流变学简介
流变学是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科,是物理学的一个分支，它主要研究材料在外界作用(应力、应变、温度、电场、磁场、辐射等)下的变形和流动的科学。这里所说的材料既包括流体形态，也包括固体形态的物质。在常温常压下，物质可分为固体、液体和气体三种状态；特殊情况下，还有等离子态和超固态。气体和液体又合称为流体。
从力学分析的角度，通常认为流体与固体的主要差别，在于它们对于外力的抵抗能力不同。固体有能力抵抗一定大小的拉力、压力和剪切力。当外力作用在固体上时，固体将产生一定程度的相应变形。固体静止时，可以有法向应力和切向应力。而流体在静止时，则不能承受切向应力，微小的剪切刀将使流体产生连续不断的变形。只有当剪切力停止作用时，流体的变形方会停止。流体这种在外力作用下连续不断变形的宏观性质，通常称为流动性。
虎克弹性固体力学
一般认为，英国物理学家虎克于1678年首先提出了，在小变形情况下，固体的变形与所受的外力成正比。这一弹性体变形与应力关系的基本规律，后来称为虎克定律。
牛顿流体力学
英国科学家牛顿在1687年最先提出了流体的应力和应变率成正比，后来将此称为牛顿黏性定律，并将符合这一规律的流体称为牛顿流体，其中包括最常见的流体—水和空气，而将不符合这一规律的流体称为非牛顿流体。
上述两定律是在17世纪发表的，但直到19世纪末才由柯西、纳维、斯托克斯等人推广到三维变形和流动，并为科学界广泛接受。从那以后，虎克弹性固体力学和牛顿流体力学随着它在许多工程分支学科中的应用，而得到巨大的发展。但是流变学通常并不包括对上述两种情况的研究，流变学要研究更加复杂的材料。
流变学的诞生
1928年雷纳应邀从巴勒斯坦到美国访问，与印地安纳州Lafayette学院的宾汉（Bing ham E C 1878～1945）教授一起工作。宾汉对雷纳说，我（一个化学家）和你（一个土木工程师），一起工作解决共同的问题，随着胶体化学的发展，这种工作方式将会变得很平常，因此需要建立一个物理学科的分支来处理这类问题。雷纳告诉宾汉，这样的分支是存在的，并且作为连续介质力学而被人们所认识。宾汉认为这样做不好，会吓跑化学家，需要给它起一个新的名字。
宾汉请教了一位担任古典文学教授的同事，根据公元前6世纪古希腊哲学家赫拉克利特（Heraclitus）“一切皆流”的说法，提出了“流变学”（Rheology）这个名字。Rheo
一词来源于希腊语Rheos（流动）之意。Rheology的中文译名没有简单地译成流动学，而是创造性地译成流变学，既有流动，又有变形。
宾汉于1928年在美国提议成立了流变学会（Rheological Society），研究材料的变形和流动。1929年召开了流变学会的第一次会议，并创办了《流变学杂志》。
这个流变学杂志，在1933年后曾停止出版；1957年作为《Transactions of Socie ty of Rheology》重新出版；1978年又恢复其最初的名字《流变学杂志》（Journal of R heology）。
宾汉是流变学的奠基人。他研究了悬胶、油漆、水泥等一些材料的流变特性，写了一系列论文，特别是在1919年和H.格林联合发表的论文“油漆是一种塑性材料而不是黏性流体”，该文指出，油漆在剪切应力较小时，剪切应变率为零（或不发生流动），只有在剪切应力超达过临界值（即屈服应力）时，才发生流动，这时应变率和应力与屈服应力之差成正比。后来人们将具有这种流变规律或本构关系的材料或物质，称为黏塑性材料或宾汉塑性材料（简称宾汉体）。Eg:除油漆外，石膏、悬胶、面粉团，水泥砂浆等均可作为宾汉体来处理。圣维南的塑性流动材料和牛顿流体，均可作为宾汉体的特殊情况，前者的流动速度为零，后者的屈服应力为零。
直到第二次世界大战爆发以前，美国流变学会仍是世界上唯一的流变学会。1939年，荷兰皇家科学院成立了以J.M.伯格斯为首的流变学小组。1940年，英国成立了流变学家俱乐部。
1945年12月国际科学联合会（International Council of Scientific Unions）组织了一个流变学委员会。1947年在冯卡门主席的主持下举行了第一次会议，代表们来自物理、化学、生物科学、大地测量、空气物理、理论和应用力学的国际联合会。委员会的职能是：对流变学的专门名词进行命名；对流变学的论文进行摘要；组织国际流变学会议等。1968年前，国际流变学会议每5年举行一次。1968年以后，每4年举行一次。第15届国际流变学会议是2008年8月在美国举行的。
1973年国际流变学委员会被接纳为国际纯粹和应用化学联合会的分支机构。
1974年国际流变学专业委员会被接纳为国际理论和应用力学联合会的分支机构。
流变学的研究对象
流动的固体—流变学的研究对象之一
流动的固体，是指弹性形变与黏性流动同时存在的物体。“弹性形变”是指短暂的、能恢复原状的形变。而“黏性流动”是指持续的、不能恢复原状的形变，它也被称为“流变”。过去一般谈固体时，是指只有弹性形变的物体；谈到流体时，是指只有黏性流动的流体。实际上，同时具有这两种性质的物体是很多的。
用钢棒和沥青棒作如下的实验：将钢捧放在两支点上，棒的正中间放一重物，此时钢棒弯了；当重物取走时，弯曲了的钢棒能完全恢复原状如下图a。钢棒此时是弹性形变。将沥青棒放到两支点上，如下图b那样，中间也放一重物。重物放置一段时间后取走，沥青捧稍恢复了一点，但并没恢复原状，还是弯的。这里的沥青棒，除有弹性形变外，己有了流变。如在沥青棒中间用手快速按一下，抬起手后，它能恢复原状，表现出很好的弹性。但若手按下较长时间再抬起，就己不能恢复原状。同是一根沥青捧，迅速按一下，它是弹性体；较长时间地按，又显现有流体的性质。
