分散體系流變性課件

《應用物理化學》第十五章分散體系流變性ChapterFifteenTheRheologicalPropertyofDisperseSystem

黑龍江八一農墾大學河南科技大學齊齊哈爾大學《應用物理化學》第十五章分散體系流變性黑龍江八一農墾大學《應用物理化學》學習目的和要求1.理解流變性的含義和涉及的基本概念；熟練掌握流變性的影響因素。2.掌握幾種主要流變模型流體的流動特性、形成機理、及其應用；3.熟練掌握流變性的測定方法、儀器和裝置；4.了解在線檢測的意義及測試技術；5.弄清不同的分散體系流變性的異同。

《應用物理化學》學習目的和要求《應用物理化學》教學內容

第一節(jié)流體的流變性與黏彈性第二節(jié)流體的黏度第三節(jié)流體的基礎流變學計劃學時6《應用物理化學》教學內容一、分散體系流變性的含義及研究內容

（1）分散體系

高分子溶液、溶膠、乳狀液、細泡沫和懸浮液。

（2）分散體系流變性

分散體系的變形性、

黏滯特性和流動特性。

（3）分散體系的流變性內涵

①高分子溶液、溶膠、乳狀液、細泡沫和懸浮液等分散體系的黏度及其影響因素。②流動性（包括流型、流變方程和流變曲線）及應用。③黏彈性及描述等內容。同時結合生產、生活和科學研究實際討論與分析其應用問題。

不同的分散體系，黏度與流變性既有差異性，又有共性。《應用物理化學》一、分散體系流變性的含義及研究內容①高分子溶液、溶膠《應用物理化學》二、研究分散體系流變性的重要性（1）應用需求

①消費者對某些液體和固體物質的流動性質、受力變形性質等都有一定的需求，它們直接影響食用的難易和口感的好壞。

②日常生活中某些用品，要滿足使用也有一定的流變性要求?！稇梦锢砘瘜W》二、研究分散體系流變性的重要性《應用物理化學》

（2）加工需求生產商為了便于高效、優(yōu)質地加工食品、藥品和其它化工產品，也要使原料及制品的變形和流動性滿足工藝需求，同時也要依據加工對象的流變性設計工藝、選配設備等都有其特殊要求?！稇梦锢砘瘜W》（2）加工需求第一節(jié)流體的流變性與黏彈性一、流變性

一般流體受力后都要表現出流動能力和變形及形變恢復能力。流體的流變性主要包括其黏性流動、彈性變形和黏彈性。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性一、流變性第一節(jié)流體的流變性與黏彈性1.黏性流動（1）黏性流動的概念

流體在外力作用下流動時，由于體系內部各種摩擦阻力（真溶液的分子之間、分散介質與分散相之間、分散相之間及分散介質之間）的存在，表現為流體在運動過程中總是在抵消外力或減弱流動的現象。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性1.黏性流動第一節(jié)流體的流變性與黏彈性(a)平板模型示意圖圖15-1平行板間流體層流模型中內摩擦(b)流速梯度分布示意圖dvdx第一節(jié)流體的流變性與黏彈性(a)平板模型示意圖圖15-1第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（2）黏性流動中剪切速率與剪切應力的關系

◆二、參數關系式

Newton流體的剪切速率與剪切應力的關系：τ=?

流變曲線見圖15-2a，斜率即為Newton流體的黏度。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（2）黏性流動中剪切速率與剪切第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

圖15-2b和15-2c所示的假塑性流體和脹塑性流體，剪切速率與剪切應力的關系：τ=k?n

n是流型指數。假塑性流體n為0～1.0，脹塑性流體n＞1；k是稠度系數。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性圖15-2b和15-2第一節(jié)流體的流變性與黏彈性d2d1

d3ac

具有屈服應力的流體曲線b假塑性流體牛頓流體脹性流體剪切速率γ剪切應力ττy屈服應力圖15-2流變曲線第一節(jié)流體的流變性與黏彈性d2d1d3ac第一節(jié)流體的流變性與黏彈性①剪切稀化流體

許多食品流體具有圖15-2b所示的“假塑性”，黏度隨剪切速率的增大而減小，故也稱為“剪切稀化流體”。②剪切稠化流體

圖15-2c所示的“脹塑性”，黏度隨剪切速率的增大而增大，故稱為“剪切稠化流體”或“脹性流體”。

第一節(jié)流體的流變性與黏彈性①剪切稀化流體第一節(jié)流體的流變性與黏彈性③臨界剪切應力

a)有些食品流體存在屈服應力τy，只有剪切應力超過該應力值時流體才能流動，故也謂臨界剪切應力。

b)剪切應力小于該值時，流體表現出固體性質，只發(fā)生形變，剪切應力大于該值時，流體才現出液體性質。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性③臨界剪切應力第一節(jié)流體的流變性與黏彈性※屈服應力在某些食品加工中的作用

在巧克力、糖果等加工中，包衣材料等包衣材料不能迅速結晶或固化情況下，屈服應力的大小決定其厚度，若單位包衣面積（垂直）上所施加的剪切應力大于屈服應力，包衣料將從產品表面脫落，否則，包衣料不流動也不變形，黏附在產品表面上，無法形成包衣。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性※屈服應力在某些食品加工中的作第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆三、參數關系式Ree-Eyring三參數流變方程：

=0＋(0－∞)(sinh-1β?)/β?0、∞分別是剪切速率為0和∞時Newton流體的黏度；β是特性松弛時間。

該方程揭示了時間變量在流體流動時的作用。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆三、參數關系式◆四、參數關系式

Cross四參數流變方程：=0＋(0－∞)[1＋(t?)1-n]t是流體的另一種特性時間。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆四、參數關系式第一節(jié)流體的流變性與黏彈性第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆有屈服應力的流變方程Casson方程：τ1/2=τy1/2＋k?1/2

Herschel-Buckley方程：

τ=τy＋k?n第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆有屈服應力的流變方程第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆流變性的時間相關性①流變性與時間的相關性在食品加工過程不突出。

②在食品（如巧克力）的貯藏階段流變性與時間的相關性顯得異常重要。

第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆流變性的時間相關性第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆流變性的溫度相關性①流體的黏度來自其運動時的內摩擦，內摩擦是分子運動現象，任何影響分子運動的因素都將影響內摩擦。②Newton流體黏度、非Newton流體的表觀黏度、稠度系數都與溫度有關（隨溫度升高而減?。?，但流型指數幾乎不受溫度影響。③在流體流變性測定時要嚴格控制溫度波動。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆流變性的溫度相關性第一節(jié)流體的流變性與黏彈性2.彈性變形（1）Hooke體數學表達式

將受力后應力與應變呈τ=Gε關系的固體稱為

Hooke體。

（2）Hooke（理想彈性體；完全彈性體）體的含義①在某物體上施加剪切應力，它產生形變，形變量與剪切應力大小成正比，比例系數是一常數。②若去除剪切應力，存在于物體內部的能量立即釋放出來，物體恢復原有形態(tài)和大小。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性2.彈性變形第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（3）彈性變形

※變形與流動的情況①膠皮糖、面包、饅頭和某些果蔬在一定剪切應力范圍內發(fā)生的應變可近似地認為彈性變形。

②與完全彈性體相對應的是Newton流體，它受力后不儲能。③理想的彈性體和Newton流體是極少的，彈性體和黏性體劃分也不是絕對的。只有Hooke體的變形才能謂之彈性變形。所謂彈性變形是指能夠發(fā)生類似Hooke體那樣有顯著彈性的物體的變形。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（3）彈性變形只有H第一節(jié)流體的流變性與黏彈性3.黏彈性（1）黏彈性

