第七章非牛頓流體的流動(dòng)

1、第七章非牛頓流體的流動(dòng)第一節(jié)非牛頓流體的流變性和流變方程一、牛頓流體與非牛頓流體1、牛頓流體流體流動(dòng)時(shí)切應(yīng)力和速度梯度之間的關(guān)系符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體。,du丁=dy2、非牛頓流體流體流動(dòng)時(shí)切應(yīng)力和速度梯度之間的關(guān)系不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體。3、非牛頓流體的分類塑性流體假塑性流體1、流變性與時(shí)間無(wú)關(guān)的流體膨脹流體屈服假塑性流體、屈服膨脹性流體非牛頓流體2、流變性與時(shí)間有關(guān)的士/*觸變性流體流體t震凝性流體&彈性變形寓于粘性流動(dòng)之中的、粘彈性流體粘性流體分類表粘性流體的分類與牛頓流體純時(shí)假塑性流體非粘間膨脹性流體無(wú)賓漢流體（塑性流體）牛Ft關(guān)屈服-假塑性流體流的屈服-膨脹性流體頓體關(guān)

2、間與觸變性流體流的有時(shí)震凝性流體粘彈性流體多種類型體、流變性、流變方程和流變曲線流變性：流體流動(dòng)和變形的特性。流變方程：描述切應(yīng)力與速度梯度之間關(guān)系的方程式。流變曲線：在直角坐標(biāo)中表示流體切應(yīng)力和速度梯度之間變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)曲線。牛頓瑜體塑性流體假塑性流體懶流體1、牛頓流體(A)流變方程：dy特點(diǎn)：(1)受到外力作用就流動(dòng)；du(2)在恒溫恒壓下，與dy的比值為常數(shù)即粘度為常數(shù)；,一1tan-二一(3)流變曲線是通過(guò)原點(diǎn)的直線，其斜率為動(dòng)力粘度的倒數(shù)，即口2、塑性流體(B)Tj+'曲(>HWm»g)流變方程(賓漢公式)：dy特點(diǎn)：(1)塑性流體的流變性與牛頓流體不同，受力

3、后，不能立即變形流動(dòng)。(2)流動(dòng)初期切應(yīng)力與速度梯度之間呈曲線關(guān)系，粘度隨切應(yīng)力增大而降低，隨速度梯度的增大，切應(yīng)力逐漸減弱，最后接近牛頓流體，成直線關(guān)系，流體的粘度不再隨切應(yīng)力的增加而變化，稱為塑性粘度。(3)塑性流體存在兩個(gè)極限應(yīng)力極限靜切應(yīng)力-使塑性流體開(kāi)始流動(dòng)的最小切應(yīng)力。極限動(dòng)切應(yīng)力-塑性流體流變曲線直線段的延長(zhǎng)線與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切應(yīng)力，是塑性流體流動(dòng)時(shí)經(jīng)?？朔呐c粘度和速度梯度無(wú)關(guān)的定值切應(yīng)力。(4)塑性流體的塑性粘度和視粘度塑性粘度-"p與液體內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。流體內(nèi)部出現(xiàn)相對(duì)速度以后，由于內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)遭到拆散，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的拆散程度隨切應(yīng)力的增加而增加，粘度隨切應(yīng)力

4、的增加而降低。隨著網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)拆散程度增加，可供拆散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)減少，拆散速度也變小。同時(shí)由于被拆散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增加了，彼此之間重新恢復(fù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的機(jī)率增加。當(dāng)拆散速度與重新恢復(fù)速度相等時(shí)，成為平衡狀態(tài)，粘度將保持常數(shù)，即流變曲線上的直線段部分，這個(gè)穩(wěn)定的粘度稱為。=：=，0°p視粘度-p為了便于同牛頓流體相互比較du/dydu/dy視粘度隨剪切速率變化。3、哥律流體（A、C、D）流變方程（哥律方程）：ldyk-稠度系數(shù)，取決于流體性質(zhì)，Pasnn-溫變指數(shù)，無(wú)量綱，表示偏離牛頓流體的程度'n<1,假塑性流體（C）曷律流體n=1,牛頓流體（A）n>1,膨脹流體（D）（1）假