实际上很多物体，当外力作用的时间小于某一时间时，物体表现出弹性；当外力作用的时间大于这一时间，物体就会流变。这个时间就叫做物体的“缓和时间”。“缓和时间”是一个时间阈值，当外力作用时间超过此阈值时，物体的弹性就会“缓和”而产生流变。弹性体与流体之所以不同，也可认为只是其缓和时间不同而已。缓和时间无限长的物体，是理想的弹性体；缓和时间等于零的物体是理想的流体。具有弹性和黏性混合性质的物体，其缓和时间既不为零，也不是无穷大，它们就是可流动的固体，或者是有弹性的流体。
固体表现出流动的性质，除了外力作用时间的因素外，还有温度的因素。当温度不断升高时，大部分物体都会要流变，表现出流体的性质。
现代工业需要耐高温、耐蠕变的高质量的金属、合金、陶瓷和高强度的聚合物，因此与固体蠕变断裂有关的流变学分支会迅速发展起来。核工业中核反应堆和粒子加速器的发展，也为研究幅射产生的流变打开了新的领域。
在地球科学中，人们很早就知道时间过程这一重要因素。当观察地质断面时，可以看到岩石有皱纹的褶曲结构，这是岩石在流动的证据。在几亿年的地质年代里，岩层受着横向的力而流变成褶曲形状。在江西庐山芦林桥附近，有一处“第四纪冰川遗迹”,己立碑成为向旅游者展示岩石也在流动的景点。有人曾测量计算过冰川的黏性，大约是混凝土的100万倍；而混凝土的黏性，大约是水的100亿倍。可见无论冰川是多么“黏”，多么难于流动，经过了几千年、几万年，终究还是在慢慢地向下流动着。流变学为研究上地壳中有趣的地球物理现象（如冰川期以后的上升、层状岩层的褶皱、造山作用、地震成因以及成矿作用等）提供了物理-数学工具。对于地球内部的过程，如岩浆活动、地幔热对流等，也可利用高温、高压岩石流变试验来模拟，从而推动了地球动力学的研究。
自然界中整个地质年代里的蠕变，岩石的流动尚在继续中
非牛顿流体—流变学的研究对象之二
非牛顿流体是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然之中。
绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。
近几十年以来，促使非牛顿流体研究迅速发展的主要动力之一，是聚合物工业的发展。绝大多数聚合物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酰、尼龙6、PVS、赛璐珞、涤纶、橡胶溶液、各种工程塑料、化纤的熔体、溶液等，都是非牛顿流体。
石油、泥浆、水煤浆、陶瓷浆、纸浆、磁浆、油漆、油墨、牙膏、泡沫、液晶、泥石流、地幔、家蚕丝再生溶液、钻井用的洗井液和完井液、感光材料的涂液、高含沙水流等都是非牛顿流体。
在食品工业中，蛋清、炼乳、琼脂、果酱、酱油、土豆浆、番茄汁、淀粉液、苹果浆、浓菜汤、糖稀、熔化巧克力、面团、米粉团以及鱼糜、肉糜等各种糜状食品物料，也都是非牛顿流体。
总之，在日常生活和工业生产中常遇到的各种高分子溶液、熔体、膏体、凝胶、交联体系、悬浮体系等复杂性质的流体，差不多都是非牛顿流体。有时为了工业生产的目的，在某种牛顿流体中，加入一些聚合物，在改进其性能的同时，也将其变成为非牛顿流体，如为提高石油产量使用的压裂液、新型润滑剂等。
现在也有人将血液、果浆、蛋清、奶油等这些非常黏稠的流体，牙膏、石油、泥浆、油漆、各种聚合物（聚乙烯、尼龙、涤纶、橡胶等）溶液等非牛顿流体，称为软物质。
非牛顿流体有许多奇妙的特性，如射流胀大、无管虹吸、剪切变稀、拔丝、湍流减阻等，其中有一个使人感兴趣的特性，就是部分非牛顿流体具有弹性，亦称为黏弹性流体。当旋转杆插入黏弹性流体时，流体将沿杆向上爬，液面呈凸形。
中国的流变学研究
中国最早从事流变学研究工作的可能是地质力学家。第一本翻译成中文的流变学书籍，是雷纳的《理论流变学讲义》，是由中国科学院岩体土力学研究所的6位研究人员于1965年合译出版的。
1978年制定全国力学发展规划时，认为流变学是必须重视和加强的薄弱领域。
国内流变会议
1985年中国力学学会与中国化学会联合成立了流变学专业委员会，并在湖南长沙召开了第一届全国流变学学术会议。经中国科学技术协会批准，中国流变学专业委员会对外称为“中国流变学会”，第一届的主任委员是北京大学教授、英藉华人科学家陈文芳。第一届全国流变学会议有来自高等院校、研究和生产部门的178位代表参加，提交了125篇研究论文。会后由学术期刊出版社出版了《流变学进展─中国化学会、中国力学学会第一届全国流变学会议论文集》，收入115篇论文，按内容分别列为专题评论、非牛顿流体力学、聚合物熔体、聚合物溶液、黏弹性和固体力学、分散体系、生物医学物质、聚合物加工、流变测量法等9章，反映了当时中国流变学研究的状况。
1987年在成都召开了第二届全国流变学会议，并开始使用中国流变学会的会徽。
1990年在上海，1993年在广州，1996年在北京，1999年在武汉，2002年在廊坊，20 06年在济南，2008年在长沙，分别召开了第3至9届全国流变学会议，每届会议均正式出版了会议论文集。
1995年在上海、1997年在西安、2000年在合肥召开的电-磁流变学全国会议。
国内召开的国际流变会议
1991年10月,在北京还召开了“中日国际流变学学术会议”。