※概念

有些流體不是嚴格意義的固體和液體，而是流變性質介于兩者之間，并且在外力作用下既表現出部分彈性,又表現出部分黏滯性的物體或分散體系，它的變形體現的性質稱為黏彈性。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性3.黏彈性第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

※實例①許多組成和結構復雜的食品都具有黏性和彈性兩種特性，是典型的黏彈性體。

②“黏彈性”常用于描述固體物質，而性質相似的液體常用“彈黏性”描述。

第一節(jié)流體的流變性與黏彈性※實例第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

（2）蠕變

①外力作用于靜止的黏彈性體時，一部分能量消耗于內摩擦；另一部份能量作為彈性貯存。 ②外力作用于黏彈性體時，其形變過程不能立即完成，而是隨時間漸進發(fā)展，最后達到最大形變，該過程稱為蠕變。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（2）蠕變第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（3）應力松弛 ①黏彈性體受外力作用達到新平衡狀態(tài)所需要的時間稱為應力松弛時間，該過程稱為松弛過程。 ②黏彈性體在外力作用下，體系內部也會有應力產生，開始時應力很大，以后應力隨時間逐漸減小（松弛），該現象稱為應力松弛效應。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（3）應力松弛第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（4）黏彈性的分類黏彈性分為線性黏彈性和非線性黏彈性兩類。（5）線性黏彈性的表征 ①線性黏彈性體可用Maxwell和Kelvin力學模型來模擬和分析其流變性。模型中分別用理想的彈簧和黏壺表示彈性體和黏性體。

①線性黏彈性易于表征，應力與應變之比（即剪切模量）僅與時間有關，與應力或應變大小無關。

②非線性黏彈性的力學特性與時間及應力有關，理論復雜，表征較難。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（4）黏彈性的分類①線 ②Maxwell模型中，彈簧體和黏壺串聯，若施加于模型的應變速率恒定，即可得到模型中產生的應力：τ=ε(1－e－t/t) ③Kelvin模型中，彈簧體和黏壺并聯，用同樣方法得到的模型中產生的應力為：τ=ε(＋Gt) ④模擬黏彈性體，表征其流變性，光靠單一的Maxwell模型或Kelvin模型都是不夠的。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性G為彈性模量

t為應力松弛時間。 ②Maxwell模型中，彈簧體和黏壺串聯，若施加于模型第一節(jié)流體的流變性與黏彈性第一節(jié)流體的流變性與黏彈性二、蠕變與恢復曲線

（1）黏彈性流體的流動與時間有密切關系，有應力松弛時間和彈性滯后時間。

（2）蠕變曲線是表征黏彈性體的變形與時間關系的幾何圖形。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性二、蠕變與恢復曲線第一節(jié)流體的流變性與黏彈性第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

三、力學模型（1）力學模型（2）力學擬合試驗 它用力學元件的組配代替黏彈性體進行力學試驗，測得相關力學參數，得出力學方程，然后驗證符合性，若符合，說明某種或某類黏彈性體可以用某力學模型表征。否則，要對力學模型進行修正，重新進行力學試驗。（3）力學元件采用的力學元件有虎克元件、阻尼元件和滑塊元件。

是研究復雜的黏彈性體流變性所采用的理論模型，根據測定對象不同，建立一些相關的力學模型，使復雜問題簡單化，并用以歸納出數學規(guī)律。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性三、力學模型是研究復第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

1.彈性變形體彈性變形體是在外力作用下，應力τ與應變ε關系符合虎克定律，應力去除后物體完全恢復原狀的物體。

2.黏性變形體

常用阻尼元件（理想黏壺）描述Newton流體的應力與應變之間的關系。黏性變形體的應變是逐漸發(fā)展的，與時間有關，存在力學滯后現象。它在應力去除后不能恢復原狀。應力τ、應變ε及黏度之間關系為：dε=τdt/

用虎克元件描述剛性體的應力與應變關系：ε=τ/GG稱為彈性模量。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性1.彈性變形體用虎克元第一節(jié)流體的流變性與黏彈性3.松弛變形體

黏彈性體的松弛變形用Maxwell模型表征。

Maxwell模型由虎克元件和阻尼元件（盛有Newton流體的黏壺）串聯而成。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性3.松弛變形體第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

◆Maxwell模型受力分析◆應力松弛過程的定量關系

①τ=τ0exp(-t/tM)(tM=/G)

②該式是黏彈性體的力學方程，其特征力學參數是應力松弛時間tM。③應力松弛時間tM由黏度和彈性模量決定。應力松弛過程反映了流體的黏性和彈性的存在。④應力τ隨時間t的增加而減小，t∞時，應力完全消失。

當Maxwell模型受到向下的拉應力作用時，在黏壺來不及反應時彈簧很快產生變形，此時體系處于應力不平衡狀態(tài)，隨著黏壺慢慢移動，彈簧應力逐漸放松，直至應力完全消除，才達到平衡，完成應力松弛全過程。

τ0為作用于Maxwell模型的初始應力，t是應力松弛達到平衡的時間，τ為平衡應力，tM為應力松弛時間。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆Maxwell模型受力分析第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

◆Maxwell模型的局限性

Maxwell模型可以描述黏彈性體的應力松弛過程，不能描述其蠕變過程。

◆應力松弛變形體膏藥、中成藥丸、煮熟的湯圓、冷的黏米飯、冷的稠粥及瀝青、冷凝的原油、剛軟化的石蠟等都屬于松弛變形體，該類物體在外力作用時，短時間為彈性體，長時間為黏性體。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆Maxwell模型的局限性第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

◆食品的應力松弛特性與口感的關系

吃米飯時，口感柔軟的米飯，其Maxwell模型的應力松弛時間是6s～8s，口感較硬的米飯，應力松弛時間為10s～14s。

感官試驗評定出的米飯好吃順序與應力松弛時間有很強的相關性。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆食品的應力松弛特性與口第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

4.蠕變變形體黏彈性體的蠕變變形用Kelvin模型表征。該模型由虎克元件和阻尼元件并聯而成。

◆Kelvin模型受力分析當Kelvin模型受到向下的拉應力作用，并保持該應力一段時間時，應變逐漸發(fā)展，產生蠕變。ε=τ0[1－exp(-t/tK)]/G

◆Kelvin模型的局限性

Kelvin模型用于描述蠕變過程，但不能描述應力松弛過程。

τ0為作用于Kelvin模型的初始應力；tK為蠕變時間；ε為應變。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性4.蠕變變形體τ0為作用第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

◆蠕變變形體實例

①生橡膠條受拉力時屬于蠕變變形體。

②用蠕變曲線可表征米飯團食用品質。米飯蠕變曲線所示的總變形、永久變形和流動性越大，彈性越小，越好吃。

③根據蠕變曲線的形狀可將大米分為軟質米和硬質米兩種（硬質米比軟質米的彈性率、屈服應力和塑性變形功大，黏著功?。５谝还?jié)流體的流變性與黏彈性◆蠕變變形體實例第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

5.四元素(Burger)模型四元素模型表征的是未交聯的高分子變形與時間的關系，具有普遍規(guī)律。

（1）變形的描述

①理想的彈簧變形在物體上瞬間施加應力，即可產生的應變，相當于圖15-4中的oa段，描述高聚物由高分子的鍵角和鍵長的變動所引起的變形。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性5.四元素(Burger)模第一節(jié)流體的流變性與黏彈性②理想的黏壺

