第二章 非牛顿流体的基本流变特性.pptxVIP

第二章非牛顿流体的基本流变特性

§2.1流体的流变性分类;尽管非牛顿流体在微观上往往是非均匀的多项分散体系，或非均匀的多相混合流体，但在用连续介质理论或宏观方法研究其流变性问题时，一般可忽略这种微观的非均匀性，而认为体系为一种均匀或假均匀分散体系。假均匀多相混合流体即认为分散相在分散介质中的分布是均匀的，即在非紊流的情况下分散相依靠自身的布朗运动，也能均匀分布于连续相之中。这种从宏观尺度上研究流体流变性的方法属于宏观流变学方法。

高分子聚合物类的溶液或熔体，尽管其是均匀的，但由于聚合物分子量庞大，分子结构构性复杂，也往往表现出非牛顿流体性质。;二、流体的流变性分类

非牛顿流体的流变性具有多种表现，与牛顿流体相比，要复杂得多。对各类流体的流变性研究表明，流变学上各类流体（包括牛顿流体）大体可划分为如表2－1所示的各种流变类型。

表2－1流体的流变性分类;表2－1中流体流变性的类型是按照以下几个分类标准划分的。

（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。不符合牛顿定律的为非牛顿流体，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。高分子聚合物溶液或熔体以及浓度较高的悬浮液、乳状液一般为粘弹性流体。

（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。

若流体的流变性与时间无关，则称之为与时间无关的流体，它包括了牛顿流体和部分纯粘性流体；若流体的流变性随时间变化，则称之为与时间有关的流体，这类流体包括了部分纯粘性流体和粘弹性流体。;§2.2与时间无关的粘性流体;1．牛顿流体（Newtonianfluid）

;2．假塑性流体（Pseudoplasticfluid）;剪切稀释性

对假塑性流体，随着剪切速率或剪切应力的增加，表观粘

度降低。对其它类型的非牛顿流体，有的也表现出这一特点。

这种性质在流变学上被称为剪切稀释性（shearthinning）。

⑶流变方程：

假塑性流体不象牛顿流体那样具有确定的流变方程形式，

往往是有多种形式的流变方程可用于描述假塑性流体特性。

这里仅介绍工程上应用最广泛的幂律方程形式：

;式中，K—稠度系数，Pa?sn

n—幂律行为指数，亦称流变指数（无因次），对假塑性

流体，0＜n＜1。

由流变方程，可得，由于n＜1，该公式可反映出流体剪切

稀释性的特点。当n=1时，上述方程变为牛顿流体方程。

在工程上常用幂律方程描述假塑性流体特性，原因有以下几点：

①该方程一般在1~3个数量级的剪切速率范围内与实际实

验数据拟合得较好。只是当剪切速率很小或很大时，拟合;;（5）流体内部结构特点：具有以下结构特点的结构性流体往往具有假塑性流体特性，即

a）内相颗粒具有不对称结构，剪切流动时，颗粒在流动方向上出现不同程度的定向；

b）象乳状液，其内相颗粒在流动剪切作用下发生变形；

c）存在内相颗粒的聚集体结构，在剪切流动时，这种聚集结构被不同程度地打破；

d）分散相是亲液的，会出现溶剂化现象，溶剂化的颗粒在剪切作用下遭到破坏，已溶剂化的液体会不同程度地分离出来，从而使颗粒的有效体积减小，流动阻力减小；

e）大分子在流动方向上不同程度地伸展。总之，假塑性流体在流动过程中，其内部结构具有出从无序到有序的特点。

;3．膨肿性流体（或称胀流型流体）Dilatantfluid

特点：

⑴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。;⑸内部结构特点：

a）剪切增稠性是流体结构从一种有序状态到无序状态的变化；b）剪切力超过了颗粒之间的胶体力，因为这种流体在自身胶体力的作用下形成有序结构的；c）具有不太低的内相浓度，且内相浓度处于一个较窄的范围内。例如，淀粉大约在40~50%的浓度范围内可表现出明显的膨肿性流体特性；d）内相颗粒的尺寸分布是单分散强于多分散；e）剪切增稠性还与介质粘度和颗粒尺寸有关；f）剪切增稠性往往只产生在一定的剪切速率范围内。

在石油工业中，钻井时，如遇到胀流性很强的地层，将会发生卡钻的严重事故。

;4．宾汉姆塑性流体（Binghamplasticfluid）;5．屈服假塑性流体（yieldpseudoplasticfluid）;6．卡松流体（Cassonianfluid）;*纯粘性非牛顿多相分散性流体流变方程的统一理论——广义微分方程式;

;（1）触变