1997年9月,受国际理论与应用力学联合会（IUTAM）委托，在北京召开了“带缺陷物体流变学科学研讨会”。
2005年,在上海召开了第四届泛太平洋地区国际流变学学术会议（PRCR4）。
这三次国际会议也都出版了论文集。
从这段流变学产生的简史可以看出，流变学从一开始就是由于工程实际的需要，从连续介质力学和胶体化学的边缘上生长出来的新兴交叉学科，它不但从一开始就沟通了力学和化学这两个一级学科，而且在力学中也沟通了流体力学和固体力学这两个二级学科。
流变学是沟通流体力学和固体力学的学科反映物质或材料物理性质之间的关系式，统称为本构方程（或本构关系或状态方程）。在固体力学中，本构方程一般专指应力张量与应变张量之间的关系。在流体力学中，本构方程是指应力张量与应变率张量之间的关系。
固体流变学
对于固体，人们已认识到同时体现弹性形变和黏性流变的材料，是黏弹性材料。材料的黏弹性又可分为线性和非线性两大类。若材料兼有塑性和黏性的性质，则称为黏塑性材料，对于聚合物和一定条件下的金属往往需要考虑其黏塑性。当应力达到一定值时，黏弹性材料呈塑性变形，或物体在弹性变形过程和塑性阶段均具有黏性效应，则称这种材料为黏弹塑性材料。许多作者己在研究工作中讨论和使用黏弹性、黏塑性和黏弹塑性的本构方程，这实际上己突破经典的固体力学本构关系，进入了固体流变学的领域。
在固体力学研究中，因要深入研究材料的破坏机理，还要类似流体力学，对固体材料考虑应变率，研究其动力学过程。
流体流变学
流体力学的研究内容，在20世纪中期之后已有了很大的转变。在石油、化工、能源、材料、生物工程和环保等领域所遇到的流体，已常是非牛顿流体。由于非牛顿流体涉及许多工业生产部门的工艺、设备、效率和产品质量，也涉及人本身的生活和健康，所以越来越受到力学工作者的重视。
流变学是力学在20世纪与化学、物理、工程科学交叉发展的新兴学科。中国许多力学工作者的工作实际上己涉足流变学的研究领域，但由对流变学缺乏了解，而又未意识到，因此也就未能从与工程科学密切联系又正蓬勃发展的流变学中吸取营养。力学发展的关键之一，在于与各个学科及工程领域相结合，流变学正是这样一个有生命力的重要研究领域。
[参考文献]
1.王振东,1999年11月在武汉华中科技大学召开的第六届全国流变学学术会议上的大会报告，后发表于《力学与实践》2001年23卷4期
2.中国流变网论坛
1. 简述流变学的定义 流变学是研究材料在外力作用下流动与形变规律的科学。材料包括固体和流体，外力为动力，流动与形变称为力学响应。 2. 何为本构方程？ 流变方程或本构方程：在不同物理条件下(如温度、压力、湿度、辐射、电磁场等)，以应力、应变和时间的物理变量来定量描述材料的状态的方程 3. 流变学有哪几类分类原则？按各分类原则共有哪几个流变学分支？ 1 根据研究方法分类 ①实验流变学——通过现代实验技术来揭示材料的流变规律 ●建立材料的经验或半经验流变模型，解决工程中的流变学问题 ●揭示材料在各种条件下流变性的物理本质 ●研究测量原理和测试技术，用以研制或改进测试仪器和测试手段 ②理论流变学——应用数学、力学、物理等基本理论与方法，研究材料质的流变现象。建立能够充分描述材料内部结构与材料力学特性之间关系的流变模型，揭示材料流动与形变的本质与规律性。 2 根据研究尺度 ①宏观流变学——用连续介质力学方法来研究材料的流变性（连续介质流变学、唯象流变学） ②结构流变学——从分子、微观出发，研究材料流变 性与材料结构(包括化学结构、物理结构和形态结构)的关系。结构流变学还常被称为分子流变学或微观流变学。 3 根据工程应用分类 聚合物流变学——研究对象为聚合物材料(聚合物固体、熔体和溶液) 生物流变学——研究对象为生物流体(如血液、粘液、关节液等)和生物物质(如肌肉、心脏、膀胱、其它软组织、软骨等) 地质流变学——研究对象为岩石、地层等 石油工程流变学——研究对象为原油、天然气、钻井液、完井液、压裂液、驱油剂、调剖剂 冶金流变学，土壤流变学等等 4. 试分析内摩擦力（切应力）产生的机理及其对流体宏观流动的影响。 （1）产生的机理： ①以不同速度运动的两层间分子热运动引起的动量 交换; A-A层流体的宏观运动速度较大，该层分子 具有较大的动量，迁移到B-B层后使该层流体加速； 而B-B层的分子动量较小，进入A-A层后，使该层 流体减速 ②两层相邻的流体分子之间的附着力；界面C-C两侧相 邻流体层之间存在着一对平行于该面的作用力——切应力Tyx （2）对流体的影响： ①对较高速的层（分子、粒子）流动是阻力；阻滞高速层的流体。 ②对低速分子为动力；使速度较低的流体层加速。 5. 牛顿本构方程所描述的流体流变性的基本特点是什么？ 6. 以流变性作为分类原则，流体可分为哪几类？每类流体的流变学主要特点是
非牛顿流体力学研究进展 摘要 对非牛顿流体流变学特性的正确理解程度直接影响我们对非牛顿流体本质特性的理解，所以研究非牛顿流体的流变学特性有助于人类更好的驾驭非牛顿流体，对建立非牛顿流体的本构方程、从数学上描绘非牛顿流体具有重要的意义。近来,国内外学者从非牛顿流体不同的应用范围对非牛顿流体的流变特性开展了大量的研究。比如对聚合物和表面活性剂溶液流变特性的研究、对食品生产辅助材料流变特性的研究、以及对聚合物溶液和石油等流变特性的研究等。 关键词：非牛顿流体；本构方程；流变特性