相當于圖15-4中的bc段，它描述高分子之間，或鏈段之間的相互位移引起的變形。③Kelvin模型表示物體的黏彈性。若對物體施加應力并維持一段時間，黏性變形和彈性變形繼續(xù)發(fā)展，相當于圖15-4中的ab段，描述因高分子鏈段的伸展和卷曲表現出的黏彈性。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性②理想的黏壺第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（2）高分子變形過程的描述

①四元素模型可描述高分子變形過程。不同黏彈性體的蠕變曲線形狀不同。模型如圖15-8所示。

②高聚物因分子中含有多種不同尺寸的運動單元，分子量又呈分散性，故其黏彈性無法用單一模型描述。③描述高聚物須用多個模型串聯或并聯。

④實際應用時，要先進行實驗，然后根據實驗結果設計模型，再驗證和修正模型。

第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（2）高分子變形過程的描述第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（3）松弛頻譜和滯后頻譜高聚物的應力松弛時間或彈性滯后時間也是一個寬分布值，分別稱為松弛頻譜和滯后頻譜。

（4）黏彈性的測定測定流體的黏彈性常用旋轉振動黏度計。

◆旋轉黏度計的工作原理該黏度計是用彈簧將圓筒吊住，使它在測試樣中旋轉，測定衰減率或周期，進而求得流體的黏度和彈性系數。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（3）松弛頻譜和滯后頻譜第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

三、黏彈性流體的兩個特征

1.Weissenberg效應

（1）概念

用玻璃棒攪動黏彈性流體，液體會沿玻璃棒往上爬，在棒附近的流體呈圓丘狀。

黏彈性流體的這種現象，稱為Weissenberg效應。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性三、黏彈性流體的兩個特征

（2）影響因素

①流體沿棒爬的高度與攪動速率和流體的黏彈性的單因素及協同因素均有正相關關系，即攪動速率越快爬的越高，流體的黏彈性越強爬的也越高。②若黏彈性既強攪動又快，則爬的比單因素影響時還要高。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（2）影響因素第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（3）受力分析在產生Weissenberg效應的流動中，流體上爬要克服自身重力和玻璃棒作圓周運動產生的旋轉離心力兩種力。（4）產生原因

流體在旋轉的玻璃棒作用下，通過推、爬、拉，產生“爬桿現象”。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（3）受力分析第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（5）Newton流體的相反特征

Newton流體在同樣條件下被攪動時，呈現出與黏彈性流體不同的流態(tài)，攪動棒附近的流體呈漏斗形凹陷。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（5）Newton流體的相反特征第一節(jié)流體的流變性與黏彈（6）實例及應用

高分子濃溶液、蜂蜜、稀而軟的面團或濃面粉的水分散體系等都具有Weissenberg效應。

該效應可判斷液體食品的組織狀態(tài)。

如煉乳陳放后，酪蛋白逐漸形成網絡結構后產生了彈性，表現出Weissenberg效應.第一節(jié)流體的流變性與黏彈性（6）實例及應用第一節(jié)流體的流變性與黏彈性第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

2.曳絲性

當有物體接觸流體并從其表面離開時，流體會被拉出絲來，這種現象稱為曳絲性?！粢方z性流體的特征①具有曳絲性的流體，其分子間作用力較強，可形成弱的網絡結構。

②曳絲性是流體黏性和彈性雙重性質的反映。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性2.曳絲性第一節(jié)流體的流變性與黏彈性

◆曳絲性流體的實例

①有人工合成的高分子化合物，如濃的聚丙烯酰胺水溶液。

②有天然高分子化合物，如魔芋葡苷聚糖、山藥黏液質、雞蛋清、蜂蜜、等。

③生物分泌物，如泥鰍、鲇魚等皮膚分泌物。

④發(fā)酵食品，如豆豉（納豆）。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆曳絲性流體的實例

◆注意事項

有些流體在用玻璃棒挑起時，也能出現液絲，但不屬于曳絲。

如大豆油、熬過的蔗糖等。前者是由于黏性存在下落時產生的液流，后者是冷卻結晶產生的絲狀物（如拔絲食品的絲）。第一節(jié)流體的流變性與黏彈性◆注意事項第一節(jié)流體的流變性與黏彈性第二節(jié)流體的黏度

一、黏度概念

（1）黏度的概念所有流體在有相對運動時都要產生內摩擦力，這是流體的一種固有物理屬性，稱為流體的黏滯性或黏性。

黏度是分散體系流動時內摩擦阻力大小的度量（即當剪切應力作用于流體時，流體抗拒流動的能力）。黏度的國際單位為Pa·s，常用其導出單位mPa·s。

流體在受到外部剪切力作用時發(fā)生變形(流動)。

其內部要相應地產生對變形的抵抗，并以內摩擦的形式表現出來。第二節(jié)流體的黏度一、黏度概念流體在受到外部剪切力作（2）黏度反映的流體本質

①反映組成流體的物質內部結構及相互間作用力（或鍵力）形式和強弱。

②反映流體的流型

③反映力響應時間

◆黏滯流動的幾個要素力（應力與內應力）、形變（流動）、流動方向、力的作用（消失）時間。

流體流動特性不同，黏度也不同；不同流體剪切應力與剪切速率之間的關系不同。反之不成立。第二節(jié)流體的黏度

液態(tài)食品的剪切應力不僅取決于剪切速率，還與時間有關。（2）黏度反映的流體本質流體流動特性不同，黏度也不同第二節(jié)流體的黏度二、黏度的表達式

◆注意事項

（1）習慣上黏度的定義和表達式常由層流Newton流體導出，因為這樣簡單而直觀，但不是所有流體都是層流。

（2）所有流體的運動都存在黏度，有些流型的流體能總結出很強的規(guī)律，得到實用性方程；有的則不能，只能得到經驗式或儀器測定數據。

（3）對于復雜流型的流體，黏度表達式也復雜化和多樣化。第二節(jié)流體的黏度二、黏度的表達式第二節(jié)流體的黏度三、流體黏度的影響因素

1.分散相的影響

（1）分散相濃度

◆分散相為剛性球體

※Einstein公式

①數學表達式

Einstein建立的懸浮液分散體系的黏度與分散相顆粒濃度公式：=0(1＋2.5φ)

0是連續(xù)相黏度；φ是分散相體積分數。第二節(jié)流體的黏度三、流體黏度的影響因素0是連續(xù)第二節(jié)流體的黏度②Einstein公式假設條件

a)Newton流體；

b)分散相為剛性球體；

c)分散相顆粒間無相互作用力；

d)無紊流；

e)分散體系濃度很??；

f)顆粒Brownian運動忽略不計。③Einstein公式的物理意義稀溶膠黏度隨顆粒體積分數線性增大，與顆粒尺寸及剪切速率無關。第二節(jié)流體的黏度②Einstein公式假設條件第二節(jié)流體的黏度④Einstein公式的應用條件Φ/%絮凝非絮凝

