气体的流动性质都有着重要的影响。
为了测量粘度，人们开发了各种粘度计，用来定量地评估流体的粘度。
本文将介绍流体粘度的基本概念，以及几种常见的粘度计。
一、粘度的定义和影响因素1. 粘度的定义粘度是指流体内部分子之间的摩擦阻力，简单来说，就是流体流动时内部粒子间相互作用的力大小。
流体的粘度可以分为动力粘度（也称为牛顿粘度）和运动粘度（也称为动力粘度的密度修正值）。
动力粘度是指流体在单位时间内，单位面积上下层之间黏稠的力大小。
运动粘度是指流体动力粘度除以其密度。
2. 粘度的影响因素粘度的大小受到多种因素的影响，包括温度、压力、流速和流体的性质等。
一般来说，温度越高，流体的粘度越低；压力越高，流体的粘度也越低；流速越大，粘度的影响越小。
此外，不同种类的流体具有不同的粘度，比如液体的粘度一般远大于气体的粘度。
二、常见的粘度计及其原理1. Ubbelohde粘度计Ubbelohde粘度计是一种常用的粘度测量仪器，适用于液体的粘度测量。
其基本原理是利用毛细管的流动特性来测量液体的粘度。
通过调整液体的温度，观察液体在毛细管中的流动速度，并结合毛细管的尺寸和长度等参数，就可以计算出液体的粘度数值。
2. Ostwald粘度计Ostwald粘度计是另一种常见的粘度测量仪器，适用于较稠的液体。
它的原理是利用细管内，液体通过的时间与粘度成正比。
当液体通过细管时，通过测量液体的流动时间，再结合细管的尺寸和液体的密度等参数，就可以计算出液体的粘度。
3. Brookfield粘度计Brookfield粘度计是一种广泛应用于工业的粘度测量仪器，适用于各种液体和半固体材料的粘度测量。
它的原理是利用转子在流体中的转动阻力来评估流体的粘度。
通过测量转子在液体中的转速和转动阻力，就可以得到流体的粘度数据。
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一、粘度和稠度的概念
首先这里要解释一下粘聚性和粘结力，这说的就是粘度和稠度，所谓粘度，就是
物质内摩擦力的总和，是流动阻力的一种量度，是剪切应力与剪切速率的比，因此也
叫粘度系数。但是这个名称有待商榷，原因马上会提到。
而稠度，是物质本身所处状态的描述，两者并不一样，比如有的东西很稠，但是
不粘，但针对流动讲，两者绝大多数情况下，要表达的意思基本是一致的。有关粘度
还要说明一些。
二、流变学的基本知识
流变学顾名思义，就是研究流动和形变的科学，最早由bingham提出，可用于研
究所有物质，当然不包括经典的胡克弹性固体和牛顿粘性液体，因为牛顿流体力学中
将粘性看作是简单的线性规律，而事实上却不是这样，他假定剪切应力剪切速率之间
是线性的关系，当然，至今很多的流变学研究还是使用线性框架，流变学中提出了几
个不同牛顿流体的模型，其中最为半固态流体广泛使用的，就是宾汉姆模型，它用屈
服应力和塑性粘度两个参数来表征材料的流变性质，宾汉姆模型只是在牛顿流体粘度
的表达式里面加了一个屈服应力的值，这个屈服应力就是指流体流动之初时的内摩擦
力，符合宾汉姆模型的物体在屈服应力值之下，是固态的，仅表现一定的弹性变形，
当应力值大于屈服应力，物体就变现为牛顿流体连续流动，而这时的应力值与剪切速
率的比例，称为塑性粘度，它和表观粘度是不一样的，表观粘度就是粘度。
我们再来介绍一下非牛顿流体粘度的变化情况，事实上，真实材料的粘度受到剪
切速率，温度，压力和剪切时间的影响极大，他并不是一个系数，而是剪切速率的一
个函数，因此，粘度又叫做剪切粘度或者剪切依赖性粘度。
剪切变稀是一种比较普通的情况，也称暂时粘度降或假型性，当然也有剪切增稠，
对于剪切变稀的材料，表示粘度随剪切应力变化曲线，当剪切速率很高时，粘度又趋
于不变。这也被称为触变性。
有关这些参数的测试方法，虽然已经多非常多的研究成果，但是至今还是没有一
个完备的检测水泥基材料流变性能的试验方法，而对于流变性能的表征，这点上也还
在争论之中，现今对于混凝土流变学的研究还比较少，对于流变性能的表征方法也还
不成型，这也阻碍了粘度调节剂的普及使用。
而我认为，现今混凝土流变学研究中，还应当注意的是，宾汉姆模型其实在很多
情况下并不适用，他不能描述触变性，不能描述掺加粘度调节剂之后混凝土坍落度的
损失问题等，因此我认为粘度调节剂的研究依旧还是要从基础着手，只有将混凝土的
流变搞清楚了，才能一步步展开下面的工作。
可能之前介绍的流变学概念比较难懂，我举个例子，就比如我们挤牙膏，牙膏挤
到牙刷上之后，是可以保持不动的，不会沿着牙刷刷毛的缝隙流下的，而牙膏又很容
易从牙膏管子里挤出，在牙膏从管中被挤出的过程，牙膏的流动可以看做是符合牛顿
流体力学的，但是之后当牙膏停止在牙刷上，他的粘度又很快回复了，这就是典型的
非线性表现。