第七章非牛頓流體的流動

1、第七章非牛頓流體的流動第一節(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、牛頓流體流體流動時切應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時切應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、流變性與時間無關(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假塑性流體非粘間膨脹性流體無賓漢流體（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：流體流動和變形的特性。流變方程：描述切應力與速度梯度之間關(guān)系的方程式。流變曲線：在直角坐標中表示流體切應力和速度梯度之間變化關(guān)系的實驗曲線。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：(1)受到外力作用就流動；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)流變曲線是通過原點的直線，其斜率為動力粘度的倒數(shù)，即口2、塑性流體(B)Tj+'曲(>HWm»g)流變方程(賓漢公式)：dy特點：(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。(2)流動初期切應力與速度梯度之間呈曲線關(guān)系，粘度隨切應力增大而降低，隨速度梯度的增大，切應力逐漸減弱，最后接近牛頓流體，成直線關(guān)系，流體的粘度不再隨切應力的增加而變化，稱為塑性粘度。(3)塑性流體存在兩個極限應力極限靜切應力-使塑性流體開始流動的最小切應力。極限動切應力-塑性流體流變曲線直線段的延長線與橫坐標軸的交點對應的切應力，是塑性流體流動時經(jīng)常克服的與粘度和速度梯度無關(guān)的定值切應力。(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)的拆散程度隨切應力的增加而增加，粘度隨切應力

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。同時由于被拆散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增加了，彼此之間重新恢復網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的機率增加。當拆散速度與重新恢復速度相等時，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、塑性流體的特點受力后立即流動，流變曲線經(jīng)原點，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)點的相互位置得到調(diào)整，并順著流動方向定向，導致施加于流體的切應力相互減少，從而使流變曲線凹向切應力軸，粘度下降，愈拌愈稀，這種特性稱為剪切稀釋性。（2）膨脹流體的特點受力后立即流動，流變曲線經(jīng)原點。所含顆粒形狀極不規(guī)則，靜止時緊密排列的顆粒嵌入鄰近層的空隙中，流動后隨著剪切速度的增加，中間層顆粒來不及嵌入鄰近的空隙中就被穩(wěn)定推過，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，流變曲線凸向切應力軸。4、流變性與時間有關(guān)的非牛頓流體（1）觸變性流體在一定剪切速度下，

6、隨時間增加而切應力下降，即粘度降低，由稠變稀，達到某時刻以后，切應力不再變化，形成動平衡。%觸變性流體震凝性流體(2)震凝性流體在一定剪切速度下，隨時間增加而切應力上升，即粘度增加，由稀變稠，達到某時刻以后，切應力不再變化，形成動平衡。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眠大韋森堡效應福<91X1空4.*,|一般粘度計無法測定。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管虹吸現(xiàn)象宓流湍說三、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、動量方程以及劃分流態(tài)的原則都是相一致的，在分析時應用力學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)表達式也各有不同。第二節(jié)塑性流體一、塑性流體由靜止到運動，隨著流速由小變大，有四種流動狀態(tài)。即塞流、結(jié)構(gòu)流、層流和湍流。1、塞流：當塑性流體半徑R處的推動力超過了由于極限靜切應力所引起的阻力時，流體整體象活塞一樣在管內(nèi)流動，稱為流核。2、結(jié)構(gòu)流：隨兩端壓差增大，小于半徑R的各流層依次開始流動，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)擴大形成層流；隨兩端壓差繼房流結(jié)構(gòu)設、結(jié)構(gòu)流時圓管內(nèi)的計算公式(1)切應力梯度區(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)切應力：prT=2L(2)流速：Pp-/YnI中uRRnrn<2LKJln+1”.(3)流量