通常，φ＜5%時計算結果與測定值相符。濃度大時，因質點間有相互作用，體系黏度將急劇增大，Einstein公式不適用。

※

固有黏度求算公式

對溶膠分散體系，常用固有黏度（極限黏度、特性黏度）[]表征體系黏度：[]=limφ0(－0)/φ0

①分散相為剛性球時，[]=2.5；②分散相為球形液滴，[]＜2.5；

③分散相為非球形顆?；蚓奂w粒，[]＞2.5。第二節(jié)流體的黏度④Einstein公式的應用條第二節(jié)流體的黏度

◆分散相為液態(tài)球體

※與剛性球體分散相的比較

①分散相為球形液滴（如食品乳狀液）時，流場中的液滴，在其表面流動的流體的剪切應力會傳遞到液滴內部，使液滴內部的流體產生運動，其結果導致液滴表面速率梯度小于同尺寸的剛性固體顆粒。②液滴內的流體黏度越高，液滴性質越接近于剛性球（乳狀液黏度越大）。第二節(jié)流體的黏度◆分散相為液態(tài)球體第二節(jié)流體的黏度

※特定條件下的黏度公式①含有球形液滴的低分散相濃度的乳狀液黏度公式=0[1＋φ(0＋2.5drop)/(0＋drop)]②含有較高黏度流體的液滴的黏度公式drop/01，[]接近于2.5，懸浮液黏度：=0(1＋2.5φ)③對于含有低黏度流體的液滴（或氣泡）的黏度公式drop/01，[]≈1：=0(1＋φ)

是液滴內流體黏度。該式假設條件為連續(xù)相和分散相均為Newton流體。第二節(jié)流體的黏度※特定條件下的黏度公式第二節(jié)流體的黏度

※乳狀液食品的黏度多數食品乳狀液液滴被界面膜包裹，該膜阻礙連續(xù)相向液滴內部傳遞切向應力，故液滴內的流體流動受到限制，致使多數食品乳狀液的液滴與剛性球相似，在低濃度下，其黏度可用Einstein公式表征。

①當剪切應力充分大時，流體作用力將擊破界面膜，使液滴分體、變形、破碎。這時，流體將不只受剪切應力的簡單作用，黏度將無法測定。第二節(jié)流體的黏度※乳狀液食品的黏度第二節(jié)流體的黏度②黏度對體積分數的依賴源于顆粒間的相互作用，乳狀液的黏度隨分散相體積分數的增大而增大。在低濃度下，黏度隨φ線性增加，濃度至一定程度時，黏度急劇增大。

③當φ大于分散相的臨界體積分數φc時，液滴將緊密地黏結在一起，相互間難發(fā)生滑移，此時乳狀液黏度急劇升高，并形成具有彈性、黏性或塑性的凝膠態(tài)。第二節(jié)流體的黏度②黏度對體積分數的依賴源于顆粒間的相第二節(jié)流體的黏度④理論上，通過改變分散相體積分數，即可控制食品乳狀液的流變性，但實際生產中，由于受到配料成本、營養(yǎng)品質、風味和貨架期等因素的限制，很少按此法控制乳狀液流變性。⑤對于φ＜φc的食品乳狀液，常通過添加增稠劑和膠凝物質來調控流變性。第二節(jié)流體的黏度④理論上，通過改變分散相體積分數，即第二節(jié)流體的黏度⑥黃油（或人造黃油）等油包水乳狀液，其流變性主要取決于油相中脂肪晶體網絡結構的流變特性。⑦絕大多數食品乳狀液的流變性受分散相影響很小，分散相一般被黏彈性較高的膜包裹，具有剛性球特性。

但在濃的水包油乳狀液中，如蛋黃醬，油滴的流變性質對乳狀液有很大影響，在該體系中，剪切應力使油滴變形故含液滴的乳狀液對剪切變形的抵抗力小于含剛性顆粒的懸浮液。調整該類食品的流變性，主要是采用調整脂肪晶體間的相互作用，或調整其濃度和質構的方法（即改變脂肪的溫度、經歷的過程或其組成）。第二節(jié)流體的黏度⑥黃油（或人造黃油）等油包水乳狀液，第二節(jié)流體的黏度⑧將具有斥力作用的液滴分為“硬顆?！焙汀败涱w粒”兩類。

a)硬顆粒是不可壓縮的，當乳狀液中的液滴體積分數超過臨界體積分數時，分散體系表現出黏彈性或塑性。其流變特性常用動態(tài)剪切模量或彈性模量、屈服應力和塑性黏度表示。

b)軟顆?？蓧嚎s，其有效尺寸在高濃度、高剪切速率下可減小。第二節(jié)流體的黏度⑧將具有斥力作用的液滴分為“硬顆粒”第二節(jié)流體的黏度c)由密實界面層的空間作用穩(wěn)定的液滴，因界面層很難壓縮，亦被認為是硬顆粒。d)靜電作用穩(wěn)定的液滴或界面層未閉合的空間作用穩(wěn)定的液滴被認為是軟顆粒。e)在有效體積分數相同時，含軟顆粒的乳狀液比含硬顆粒的乳狀液黏度要低。

第二節(jié)流體的黏度c)由密實界面層的空間作用穩(wěn)定第二節(jié)流體的黏度

⑨液滴間的斥力對乳狀液流變性的影響與液滴包裹層（即油-水界面膜）厚度δ有關。δ值又與液滴半徑r有關。

a)當δr時（液滴較大），斥力作用可忽略；

b)當δ≈r時（液滴較小或液滴有厚的包裹層），斥力作用顯著增大乳狀液黏度。

第二節(jié)流體的黏度⑨液滴間的斥力對乳狀液流變性的影響與第二節(jié)流體的黏度

◆分散相為非球體食品乳狀液分散體系中，分散相顆粒并非是球形的。

①顆粒形狀各異，有的接近長球體（棒狀）或圓片體（盤狀）。長球體形狀可用軸徑比J表示：J=a/b如絮凝液滴、部分結晶顆粒、脂肪晶粒、冰晶和高分子聚合物等。第二節(jié)流體的黏度◆分散相為非球體如絮凝液滴第二節(jié)流體的黏度

②流體流過非球形顆粒比流過球形顆粒能量損耗大，黏度增大，增幅大小取決于非球形顆粒的轉動情況和方向。③顆粒在流場中的運動方向由流體對顆粒的作用和顆粒自身的旋轉brownian運動決定。④流體作用力使顆粒順其流場運動，降低流動阻力；

⑤旋轉brownian運動是無規(guī)則的，是顆粒順應流場運動的阻礙，增大流動阻力。第二節(jié)流體的黏度②流體流過非球形顆粒比流過球形顆粒能第二節(jié)流體的黏度

⑥流體作用力與旋轉brownian運動力之比用Peclet準數Pe表示。對于單純的剪切流動：Pe=?/DR

a)對于剛性球：DR=kT/8πr3

b)對于圓盤體：DR=3kT/32πb3

c)對于棒狀體：DR=(ln2rp－0.5)3kT/8πr3⑦Peclet準數Pe與顆粒運動的關系

d)當Pe1時，旋轉布氏運動起主導作用，顆粒在流體中自由旋轉。

?是剪切速率；DR是旋轉brownian運動擴散系數，其值與顆粒形狀有關。第二節(jié)流體的黏度⑥流體作用力與旋轉brownian運第二節(jié)流體的黏度

e)Pe

1時，流體作用力起主導作用，顆粒順應流場方向，該現象在顆粒較大、剪切速率和（或）顆粒周圍液體黏度高時可觀察到。

⑧非球形顆粒懸浮液黏度由剪切速率決定。

a)低剪切速率下（Pe

1），有恒定的高黏度，隨著剪切速率增加，流體作用力開始起作用，顆粒逐漸順應流場方向，流體黏度減?。坏诙?jié)流體的黏度e)Pe1時，流體作用力起第二節(jié)流體的黏度

b)高剪切速率下（Pe

1），流體作用力為主導，顆粒逐漸順應流場方向，流體有恒定的低黏度。

故非球形顆粒懸浮液有剪切稀化特性，并且黏度開始下降所對應的剪切速率與顆粒尺寸、形狀及顆粒周圍液體黏度等因素有關。第二節(jié)流體的黏度b)高剪切速率下（Pe1）第二節(jié)流體的黏度

