什么是牛顿流体?什么是非牛顿流体?

日期:2022-08-31
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牛顿所设想的所有流体此类流动特性自然被称作牛顿体。然而,您可能只会遇到几种类型流动特性中的一种。牛顿流体以下图图表表示。图表A显示剪切应力(F′)和剪切率(S)之间的关系是一条直线。图B显示,流体的粘性随剪切率变化保持不变。一般牛顿流体包含水和稀机油。

 

 

在实践中,这表示在既定温度下牛顿流体的粘度会保持不变,不管测量所使用的粘度计机型、转子或转速是什么。在Brookfield设备所产生的剪切率范围内,Brookfield粘度标准液是牛顿流体;那正是它们可与所有粘度计机型配套使用的原因。很显然,牛顿流体是较容易测量的流体-只需带上您的粘度计前去测量即可。不幸的是,它们并不像比其复杂得多的一类流体-非牛顿流体一样常见,下一部分将讨论非牛顿流体。


非牛顿流体广义上指F′/S关系不是常数的一种流体。换言之,当剪切率改变时,剪切应力不以相应比例(或甚至未必以同一方向)改变。因此这种流体的粘性随剪切率的变化而变化。因此,粘度计机型、转子、转速的实验参数都对非牛顿流体的实测粘度具有影响。这一实测粘度称作流体表观粘度,只有具有或依附明确实验参数时才准确。

可将非牛顿流体设想为一种混合不同形状大小分子的流体。当彼此流经时,正如流动期间所发生的那样,其大小、形状、粘结度会确定移动所需的力的大小。在每种特定剪切率下,准线可能不同,可能需要一些力来保持移动。

有几种类型的非牛顿流体流动特性,所具有的特点是流体粘度随剪切率变化而变化。您可能会遇到的常见的非牛顿流体类型包括:

 

假塑性体

如下图所示,这种类型的流体粘度随剪切率增加而降低。这可能是常见的非牛顿流体,假塑性体包括油漆、乳剂以及多种类型的分散剂。此类流动特性有时被称为“剪切稀化”。

 

 

膨胀性体

膨胀性流体所具有的特点是粘度随剪切率增加而增加;参见下图。虽然比假塑性体更少见,膨胀性体常见于包含高水平抗絮凝固体(例如:粘土泥浆、糖果化合物、水中玉米淀粉以及沙/水混合物)的流体中。膨胀性也指剪切增稠流动特性。

 

 

塑性流体

这种类型的流体在静态条件下特性与固体相同。引发任何流动之前,须将一定量的力施加到流体上,这种力称作屈服值。番茄酱是这类流体的一个很好的例子,其屈服值通常让其难以从瓶中倾倒,直到摇晃或碰撞瓶子,才能使酱体自由涌出。一旦屈服值超限,开始流动,塑性流体会显示出牛顿流体、假塑性体或膨胀性体的流动特性。见下图。

 

 

目前为止,我们已论述了剪切率对非牛顿流体的影响。将时间要素考虑在内时会发生什么?这个问题引出我们对两种以上非牛顿流体的说明:触变性和流凝性。


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