前言 非牛顿流体是不服从粘度的牛顿定律的流体。非牛顿流体力学是研究非牛顿流体的本构方程，材料参数（函数）的测量和非牛顿流体的流动等的学科。在国内由于国民经济的急需,非牛顿流体力学日益受到科技界的重视，不少单位从应用的角度出发进行了这方面的研究工作。 1978年全国力学规划认为非牛顿流体力学是必须重视和加强力量的薄弱领域，此后非牛顿流体力学有了很大的发展。1979年后在北京、成都、青岛等地举办了多次讲习班。许多国外非牛顿流体力学家、流变学家访问了中国并举办了讲座。1982年4月召开的第2届全国多相流体力学、非牛顿流体力学和物理一化学流体力学学术会议，同第l届会议相比,非牛顿流体力学方面的研究进展显著。1983年10月第2届亚洲流体力学会议上，中国宣读了8篇非牛顿流体力学方面的论文。1985年11月在长沙召开的第3届全国流体力学会议和第1届全国流变学会议上，宣读了非牛顿流体力学论文几十篇。目前在北京、上海、成都等地正逐渐形成非牛顿流体力学研究和教学的基地。
非牛顿流体力学研究进展 自然界最常见的流体以空气和水为代表,通常被认为是牛顿流体,它们的主要特征是切应力和切应变率之间的关系服从牛顿内摩擦定律,在流体力学的发展史上,经典流体力学的研究对象主要局限在牛顿流体的范畴,迄今为止已经形成了比较完整的理论体系。应该指出的是,在自然界和工程技术界,还存在一系列形形色色的非牛顿流体,比如油漆、蜂蜜、牙膏、泥浆、煤水浆、沥青和火山熔岩等,它们往往具有与牛顿流体不同的本构方程和流动特性。此外,随着科学技术的发展,某些原本被认为是牛顿流体的介质在精细的观测或特殊的情况下也被发现存在非牛顿流体的特性。 以血液在毛细管中的流动为例,Poiesulell于19世纪初的研究结果认为它具有牛顿流的特征；1942年CoPIey的测量却表明它存在剪切稀化的非牛顿流特性；1972年Huang等人的进一步实验测定了血液的迟滞环和应力衰减特性,定量给出了描述血液触变性的曲线。再比如,在水锤这一类瞬变运动中,由于特征时间非常短,水也会在瞬间呈现出弹性等非牛顿流体才可能存在的特征。在微流动中,当特征尺度非常小时,水分子旋转效应对流动的影响也会使水呈现出微极性流体所具有的非牛顿流特征。 当前,国际上非牛顿流体力学中重要的研究领域有以下几个方面。 (一)本构方程 本构方程最好用张量形式写出,它不但能满足对坐标系具不变性的原则,而且形式简练。对于不可压和各向同性的流体,其应力张量S可写成:S=pI十T,` 式中p为标量,I为单位张量,T为偏应力张量。非牛顿流体力学与牛顿流体力学不同,由于它不能用一种本构方程来适用各种流动情况,所以发展了各式各样的本构方程。 （1）广义牛顿流体这种流体没有弹性,但其粘度是剪切速率的函数,其本构方程如下: T=η（Ⅱ）A， 其中A为里夫林一埃里克森张量(应变率张量的两倍)；Ⅱ一1/2trA2,为A的第二个不变量；η（Ⅱ）为各种粘度函数。 (2)具有屈服应力的流体石油工业中的钻井泥浆和牙膏等物质具有一屈服应力τy。当剪应力低于τy时,流体静止；当剪应力超过τy时,流体流动。此种流体也称为粘塑性流体。 (3)触变性流体当施加剪切速率γ0于凝胶漆等物质时,剪切应力达到τ0。当γ0保持
【引言】最近’非牛顿流体’经常 【研究目的】(1)初步了解非牛顿流体的制备方法与识别标准 (2)初步认识非牛顿流体的特殊性质 (3)非牛顿流体的创新应用 【器材】淀粉，水，硬质小球，两容器，一表面光滑的长棍，一中空导管 一碟一碗一杯一筷子 【研究过程】1以淀粉：水=3：1的比例先加水后加淀粉混合两物质，搅拌的淀粉糊(非牛顿流体) 2用一保鲜袋包着穿个洞再再用力挤. 3再使其自由流下 4在一只有粘弹性流体（非牛顿流体的一种）的烧杯里，把实验杆插进流体中 再旋转。 5把流体装进一杯中,微向侧倾致有流体留下,再立正. 6用一重球从高处落下打到流体上。 【总结与思考】 【本研究查的资料】(1)淀粉糊型非’的制法 (2)非’的辨别标准 (3)非牛顿流体特性及研究 3.1 射流胀大 如果非牛顿流体被迫从一个大容器流进一根毛细管，再从毛细管 流出时，可发现射流的直径比毛细管的直径大 3.2爬杆效应
在一只有粘弹性流体（非牛顿流体的一种）的烧杯里，旋转实 验杆。对于牛顿流体，由于离心力验的作用，液面将呈凹形；而 对于粘弹性流体，却向杯中心运动，并沿杆向上爬，液面变成凸 形。甚至在实验杆的旋转速度很低时，也可以观察到这一现象。 3.3无管虹吸 将管子慢慢地从容器里拔起时，可以看到虽然管子已不再插在 流体里，流体仍源源不断地从杯中抽起，继续流进管里。甚至 更简单地，连虹吸管都不要，将装满该流体的烧杯微倾，使流 体流下，这过程一旦开始，就不会中止，直到杯中流体都流光。 3.4连滴效应(其自由射流形成的小滴之间有液流小杆相连) 3.5拔丝性(能拉伸成极细的细丝，可见笔者另一文“春蚕到死丝方 尽”) 3.6剪切变稀 3.7液流反弹 (4)非’目前的应用