◆分散相為絮凝顆粒

（1）絮凝顆粒在乳化食品中最常見，乳化食品中液滴間的引力一般大于斥力，易產生絮凝現象。

（2）絮凝使液滴體積分數增加，導致有效體積分數大于真實液滴的體積分數。

（3）含有絮凝顆粒的稀懸浮液黏度大于液滴分散的稀懸浮液黏度：=0(1＋2.5φfloc)第二節(jié)流體的黏度◆分散相為絮凝顆粒第二節(jié)流體的黏度

（4）含絮凝顆粒的懸浮液有較強剪切稀化趨勢

①在低剪切應力下，流體作用力小于液滴間的引力，絮凝顆粒以比較固定的尺寸和形狀分散在懸浮液中，懸浮液黏度較大且恒定。

②隨著剪切應力的增大，流體作用力大于液滴間的引力，導致絮凝顆粒分散并沿流場方向間距拉大，懸浮液黏度下降。第二節(jié)流體的黏度（4）含絮凝顆粒的懸浮液有較強剪切稀化第二節(jié)流體的黏度

③當剪切應力增加到一定程度后，流體黏度又趨于恒定。此時，絮凝顆?；蛲耆珠_，或分散與再絮凝達到平衡。

（5）溶膠分散體系的表觀黏度對剪切應力的依賴取決于絮凝顆粒間的引力強度，如引力弱，低剪切應力即可使絮凝顆粒分散。第二節(jié)流體的黏度③當剪切應力增加到一定程度后，流體第二節(jié)流體的黏度

（6）處于分散狀態(tài)的流體，質點間存在較高的能量勢壘阻止其聚結，若在剪切應力作用下，顆粒間發(fā)生碰撞的頻率和相互作用力也隨之增大，質點可獲得足夠的能量克服其聚結能量勢壘，出現絮凝和剪切增稠現象。

※顆粒強絮凝的分散體系的黏度/0=[1－(/ci)]－[]c

（7）當絮凝顆粒體積分數超過最大堆積體積分數時，流體中顆粒形成三維網絡，使顆粒懸浮液變成塑性體或黏彈性體。

c是最大堆積（球形顆粒緊密堆積）體積分數。對于顆粒無遠程相互作用的分散體系，其值一般在0.6～0.7之間，對于顆粒有很強的遠程引力或斥力的懸浮液，其值很??；i是絮凝顆粒的體積分數（取決于絮凝體內的結構）。第二節(jié)流體的黏度（6）處于分散狀態(tài)的流體，質點間第二節(jié)流體的黏度

（8）在低剪切應力下，因外力小于顆粒間的內聚力，聚集的顆粒與固體顆粒相似。當超過臨界剪切應力時，顆粒間的連接鍵被立即斷開并發(fā)生相對位移。

（9）剪切過程中，若某些鍵能夠重新形成，則乳狀液表現出黏彈性。

（10）高剪切應力下，被斷開鍵的數量遠大于重新組合鍵的數量，乳狀液表現出液態(tài)特征。

（11）具有三維網絡結構的聚集顆粒體系存在屈服應力。第二節(jié)流體的黏度（8）在低剪切應力下，因外力小于第二節(jié)流體的黏度

（11）具有三維網絡結構的聚集顆粒體系存在屈服應力。

①剪切應力低于屈服應力時，體系表現出彈性固體性質；

②當剪切應力高于屈服應力時，體系表現出流體性質，此時因絮凝顆粒不斷破碎與變形，體系呈現很強的剪切稀化特性。

③屈服應力大小取決于顆粒間的引力，引力越大，屈服應力也越大。第二節(jié)流體的黏度（11）具有三維網絡結構的聚集顆粒體第二節(jié)流體的黏度

（12）體系的流變性還與顆粒堆積的疏密程度及每個顆粒形成鍵的數量等顆粒結構因素有關。

（13）可以通過體系流變性質（彈性模量、剪切模量、屈服應力和黏度）與顆粒網絡結構形式及顆粒間引力強度的關系，建立描述顆粒網絡結構流變學性質的理論模型和計算模型。第二節(jié)流體的黏度（12）體系的流變性還與顆粒堆積的疏第二節(jié)流體的黏度（2）分散相黏度

分散相為液體時，在剪切應力作用下懸浮液或乳狀液流動時，作為分散相的液滴也發(fā)生旋轉，引起其內部分子運動，運動程度與分散相黏度有關。

◆

Taylor公式

rel=1＋2.5φ{[＋(2/5)0]/[＋0]}

rel為相對黏度；為分散相黏度；0為分散介質黏度；φ為分散相體積分數。

當分散相為剛性顆粒時，∞，該式變?yōu)镋instein公式。第二節(jié)流體的黏度（2）分散相黏度當分散相為剛性顆粒時，第二節(jié)流體的黏度

※Leviton公式

對于Φ≤0.4的濃度較大的乳狀液：

lnrel=2.5(φ＋φ5/3＋φ1/3){[＋(2/5)0]/[＋0]}

①乳化劑的加入，可促使分散相與分散介質之間的界面形成高強度膜，使液滴具有剛性。

②懸浮液或穩(wěn)定性差的乳狀液中的液滴沒有剛性，而穩(wěn)定性好的乳狀液中液滴具有剛性，穩(wěn)定性越好，其剛性越強。第二節(jié)流體的黏度※Leviton公式第二節(jié)流體的黏度（3）分散相形狀①若分散相質點是球形的，黏度的增大主要來源于流體經過質點時流線受到干擾。②若質點不是球形對稱的，流體經過質點時，質點要發(fā)生轉動，額外消耗能量，同時質點之間也會相互擔擾，故黏度大增。③質點形狀不對稱的結果使流體偏離Newton流型。④分散相的形狀對分散體系黏度影響很大，針狀、棒狀、片狀、橄欖狀及其它不規(guī)則形狀必須在球形基礎上校正。剪切應力與剪切速率的比值不再是常數，它隨剪切速率的增加而下降，這是由不對稱質點在速率梯度場中的定向造成的。第二節(jié)流體的黏度（3）分散相形狀剪切應力與剪切速率的比第二節(jié)流體的黏度※含形狀因子F的分散體系黏度公式：=[1＋2.5(cF/ρ)]0①若分散相為球形顆粒，在流場中流動阻力具有對稱性，F=1；②若分散相為極細小的纖維，將在流場中沿流線排列，具有最小阻力。③這兩種極端情況之外的其它條件下，F=0.4～1.0。④F值主要由數學推導，再驗證和校正。

c(kg·dm-3)為分散相濃度；ρ(kg·dm-3)為顆粒密度；0為分散介質黏度。第二節(jié)流體的黏度※含形狀因子F的分散體系黏度公式：第二節(jié)流體的黏度（4）分散相尺寸①Einstein公式中，分散體系的黏度只與球形對稱的分散相的體積分數有關，與質點大小無關，故未反映出黏度與質點尺寸的關系。②若分散相質點不是球形對稱，黏度則與質點大小有密切關系。③分散相為液滴時，液滴尺寸對乳狀液流變性質的影響取決于分散相的體積分數和液滴間的相互作用。因質點變大后其對稱性變差（如線性高分子化合物），使分散體系黏度升高。第二節(jié)流體的黏度（4）分散相尺寸因質點變大后其對稱性變④液滴相互作用較弱時，液滴尺寸影響brownian運動和剪切應力效應，進而影響乳狀液流變性質。⑤高剪切應力下，剪切應力效應大于布氏運動效應，液滴尺寸對乳狀液黏度影響較小。

