非牛頓流體的流動(dòng)教學(xué)課件

高等流體力學(xué)8非牛頓流體的流動(dòng)8非牛頓流體的流動(dòng)水、空氣和潤(rùn)滑油等是化學(xué)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的低分子流體,其運(yùn)動(dòng)遵循牛頓內(nèi)摩擦定律,即剪切應(yīng)力τ與流速梯度業(yè)成線性關(guān)系,如下式所示:這一類流體稱為牛頓流體。上式中的μ是在任意給定溫度、壓強(qiáng)條件下牛頓流體流動(dòng)的特征性比例常數(shù),此比例常數(shù)即所謂流體粘度(動(dòng)力粘性系數(shù))。8非牛頓流體的流動(dòng)含蠟原油、泥漿、油漆、髙分子熔體和溶液、生物流體(動(dòng)物關(guān)節(jié)液、血液、植物粘液等)、乳濁液及懸浮液等具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的流體,其流動(dòng)一般不服從牛頓內(nèi)摩擦定律,因而稱為非牛頓流體。只有牛頓流體才具有一種可以嚴(yán)格地稱之為粘度的概念,所有非牛頓流體都需要兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)來描述其粘稠特性。但為了方便起見,引入表觀粘度(或稱視粘度)η來近似描述非牛頓流體的粘稠特性。7非牛頓流體的流動(dòng)涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門,如化工、輕工、食品、石油、水利、建筑、冶金等等8非牛頓流體的流動(dòng)81非牛頓流體的分類及其流變方程82非牛頓流體的結(jié)構(gòu)流83塑性流體的流動(dòng)規(guī)律84冪律流體的流動(dòng)規(guī)律8.5卡森流體在圓管中的結(jié)構(gòu)流86管流研究的特性參數(shù)法87非牛頓流體流變性參數(shù)的測(cè)定8.1非牛頓流體的分類及其流變方程8.1.1非牛頓流體的分類非牛頓流體力學(xué)的研究對(duì)象主要是流體,它要研究的是流體的流動(dòng)與變形,因此,非牛頓流體力學(xué)就是硏究流體流變學(xué)的科學(xué),也可稱為流體流變學(xué)。(1)材料的分類因?yàn)榉桥ｎD流體力學(xué)研究的流體,有的既具有固體的性質(zhì)(彈性),又有流體的性質(zhì)(粘性),所以我們先從流變學(xué)觀點(diǎn)對(duì)材料進(jìn)行分類。8.1非牛頓流體的分類及其流變方程i超硬剛體這是一種絕對(duì)剛體,也稱歐幾里得剛體。剛體的粘度無限大,在任何外力下不發(fā)生形變。i彈性體在外力作用下發(fā)生形變,外力解除后,形變完全恢復(fù)。按變形和回復(fù)時(shí)間又可分為三種(a)理想彈性體:形變和回復(fù)瞬時(shí)完成,遵守胡克定律,即應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系。(b)非胡克彈性體:形變和回復(fù)瞬時(shí)完成,但不遵守胡克定律。(c)高彈體形變和回復(fù)都需要一定的時(shí)間(松弛時(shí)間)8.1非牛頓流體的分類及其流變方ⅲ超流動(dòng)體超流動(dòng)體也稱帕斯卡液體,其粘度無限小,任何微小的力都能引起大的流動(dòng)。例如:液態(tài)氦iv流體任何微小的外力都能引起永久變形(不可逆流動(dòng))塑性體應(yīng)力達(dá)到一臨界值時(shí),這種物體才發(fā)生流動(dòng),且其形變完全不可逆。8.1非牛頓流體的分類及其流變方程ⅵi塑彈體這種物體在外力作用下既有塑性流動(dòng),又有彈性變形,形變不能完全回復(fù)。且以彈性形變?yōu)橹?塑性流動(dòng)為副。ⅶ粘彈體在外力作用下既有粘性流動(dòng),又有彈性形變,形變緩慢,不遵守胡克定律,外力解除后留下永久變形。這種物體以粘性流動(dòng)為主,以彈性形變?yōu)楦?.1非牛頓流體的分類及其流變方程(2)流體的分類ⅰ按照剪切應(yīng)力與變形率之間的關(guān)系,可將流體分為牛頓流體和非牛頓流體。牛頓流體是均勻單一的流體,而非牛頓流體般是由液相、固相組成的混合體ⅱ按照有無粘性的特點(diǎn),可將流體分成粘性流體和理想流體粘性流體又可分為純粘性流體和既具有粘性又具有彈性的粘彈性流體兩大類8.1非牛頓流體的分類及其流變方程表1粘性流體的分類牛頓流體(a)純粘性流體在撒除剪切應(yīng)力后假塑性流體純粘性流體與時(shí)間無關(guān)的在受剪切應(yīng)力作用膨脹性流體期間的任何形變都不粘實(shí)漢流體(塑性流體非會(huì)回復(fù)屈服-假塑性流體牛(b)而粘彈性流體頓在撤除剪切