奇妙的非牛顿流体 王振东 (天津大学力学系，天津 300072) 牛顿1687年发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。实验是在两平行平板间充满水时进行的(图1)，下平板固定不动，上 平板在其自身平面内以等速U向右运动。此时附于上下平板的流体质点的速度分别为U和0，两平板间的速度呈线性分布。由此得到了著 名的牛顿粘性定律 式中，τ是作用在上平板流体平面上的剪应力，du/dy是剪切应变率，斜率μ是粘度系数。 斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上，作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性、流体静止时应变率为零的三项假设，从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程，以及现被广泛应用的纳维－斯托克斯方程。 后来人们在进一步的研究中知道，牛顿粘性实验定律(以及在此 基础上建立的纳－斯方程)对于描述像水和空气这样低分子量的流体 是适合的，而对描述具有高分子量的流体就不合适了，那时剪应力与剪切应变率之间已不再满足线性关系。为区别起见，人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。 1 形形色色的非牛顿流体 早在人类出现之前，非牛顿流体就已存在，因为绝大多数生物流 体都属于现在所定义的非牛顿流体[1]。人身上的血液、淋巴液、囊 液等多种体液以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。现在去医院作血液测试的项目之一，已不再说是“血粘度检查”，而是“血液流变学检查”(简称血流变)，这就是因为对血液而言，剪应力与剪切应变率之间不再是线性关系，已无法只给出一个斜率(即粘度) 来说明血液的力学特性。
近几十年来，促使非牛顿流体研究迅速开展的主要动力之一是聚 合物工业的发展。聚乙烯，聚丙烯酰氨，聚氯乙烯，尼龙6，PVS，赛璐珞，涤纶，橡胶溶液，各种工程塑料，化纤的熔体、溶液等都是非牛顿流体。 石油，泥浆，水煤浆，陶瓷浆，纸浆，油漆，油墨，牙膏，家蚕 丝再生溶液，钻井用的洗井液和完井液，磁浆，某些感光材料的涂液，泡沫，液晶，高含沙水流，泥石流，地幔等也都是非牛顿流体。 非牛顿流体在食品工业中也很普遍[2]，如番茄汁，淀粉液，蛋清，苹果浆，菜汤，浓糖水，酱油，果酱，炼乳，琼脂，土豆浆，熔化巧克力，面团，米粉团，以及鱼糜、肉糜等各种糜状食品物料。 综上所述，在日常生活和工业生产中常遇到的各种高分子溶液， 熔体，膏体，凝胶，交联体系，悬浮体系等复杂性质的流体，差不多都是非牛顿流体。有时为了工业生产的目的，在某种牛顿流体中，需加入一些聚合物，在改进其性能的同时也将变成为非牛顿流体，如为提高石油产量使用的压裂液，新型润滑剂等。 2 非牛顿流体的奇妙特性及应用 2.1 射流胀大 如果非牛顿流体被迫从一个大容器流进一根毛细管，再从毛细管 流出时，可发现射流的直径比毛细管的直径大（图2）。射流直径与毛细管直径之比称为模片胀大率（亦称为挤出物胀大比）。对牛顿流体，它依赖于雷诺数，其值约在0.88～1.12间。而对于高分子熔体或浓溶液，其值大得多，甚至可超过10。一般来说，模片胀大率是流动速率与毛细管长度的函数。 模片胀大现象在口模设计中十分重要。聚合物熔体从一根矩形截 面的管口流出时，管截面长边处的胀大比短边处的胀大更加显著，在管截面的长边中央胀得最大（图3）。因此，如果要求产品的截面是矩形的，口模的形状就不能是矩形，而必须是像图4所示的那种形状。 这种射流胀大现象也叫Barus效应或Merrington效应。
牛顿流体力学的研究内容 和研究方法 一.非牛顿流体力学的研究内容 1.非牛顿流体流体力学的形成 1867年.麦克斯韦提出线性粘弹性模型标志着非牛顿流体力学开始研究； 1950年.奥尔德罗伊德提出建立非牛顿流体本构方程基本原理，把线性粘弹性理论推广到非线性范围；
此后，W.诺尔、.埃里克森、.里夫林、C.特鲁斯德尔等人对非线性粘弹性理论的发展也做出贡献； 1976年K.沃尔特斯等人创办国际性专业刊物《非牛顿流体力学杂志》； 20世纪70年代后期，非牛顿流体力学、聚合物加工、流变技术等非牛顿流体力学的专着相继出版。至此，标志着流体力学已发展成为一个独立的学科》体力学的研究内容 2.研究内容 非牛顿流体力学是流体力学的一个
重要分支，主要非牛顿的流变规律；研究内容主要包括非牛顿流体流变参数的测定方法、非牛顿流体的本构方程以及非牛顿流体在复杂流场中的流变规律等内容。在石油工程领域，钻井液和完井液的循环过程，油井采出液在泵或井筒内的流动过程，聚合物驱油的微观机理，压裂液和驱替液的注入过程，以及油田采出液的集输和处理等工艺流程都涉及非牛顿流体流动问题，这就要求从事石油工程技术的科学工作者必须将具备非牛顿流体力学方面的只是，以便在石油工程的建设和管理中更好地发挥作用。
二、非流体力学的研究方法 1.实验方法 实验方法的步骤： （1）运用相似理论，针对具体的研究对象确定相似准数和相似准则；（2）依据模型律来设计和制造模型，确定测量参数，选择相应仪器仪表，建立实验装置； （3）制定实验方案并进行实验，观察流动现象，测量流动参数； （4）运用量纲分析等方法整理和分析实验数据，与其他方法或着作所得的结果进行比较，从中总结出流动规律。 实验研究的优点：能够直接解决工