b)=0.40的水包油乳狀液，液滴直徑從0.53μm增大到1.08μm時，其表觀黏度明顯下降，剪切稀化作用減弱（見圖15-17，不同液滴直徑下水包正十六烷濃乳狀液）。第二節(jié)流體的黏度

a)液滴粒徑在0.7μm～30μm之間，且其體積分數很小時，乳狀液黏度基本不受粒徑變化影響。

當液滴體積分數0.45時，粒徑變化對黏度的影響明顯。④液滴相互作用較弱時，液滴尺寸影響brownian第二節(jié)流體的黏度2.分散介質的影響

與分散介質黏度相關的因素很多：自身化學組成、流變性質、極性、pH值及電解質濃度等，情況比較復雜。（1）分散介質添加劑為滿足加工、傳輸或賦予某些特性，常向溶液、懸浮液、乳狀液等分散體系中加入增黏劑、降黏劑或流型改進劑之類的物質，它們對流體的流變性產生很大影響。如為了調整液態(tài)食品的流動性或口感，常在分散介質（水）中加入諸如明膠、瓊脂、海藻酸鹽、淀粉和羧甲基纖維素之類的食品添加劑，它們對分散體系的流變性影響很大。對分散介質黏度有影響的因素都影響著分散體系黏度。第二節(jié)流體的黏度2.分散介質的影響如為了調整液態(tài)食品的第二節(jié)流體的黏度（2）添加劑濃度對液體流變性的影響①水溶性天然聚合物濃度達到臨界值C時，水溶膠的黏度明顯升高。②C是親水溶膠從“稀釋區(qū)”向“半稀釋區(qū)”轉變，聚合物分子由自由運動狀態(tài)向分子相互重疊和滲透狀態(tài)轉變所對應濃度。

③聚合物濃度低于C時，溶膠呈Newton流體特征；大于C時，表現出非Newton流體特征。第二節(jié)流體的黏度（2）添加劑濃度對液體流變性的影響第二節(jié)流體的黏度

※臨界濃度之上的三個剪切速率區(qū)域

（a）低剪切Newton流體域受剪切力作用的聚合物分子重新纏繞在一起的速率大于被剪切應力拉伸的速率。

（b）剪切稀化域聚合物分子重新排列的速率小于受擠壓變形的速率，溶膠呈剪切稀化特性。

（c）高剪切Newton流體域剪切稀化作用達到極致，溶膠黏度降到最小，又呈現穩(wěn)定狀態(tài)。即剪切不能改變分子形態(tài)和分散體系結構，溶膠黏度不變。第二節(jié)流體的黏度※臨界濃度之上的三個剪切速率區(qū)域即

※描述溶膠剪切稀化特性的冪律方程=K?n-1

※Cross方程

在所有剪切速率范圍內，都可用Cross方程描述流體的黏度：=∞＋{[0－]/[1＋(τ?)m]}

Newton流體，m=0；剪切稀化作用越強，m越趨近于1[圖15-19(c)區(qū)代表的情況m=1]。

是表觀黏度；K是稠度系數；?是剪切速率；n是流型指數。n越趨近于1，流體剪切稀化作用越強。第二節(jié)流體的黏度是表觀黏度；∞是剪切速率無窮大時的黏度[圖15-19(c)區(qū)代表的黏度]；0是剪切速率為0時的黏度[圖15-19(a)區(qū)代表的黏度]；?是剪切速率；τ是剪切稀化發(fā)生時的剪切依賴常數；m是剪切稀化程度指數。※描述溶膠剪切稀化特性的冪律方程是表觀黏度；K是稠第二節(jié)流體的黏度◆食品的流變性與其加工、貯存和食用相關①增稠使食品抵抗變形和流動；剪切稀化效應與食品的質構和稠度聯系密切。②流體食品中，零剪切速率下須有較高黏度，防止固相顆粒沉積；傾倒和飲用（具有一定的剪切速率）時，要有較低黏度。

③市售凝固型酸奶酪有凝膠特性；攪拌型酸奶酪有流動特性，呈現假塑、觸變和低黏彈性。黏度、剪切稀化和彈性對食品加工、食品感官質量（誘人形態(tài)和適口感等）的影響很大。第二節(jié)流體的黏度◆食品的流變性與其加工、貯存和食用相關第二節(jié)流體的黏度

3.乳狀液中乳化劑的影響◆乳化劑的組成、性質和加量對乳狀液黏度的影響

①乳化劑的化學成分影響分散液滴間位能（引力位能、斥力位能，甚至空間穩(wěn)定位能），進而影響其分散程度、分散相尺寸和有效體積分數和流變性。第二節(jié)流體的黏度3.乳狀液中乳化劑的影響第二節(jié)流體的黏度②乳化劑濃度對液滴分散程度的影響。濃度大小影響到分散相液滴尺寸及變形性、液滴相互作用、界面膜強度等，均影響流變性。③分散相液滴吸附乳化劑形成的界面膜性質對液滴變形性、液滴間相互作用等有影響。

④它決定甚至改變液滴荷電性，對流變性產生影響。第二節(jié)流體的黏度②乳化劑濃度對液滴分散程度的影響第二節(jié)流體的黏度

①當分散相是剛性顆粒時，溫度對分散體系黏度的影響體現在其對分散介質的影響上，溫度升高，分散介質的分子間的相互作用減弱，黏度下降，分散體系的黏度也下降。溫度是影響分散介質黏度的主要因素。4.溫度的影響第二節(jié)流體的黏度溫度是影響分散介質黏度的主要因素第二節(jié)流體的黏度②分散相為液滴時，溫度升高除了對分散介質黏度有影響外，還對分散相液滴黏度有影響。

溫度升高，分散相黏度、分散相與分散介質的界面膜黏度都下降。故分散體系黏度下降。③對于有些濃溶膠體系，溫度升高可能導致膠凝，如魔芋水溶膠和CMC水溶膠。第二節(jié)流體的黏度②分散相為液滴時，溫度升高除了對（2）電黏滯效應存在時的黏度公式電黏滯效應的存在，使分散體系黏度與質點半徑r、體積分數，分散體系ζ電位、電導率k，分散介質介電常數ε和黏度0之間存在下列關系：[(－0)/0]=2.5{1＋[εζ/2π]2/[0r2k]}

質點荷電時，其電荷密度大小直接影響?zhàn)ざ取?/p>

5.質點荷電的影響（1）電黏滯效應的含義第二節(jié)流體的黏度因液滴荷電后分散體系黏度增大的現象稱為電黏滯效應。

①如蛋白質或明膠溶膠，等電點時（ζ=0）黏度最小。

②明膠溶膠的等電點pH為4.7，其兩側質點均荷電，且離之越遠ζ電位越高，質點溶劑化作用越強，均使黏度升高。5.質點荷電的影響第二節(jié)流體的黏度因液滴荷電后分散第二節(jié)流體的黏度（3）液滴荷電有四種途徑①初級電荷黏滯效應