5、塑性流體的特點(diǎn)受力后立即流動(dòng)，流變曲線經(jīng)原點(diǎn)，因其結(jié)構(gòu)性較弱，隨著剪切速度的增加，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，質(zhì)點(diǎn)的相互位置得到調(diào)整，并順著流動(dòng)方向定向，導(dǎo)致施加于流體的切應(yīng)力相互減少，從而使流變曲線凹向切應(yīng)力軸，粘度下降，愈拌愈稀，這種特性稱為剪切稀釋性。（2）膨脹流體的特點(diǎn)受力后立即流動(dòng)，流變曲線經(jīng)原點(diǎn)。所含顆粒形狀極不規(guī)則，靜止時(shí)緊密排列的顆粒嵌入鄰近層的空隙中，流動(dòng)后隨著剪切速度的增加，中間層顆粒來(lái)不及嵌入鄰近的空隙中就被穩(wěn)定推過(guò)，因而發(fā)生膨脹，粘度增加，即愈拌愈稠。這種特性稱為剪切增稠性。停止剪切后馬上恢復(fù)，流變曲線凸向切應(yīng)力軸。4、流變性與時(shí)間有關(guān)的非牛頓流體（1）觸變性流體在一定剪切速度下，

6、隨時(shí)間增加而切應(yīng)力下降，即粘度降低，由稠變稀，達(dá)到某時(shí)刻以后，切應(yīng)力不再變化，形成動(dòng)平衡。%觸變性流體震凝性流體(2)震凝性流體在一定剪切速度下，隨時(shí)間增加而切應(yīng)力上升，即粘度增加，由稀變稠，達(dá)到某時(shí)刻以后，切應(yīng)力不再變化，形成動(dòng)平衡。5、粘彈性流體粘彈性流體既具有粘性，又具有彈性。表現(xiàn)為自漏斗流出后，流束變粗，發(fā)生膨脹；攪拌時(shí)如停止攪拌表現(xiàn)有彈性反轉(zhuǎn)，其粘度用一¥_0_*D，J/,J/Vr甘油的射流收殖擠陽(yáng)眠大韋森堡效應(yīng)福<91X1空4.*,|一般粘度計(jì)無(wú)法測(cè)定。A一口.,*/*/FF1彈性帙亞1牛頓流體非牛頓流體粘彈性流體的無(wú)管虹吸現(xiàn)象宓流湍說(shuō)三、非牛頓流體的研究方法與牛頓

7、流體的研究方法基本上是類似的，在管流中連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程以及劃分流態(tài)的原則都是相一致的，在分析時(shí)應(yīng)用力學(xué)中研究物體平衡方法也是相同的。區(qū)別僅在于所依據(jù)流變方程各有不同，從而雷諾數(shù)表達(dá)式也各有不同。第二節(jié)塑性流體一、塑性流體由靜止到運(yùn)動(dòng)，隨著流速由小變大，有四種流動(dòng)狀態(tài)。即塞流、結(jié)構(gòu)流、層流和湍流。1、塞流：當(dāng)塑性流體半徑R處的推動(dòng)力超過(guò)了由于極限靜切應(yīng)力所引起的阻力時(shí)，流體整體象活塞一樣在管內(nèi)流動(dòng)，稱為流核。2、結(jié)構(gòu)流：隨兩端壓差增大，小于半徑R的各流層依次開(kāi)始流動(dòng)，形成塞流的流核半徑逐漸縮小，而流核以外部分各流層間速度不同，形成流速梯度為梯度區(qū)。3、層流、湍流：兩端的壓差再增大

8、，流核全部消失，梯度區(qū)擴(kuò)大形成層流；隨兩端壓差繼房流結(jié)構(gòu)設(shè)、結(jié)構(gòu)流時(shí)圓管內(nèi)的計(jì)算公式(1)切應(yīng)力梯度區(qū)內(nèi)：流核表面上:pr2LPL2l(2)流速:梯度區(qū)內(nèi)：upLr-Po2-r-ro214Lp流核速度：u0=pR-r。24Lp(3)流量R42R3r。r。4236QApRI.4r。8L%、3RJ(4)斷面平均流速(5)水力坡降32Vp16.0粘性流體層流的水力坡降gD23：gD塑性流體網(wǎng)僦而逋的水力坡降(6)水頭損失的計(jì)算Re綜VD'R綜2000:結(jié)構(gòu)流Re綜2000:湍流結(jié)構(gòu)流:hflvID2g卜哥流:64Re綜0.1256Re綜V22g第三節(jié)哥律流體(i)切應(yīng)力：prT=2L(2)流速：Pp-/YnI中uRRnrn<2LKJln+1”.(3)流量