流变学简介 流变学是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科,是物理学的一个分支，它主要研究材料在外界作用(应力、应变、温度、电场、磁场、辐射等)下的变形和流动的科学。这里所说的材料既包括流体形态，也包括固体形态的物质。在常温常压下，物质可分为固体、液体和气体三种状态；特殊情况下，还有等离子态和超固态。气体和液体又合称为流体。 从力学分析的角度，通常认为流体与固体的主要差别，在于它们对于外力的抵抗能力不同。固体有能力抵抗一定大小的拉力、压力和剪切力。当外力作用在固体上时，固体将产生一定程度的相应变形。固体静止时，可以有法向应力和切向应力。而流体在静止时，则不能承受切向应力，微小的剪切刀将使流体产生连续不断的变形。只有当剪切力停止作用时，流体的变形方会停止。流体这种在外力作用下连续不断变形的宏观性质，通常称为流动性。 虎克弹性固体力学 一般认为，英国物理学家虎克于1678年首先提出了，在小变形情况下，固体的变形与所受的外力成正比。这一弹性体变形与应力关系的基本规律，后来称为虎克定律。 牛顿流体力学 英国科学家牛顿在1687年最先提出了流体的应力和应变率成正比，后来将此称为牛顿黏性定律，并将符合这一规律的流体称为牛顿流体，其中包括最常见的流体—水和空气，而将不符合这一规律的流体称为非牛顿流体。 上述两定律是在17世纪发表的，但直到19世纪末才由柯西、纳维、斯托克斯等人推广到三维变形和流动，并为科学界广泛接受。从那以后，虎克弹性固体力学和牛顿流体力学随着它在许多工程分支学科中的应用，而得到巨大的发展。但是流变学通常并不包括对上述两种情况的研究，流变学要研究更加复杂的材料。 流变学的诞生 1928年雷纳应邀从巴勒斯坦到美国访问，与印地安纳州Lafayette学院的宾汉（Bing ham E C 1878～1945）教授一起工作。宾汉对雷纳说，我（一个化学家）和你（一个土木工程师），一起工作解决共同的问题，随着胶体化学的发展，这种工作方式将会变得很平常，因此需要建立一个物理学科的分支来处理这类问题。雷纳告诉宾汉，这样的分支是存在的，并且作为连续介质力学而被人们所认识。宾汉认为这样做不好，会吓跑化学家，需要给它起一个新的名字。 宾汉请教了一位担任古典文学教授的同事，根据公元前6世纪古希腊哲学家赫拉克利特（Heraclitus）“一切皆流”的说法，提出了“流变学”（Rheology）这个名字。Rheo
姓名：高墨尧学号：20150614 专业：农业机械化 非牛顿流体的分类 根据非牛顿流体的粘度函数是否和剪切时间有关，可以把非牛顿流体分成两大类：非时变性非牛顿流体和时变性非牛顿流体。 1、非时变性非牛顿流体 这类流体的切应力仅与剪切速率有关，即粘度函数仅与应变速率或（切应力）有关，而与时间无关。非时变性非牛顿流体主要包括： 假塑性流体：粘度随剪切速率的增大而降 低。特点： （1）在直角坐标系中，其流变曲线为凹向 剪切速率轴的且通过原点的一条曲线。 （2）τ和γ&是一一对应的，即受力就有流 动，但τ与γ&的变化关系不成比例（即不符合 牛顿流体内摩擦定律，故为非牛顿流体）。随着γ&的增加，τ的增加率逐渐降低。 胀塑性流体：粘度随剪切速率的增大而增 大。特点： （1）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。 （2）一受力就有流动，但剪切应力与剪切 速率的不成比例，随着剪切速率的增大，剪切 应力的增加速率越来越大，即随着剪切速率的增大，流体的表观粘度增大，这种特性被称为剪切增稠性。因此，膨肿性流体具有剪切增稠性。 宾汉流体：理想粘塑性流体,存在一定程度的屈服应力。特点： （1）流变曲线如图所示，为一条直线，但直线不通过坐标原点，而是与剪τ处相交。 切应力轴在 B
τ时，宾汉 （2）当对流体施加的外力τ< B 姆流体并不产生流动，体积只产生有限的变形， τ时，体系才产生流动。且流动后 只有当τ> B τ是使体系产生流动所需 流体具有剪切稀释性。 B 要的最小剪切应力，即使流体产生大于0的剪切 速率所需要的最小剪切应力，称之为屈服值。屈 服值的大小是体系所形成的空间网络结构的性质所决定的。 凡是具有屈服值的流体均称为塑性流体，外力克服其屈服值而产生的流动称为塑性流动。 2、时变性非牛顿流体 这类流体的粘度函数不仅与应变速率有关,而且还与剪切持续时间有关。大致可分为两类： 触变性和流凝性流体：随着切应力作用时间的延长，表观粘度越来越小的流体叫做触变性流体随着切应力作用时间的延长，表观粘度越来越大的流体叫做流凝性流体，这种流体在实际中非常少见。其特点： （1）流体的表观粘度随剪切时间而下降 （2）流体的表观粘度随时间而增长 （3）反复循环剪切流体可得滞回环 （4）无限循环剪切流体可得到平衡滞回环 粘弹性流体：粘弹性流体同时具有粘性液体和弹性固体的性质，哪种性质的表现程度如何要取决于外力作用时间的快慢长短。其现象： （1）爬杆现象 （2）挤出胀大现象 （3）同心套管轴向流动现象 （4）回弹现象 （5）无管虹吸现象 （6）汤姆孙减阻效应 以上就是非牛顿流体的分类，而我们平时接触的大多数物料也都是非牛顿流
牛顿流体与非牛顿流体的区别 上周我讲了粘度的概念，根据牛顿模型,即公式：粘度=剪切力/剪切率。 这是旋转式粘度计的测量原理。而实验室测量粘度方法基本都是旋转式测量;其他测量粘度方法请参考ＰPT。 本周我们要说的内容就是流变原理，但是万变不离其宗，还是围绕粘度定义的公式来说。因为粘度的变化多变,这才有粘度计、流变仪的发展空间。下面介绍的内容就是流变学的一部分----流体变化特性。 一、牛顿流体与非牛顿流体: 根据牛顿的理论,流体的粘度值都是恒定不变的，如水、酒精、轻质油等。 实际上,通过后人的研究发现流体的粘度并不是恒定不变的。 牛顿流体的粘度：剪切力/剪切率=恒定值; 非牛顿流体粘度:剪切力/剪切率≠恒定值；即粘度是个变化量；引起其变化的常见的因素是剪切率、时间等。 二、流变曲线： 事实上大多数的流体是非牛顿流体，物料随着剪切率或时间的变化会改变。因此，在一定的条件下测量的粘度值不一样，所测得的粘度值是个曲线而不是一个恒定的常数。 牛顿流体的曲线: 剪切力/剪切率＝tanα是个常数; 非牛顿流体的粘度曲线大致分两类，一种是剪切变稠，一种是剪切变稀； 剪切变稀指的是随剪切率的增加粘度减小，物料越剪切越稀,剪切变稠与此相反; 具体分有六种，如下:(imaｇing alｌ tｈesｅ eｘamples) 1）假塑性:如酱,纸浆等； 特点:粘度随剪切率的增加而减小;粘度随剪切率的减小而增加； 剪切率的变化不管增大或是减少,都在同一条曲线上，这种特性叫假塑性。