液滴表面荷電，影響乳狀液流變性。在多數溶膠分散體系中，初級電荷黏滯效應影響較小，對含鹽量較高的食品乳狀液影響更小。因帶電液滴在液相中流動，周圍反離子干擾其運動（因產生靜電吸引），使液滴的運動受阻，乳狀液黏度增大。第二節(jié)流體的黏度（3）液滴荷電有四種途徑因帶電液滴在液②次級電荷黏滯效應

靜電作用影響液滴分散狀態(tài)進而影響流變性。

a)當Debye長度κ-1同液滴半徑r在同一數量級時，次電荷黏滯效應對乳狀液流變性影響極大。

b)在臨界體積分數附近，次電荷黏滯效應對乳狀液流變性影響顯著。因靜電斥力的作用，乳狀液中帶電液滴不能緊密接觸，導致液滴有效直徑增大，乳狀液黏度升高。第二節(jié)流體的黏度在液滴體積分數較高時，用陰離子表面活性劑（SDS）穩(wěn)定的水包油乳狀液，其黏度明顯大于非離子表面活性劑（如Tween-20）穩(wěn)定的乳狀液黏度。

當液滴半徑r＜80nm時，乳狀液具有固態(tài)特性（相角θ約為0）和屈服應力；當r＞90nm時，乳狀液具有液態(tài)特性（θ約為90）。

圖15-21：

質量分數為0.25的正十八烷和水形成的水包油乳狀液體系中液滴表面荷負電。②次級電荷黏滯效應因靜電斥力的作用，乳狀液中帶第二節(jié)流體的黏度③第三級電荷黏滯效應

靜電吸附層影響流變性。含有蛋白質、多糖類聚電解質的乳狀液，它們可在荷電液滴表面形成較厚的吸附層，令其穩(wěn)定存在，但也對乳狀液流變性產生很大影響。

液體的pH值和離子強度變化能改變吸附狀態(tài)，也改變液滴間的靜電作用，故它們是第三級電荷黏滯效應的影響因素。第二節(jié)流體的黏度③第三級電荷黏滯效應液體的pH值和離子第二節(jié)流體的黏度④第四級電荷黏滯效應

液滴電荷影響靜電穩(wěn)定的乳狀液體系及其流變性。當液體的pH值和離子強度變化，且導致液滴間的靜電斥力小于相互引力時，液滴發(fā)生絮凝，使乳狀液黏度升高、剪切稀化作用明顯。第二節(jié)流體的黏度④第四級電荷黏滯效應第二節(jié)流體的黏度

6.液滴間相互作用的影響（1）若液滴間存在遠程作用和斥力，分散相有效體積分數將大于實際值，乳狀液黏度將增大。（2）分散相有效體積分數eff=(1＋δ/r)3

δ為兩個液滴間最小距離的一半對于空間穩(wěn)定的液滴，δ約等于吸附層的厚度；

對于靜電穩(wěn)定的液滴，δ與Debye長度κ-1有關{δ=κ-1ln[α/ln(α/lnα)]}

（α是與介電常數及液滴表面電勢等有關的常數）；

r為液滴半徑。第二節(jié)流體的黏度6.液滴間相互作用的影響δ為兩個液滴第二節(jié)流體的黏度

①乳狀液流變性取決于液滴間的引力與

斥力的大小及作用范圍。②引力主要包括vanderwaals力、疏水鍵力和空位作用力。③斥力主要包括靜電作用力、空間作用力和熱波力。

當液滴間的引力作用足夠大時，因液滴絮凝而導致分散相有效體積增大，乳狀液黏度增大。（3）食品乳狀液中，遠程斥力作用主要是靜電作用和空間作用第二節(jié)流體的黏度當液滴間的引力作用足夠大時，因液滴

（4）調整食品乳狀液流變性質的有效方法

①控制液滴間的相互作用。②促進液滴絮凝，可顯著提高水包油乳狀液的黏度。（5）液滴體積分數很小時，含絮凝液滴的乳狀液黏度更大，剪切稀化性明顯。

（6）當乳狀液液滴產生絮凝時，其黏度迅速增大，液滴體積分數明顯下降。

第二節(jié)流體的黏度a)可通過添加生物聚合物產生橋聯絮凝；b)通過改變pH值和離子強度降低靜電斥力；

c)對蛋白質穩(wěn)定的乳狀液加熱，增大疏水引力，實現絮凝；

d)往連續(xù)相中添加表面活性膠束（如十二烷基硫酸鈉，SDS），由空位絮凝作用使液滴發(fā)生絮凝。（4）調整食品乳狀液流變性質的有效方法第二節(jié)流體的第三節(jié)流體的基礎流變學一、概念

1.流變性含義

（1）分散體系的流變性反映出構成該體系的各組分間的相互作用（如質點間的相互作用）及外界條件對體系結構的影響。（2）分散體系流變性與其應用有密切關系。如稀分散體系（溶膠、高分子溶液等）的流變性常用于判斷分散相質點的大小、形狀及分散相與分散介質的相互作用。流變性是指流體在外力作用下的變形與流動性質。第三節(jié)流體的基礎流變學一、概念如稀分散體系（溶膠、高第三節(jié)流體的基礎流變學2.剪切應力

（1）應力

（2）正應力

（3）剪切應力

垂直于截面的應力分量，稱為正應力或法向應力。相切于截面的應力分量稱為剪切應力。其單位是Pa。物體由于外因（載荷、溫度變化等）而變形時，在它內部任一截面的兩側出現的相互作用力，稱為內力。內力的集度，即單位面積上的內力稱為應力。第三節(jié)流體的基礎流變學2.剪切應力垂直于截面的應力第三節(jié)流體的基礎流變學

3.剪切速率

流體在兩界面（如平行板）之間流動時，因材料與流體間存在摩擦力，使流體內部與流體-界面接觸處的流動速率不同，誘發(fā)一個漸變的速率場，稱為剪切速率（或速率梯度、切速率）。

（1）剪切速率的大小與流體的速率、內部分子結構、界面作用力及溫度等有關。第三節(jié)流體的基礎流變學3.剪切速率第三節(jié)流體的基礎流變學（2）在流體具有剪切速率時，流速大的流體對與之接觸的流速小的流體具有加速力（或流速小的流體對與之接觸的流速大的流體具有減速力），即產生了黏性力。（3）剪切速率能反映出已流動的流體的流動狀況，也能反映出令某些流體流動的基本條件。該力隨剪切速率的升高而增大，且流速不同的兩流層接觸面積越大該力越大。第三節(jié)流體的基礎流變學（2）在流體具有剪切速率時，第三節(jié)流體的基礎流變學剪切速率與生活、生產中常見流動的關系流動狀態(tài)或需求剪切速率/s-1容器傾倒液體的流動0.1～40用羹匙攪拌液體的流動90～100飲液時的流動10～1×103塑料熔體注塑時在流道的流動≥1000塑料熔體注塑時在澆口的流動1×105～1×106（4）剪切速率的單位是s-1。第三節(jié)流體的基礎流變學剪切速率與生活、生產中常見流動的關系第三節(jié)流體的基礎流變學

6.Reynold數與流體流動狀態(tài)◆概念

流體流動時的慣性力Fg和黏性力(內摩擦力)Fm之比稱為Reynold數，用符號Re表示。

①Re是一個無量綱的量。②Re數小，意味著流體流動時各質點間的黏性力占主導地位；第三節(jié)流體的基礎流變學6.Reynold數與流體流動狀態(tài)第三節(jié)流體的基礎流變學

4.流變曲線是反映流體流變性的曲線，泛指剪切應力與剪切速率的關系曲線。有時也指黏度（表觀黏度）及其表現形式與剪切速率、分散相粒徑、分散相體積分數等關系的曲線。

5.塞流是流體在管路中象塞子一樣流動，流動時流體結構中質點間無相對運動，而是“齊頭并進”，在管中徑向無速率分布。它是流體流變性的最常用和直觀的表現形式。

食品加工業(yè)中的灌香腸和擠壓面條、粉條等操作時流體較為接近該流型。第三節(jié)流體的基礎流變學4.流變曲線它是流體流變性的最第三節(jié)流體的基礎流變學③Re數大，意味著慣性力占主導地位。

④Re數的大小決定了黏性流體的流動特性

一般管道Re＜2000為層流狀態(tài)，

Re＞4000為紊流狀態(tài)，

Re=2000～4000為過渡狀態(tài)。（1）層流

流體在運動過程中，各質點完全沿著管軸方向直線運動，質點之間互不摻混、互不干擾的流動狀態(tài)稱為層狀流動，簡稱層流。第三節(jié)流體的基礎流變學③Re數大，意味著慣性力占第三節(jié)流體的基礎流變學①層流流體在管內流動時，其質點沿著與管軸平行的方向作平滑直線運動，流體的流速在管中心處最大，其近壁處最小。②黏性流體的層狀運動中，流體微團的軌跡沒有明顯的不規(guī)則脈動。相鄰流體層間只有分子熱運動造成的動量交換。③常見的層流有毛細管或多孔介質中的流動、軸承潤滑膜中的流動、繞流物體表面邊界層中的流動等。

第三節(jié)流體的基礎流變學①層流流體在管內流動時，其第三節(jié)流體的基礎流變學④層流只出現在Re(Re＝ρUL/)較小的情況中，即流體密度ρ、特征速率U和特征長度L都很小，或流體黏度很大的情況中。

⑤當Re超過某一臨界Reynold數Rea（主要取決于流動形式）時，層流因受擾動開始向不規(guī)則的湍流過渡，同時運動阻力急劇增大。第三節(jié)流體的基礎流變學④層流只出現在Re(Re＝第三節(jié)流體的基礎流變學⑥層流遠比湍流簡單，其流動方程大多有精確解、近似解和數值解。⑦層流一般比湍流的摩擦阻力小。

⑧一定溫度下，流體在外力的作用下呈層流時，流速不同的層間產生內摩擦力，將阻礙液層的相對運動。

層流間剪切應力τ與流速梯度(dv/dy)之間呈一復雜的關系，其關系隨著時間、溫度、流體性質和流速不同而有很大差別。第三節(jié)流體的基礎流變學⑥層流遠比湍第三節(jié)流體的基礎流變學

①Newton流體和其它低黏度流體在較高剪切速率下的流動狀態(tài)屬于紊流。

②流體為紊流狀態(tài)時，因分子間擾動強烈，對增強傳熱有利。

③紊流因增大流動阻力而增加能量損失。流體流動時，若運動著的質點不僅有沿著管軸方向的直線運動，還伴有橫向擾動，且質點運動軌跡毫無規(guī)律。（2）紊流第三節(jié)流體的基礎流變學流體流動時，若運動著的質點不第三節(jié)流體的基礎流變學二、Newton流體

1.概念

Newton流體是指在任意小的外力作用下即能流動的流體，并且流動的剪切速率?

與所加的剪切應力τ的大小成正比。

※Newton定律的局限性

Newton黏性實驗定律描述像水和空氣這樣的流體是適合的，對含高分子量的流體不適宜，因其剪切應力與剪切速率之間已不再是線性關系。第三節(jié)流體的基礎流變學二、Newton流體第三節(jié)流體的基礎流變學2.流變方程（1）數學表達式τ＝η?

①流體層之間單位面積的內摩擦力或剪切應力與速率梯度或剪切速率成正比。②式τ＝η?又稱Newton剪切應力公式，它表明有一類流體，其剪切應力與剪切速率呈線性關系。這類流體被稱為Newton流體。③非Newton流體，問題復雜，η不是常數，它與流體的物理性質和受到的剪切應力和剪切速率有關，流體的流動情況要改變其內摩擦特性。

τ為剪切應力；?為剪切速率；η是與剪切速率無關的常數，是代表流體黏滯性的物理量，反映了流體內摩擦力的大小，稱為流體的黏性系數，簡稱黏度。第三節(jié)流體的基礎流變學2.流變方程τ為剪切應力；?為剪第三節(jié)流體的基礎流變學（2）黏度的物理意義

將兩塊面積為1m2的平板浸入液體中，兩板距離為1m，若對液體施加1N的剪切應力，能使兩板的相對運動速率為1m·s-1，其黏度為1Pa·s。（3）黏度的影響因素

流體的黏度與溫度有密切的關系。液體的黏度隨著溫度升高而下降；氣體的黏度隨溫度的升高而增大。

第三節(jié)流體的基礎流變學（2）黏度的物理意義3.流變曲線

流體的流變曲線是剪切應力與剪切速率的關系曲線。

可將剪切應力為縱坐標，剪切速率為橫坐標，也可將剪切應力為橫坐標，剪切速率為縱坐標。

圖15-22描述了Newton流體和幾種非Newton流體——塑性、假塑性和膨脹流體的流變曲線。第三節(jié)流體的基礎流變學3.流變曲線圖15-22描述了Newton流體和幾種非N

4.流體特征

（1）Newton流體的流變曲線是一條經過原點的直線，其斜率即為流體的黏度，斜率大小代表黏度的高低。（2）黏度值是個常數，不受剪切速率或剪切應力單方面變化的影響，只有它們同時變化才能影響?zhàn)ざ戎怠＃?）只要有力作用即流動，無論力大小。見圖15-23。第三節(jié)流體的基礎流變學4.流體特征第三節(jié)流體的基礎流變學第三節(jié)流體的基礎流變學

※

關于Newton流體有兩點說明①絕對的Newton流體是不存在的

理想的Newton流體是無彈性、不可壓縮和各向同性的，實際上不存在這樣的流體，但有些流體因其性質在一定條件下與Newton流體相近，可近似為Newton流體。②Newton流體具有恒定黏度的結論只在層流條件下成立。第三節(jié)流體的基礎流變學※關于Newton流體有兩點說明第三節(jié)流體的基礎流變學

5.流型成因

（1）流體內部組成物質（分散相質點、溶質分子或純液體分子）之間在靜止時沒有形成“可變結構”，在流動時也無“可變結構”形成。

（2）在一般剪切速率范圍內是穩(wěn)固的結構（象水等有分子間氫鍵的籠型結構，通常認為不受剪切速率變化影響）或無結構狀態(tài)。

第三節(jié)流體的基礎流變學5.流型成因第三節(jié)流體的基礎流變學

6.實例化工領域著名的Newton流體的例子是甘油、乙醇、極稀的溶膠和高分子溶液等。在食品工業(yè)中，只有水、白醋、白酒、蔗糖水、汽水、少數植物油等屬于Newton流體，其它絕大多數均為非Newton流體。第三節(jié)流體的基礎流變學6.實例第三節(jié)流體的基礎流變學三、非Newton流體

（1）非Newton流體種類繁多，不勝枚舉絕大多數生物流體，如人身上的血液、淋巴液、囊液等多種體液以及像細胞質那樣的“半流體”都屬于非Newton流體。

（2）非Newton流體包括塑性流體（剪切變?。?、假塑性流體、膨脹流