2）塑性:如口香糖，焦油等； 特性描述:粘度随剪切率增加而减少； 剪切力达到一定值时方才有剪切率的变化;如图中的yield部分，我们称之为屈服应力。流体克服屈服应力后方才产生流动变形。单向。 口香糖正常状态下是固体，你咬了一口后马上软化，咬下那一口的力就是物料的屈服应力。 3）膨胀性:如花生浆,湿沙子等; 特性：剪切变稠,如湿的沙子，粘度随着剪切率的增加而增大； 剪切率越高，剪切力越大； 4）触变性:如蜜糖，猪油，淀粉等; 特性：粘度随时间变化减少，剪切变稀。 相同剪切率下，剪切率减小时粘度小于剪切率增加时的粘度。
什么是非牛顿流体
在上述简单剪切实验中，对于许多非牛顿流体，比值是的函数，所以和之间的关系式可写成 式中称为表观粘度。对于聚合物熔体和聚合物溶液，是的递减函数，这 样的流体被称之为剪切变稀(假塑性)流体。对于浓缩的固体悬胶液，是的递增函数，称这类流体为剪切增稠(胀塑性)流体。 下图就是两种不同的非牛顿流体：剪切变稀和剪切变稠型。他们本来都是粘稠液体，但是遇到固体表面摩擦，性质迥然。 在美剧《生活大爆炸》第二季第三集中出现过一个在音响上“跳舞的小人”，Leonard关掉音响时，小人瞬间变成一滩冒泡的液体（如下图）。 我当然不知道电视剧中的液体是什么成分，但是在“果壳网”上找到了类似的试验。 把玉米淀粉和水以3：1的比例在碗里混合均匀就可以制成和电视剧中性质相同的液体。在混合的时候如果用各种不同的速度搅动筷子，可以感受到这种胀塑性混合物的特性，试验发现这种流体有吃软不吃硬的性质，如果用力过大，
就会被拦住，而轻柔的动作却可以搅动这些流体。玉米淀粉浓浆对剪切速率有很强烈的反应，因为恰当配制的玉米淀粉浆是一种胀塑性流体，其粘度随着剪切速率的增加而增加。当流体被猛烈搅动时（剪切速率高），液体来不及填满微粒之间的缝隙，微粒之间的摩擦力急剧增加，继而粘性也急剧增加。 3.2 具有屈服应力流体 已经知道许多物质，比如泥浆、牙膏，具有屈服应力。所以在简单剪切实验中，只要小于某个有限的值，则流体不运动，当超过。时，流体才流动。下图画出了对于的曲线，通常将具有屈服应力的物质称之为Bingham物质。 3.3 弹性液体 上面给出的液体的本构方程都不具有弹性特性。粘弹性流体既具有弹性特性也具有粘性特性，并且表现出象弹性反跳等现象。也说这类流体具有记忆特性，现在的应力状态依赖于这流体过去形变的历史。因此本构方程是很复杂的，但在某些流动条件下，可将其化简。 包括小振幅震动流动，在这种流动里，应力、应变和应变率都很小，所以线性粘弹性流体的方程可能就足够了；低速流动，如果流动是很慢的，并且流动的变化也很慢。比如绕经光滑物体(例如球体)的蠕变流动，我们可以选取微分型的本构方程来描述这类流体。我们指出，将蠕变流动看作线性粘弹性流体可能是不满足要求的；复杂流动，如果流动是急剧变化的，比如包含几何形状突然变化的流动，我们通常选取隐含型本构方程，或者选取积分型本构方程。 爬杆效应 1944年Weissenberg在英国伦敦帝国学院，公开表演了一个有趣的实验：在一只有粘弹性流体（非牛顿流体的一种）的烧杯里，旋转实验杆。对于牛顿流体，由于离心力的作用，液面将呈凹形；而对于粘弹性流体，却向杯中心流动，并沿杆向上爬，液面变成凸形，甚至在实验杆旋转速度很低时，也可以观察到这一现象。
非牛顿流体及其奇妙特性 王振东 现在去医院作血液测试的项目之一，己不再是“血黏度检查”，而是“血液流变学捡查”（简称血流变），为什么会有这样的变化呢？这就要从非牛顿流体谈起。 英国科学家牛顿于1687年，发表了以水为工作介质的一维剪切流动实验结果。实验是在两平行平板间充满水时进行的，下平板固定不动，上平板在其自身平面内等速V 向右运动。此时，附着于上、下平板的流体质点的速度，分别是V 和0，两平板间的速度成线性分布，斜率是粘度系数。由此得到了著名的 粘性定律。 dV dy τμ= 式中，τ是作用在上平板流体平面上的剪切应力，dV dy 是剪切应变率，斜率μ是粘度系数。 两块相对运动平板间的流体 斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上，作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性及流体静止时应变率为零的三项假设，从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程，以及被广泛应用的纳维-斯托克斯方程（简称：纳斯方程）。 后来人们在进一步的研究中知道，牛顿黏性实验定律（以及在此基础上建立的纳斯方程），对于描述像水和空气这样低分子量的简单流体是适合的，而对描述具有高分子量的流体就不合适了，那时剪应力与剪切应变率之间己不再满足线性关系。 为区别起见，人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。因为对血液而言，剪应力与剪切应变率之间己不再是线性关系，己无法只测一个点，给出斜率（即黏度）来说明血液的力学特性，只好作血流变学测试，测三个点，给出剪应力与剪切应变率之间的非线性曲线关系。 形形色色的非牛顿流体 早在人类出现之前，非牛顿流体就己存在，因为绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上的血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的“半流体”，都属于非牛顿流体。 近几十年来，促使非牛顿流体研究迅速开展的主要动力之一，是聚合物工业的发展。聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、尼龙6、PVS 、赛璐珞、涤纶、橡胶溶液、各种工程塑料、化纤的熔体、溶液等，都是非牛顿流体。 石油、泥浆、水煤浆、陶瓷浆、纸浆、油漆、油墨、牙膏、家蚕丝再生溶液、钻井用的洗井液和完井液、磁浆、某些感光材料的涂液、泡沫、液晶、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛顿流体。 非牛顿流体在食品工业中也很普遍，如番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、菜汤、浓糖水、酱油、果酱、炼乳、
非牛顿流体的研究性学习 非牛顿流体 科技名词定义 中文名称：非牛顿流体 英文名称： non-Newtonian fluid 定义：黏度系数在剪切速率变化时不能保持为常数的流体。所属学科：机械工程（一级学科）；分析仪器（二级学科）；物性分析仪器-物性分析仪器一般名词（三级学科） （本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布） 牛顿1687年发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。 实验是在两平行平板间充满水时进行的(图1)，下平板固定不动，上平板在其自身平面内以等速U向右运动。此时附于上下平板的流体质点的速度分别为U和0，两平板间的速度呈线性分布。由此得到了著名的牛顿粘性定律 相关理论 斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上，作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性、流体静止时应变率为零的三项假设，从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程，以及现被广泛应用的纳维－斯托克斯方程。后来人们在进一步的研究中知道，牛顿粘性实验定律(以及在此基础上建立的纳－斯方程)
对于描述像水和空气这样低分子量的流体是适合的，而对描述具有高分子量的流体就不合适了，那时剪应力与剪切应变率之间已不再满足线性关系。为区别起见，人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。 早在人类出现之前，非牛顿流体就已存在，因为绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上的血液、淋巴液、囊液等多种体液以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。现在去医院作血液测试的项目之一，已不再说是“血粘度检查”，而是“血液流变学检查”(简称血流变)，这就是因为对血液而言，剪应力与剪切应变率之间不再是线性关系，已无法只给出一个斜率(即粘度)来说明血液的力学特性。 非牛顿流体及其奇妙特性 现在去医院作血液测试的项目之一，己不再是“血黏度检查”，而是“血液流变学捡查”（简称血流变），为什么会有这样的变化呢？这就要从非牛顿流体谈起。 英国科学家牛顿于1687年，发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。实验是在两平行平板间充满水时进行的，下平板固定不动，上平板在其自身平面内以等速U向右运动。此时，附着于上、下平板的流体质点的速度，分别是U和0，两平板间的速度呈线性分布，斜率是黏度系数。由此得到了著名的牛顿黏性定律。 斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上，作了应力张量
第七章 非牛顿流体的流动 第一节 非牛顿流体的流变性和流变方程 一、牛顿流体与非牛顿流体 1、牛顿流体 流体流动时切应力和速度梯度之间的关系符合牛顿内摩擦定律的流体。 dy du μ τ±= 2、非牛顿流体 流体流动时切应力和速度梯度之间的关系不符合牛顿内摩擦定律的流体。 3、非牛顿流体的分类 粘弹性流体 动之中的、弹性变形寓于粘性流震凝性流体触变性流体流体、流变性与时间有关的膨胀性流体屈服假塑性流体屈服膨胀流体 假塑性流体 塑性流体流体、流变性与时间无关的非牛顿流体???? ???? ?? ???????? ??? ??????????--321 二、流变性、流变方程和流变曲线
流变性：流体流动和变形的特性。 流变方程：描述切应力与速度梯度之间关系的方程式。 流变曲线：在直角坐标中表示流体切应力和速度梯度之间变化关系的实验曲线。 1、牛顿流体（A ） 流变方程： dy du μ τ±=特点： （1）受到外力作用就流动； （2）在恒温恒压下，τ与dy du 的比值为常数即粘度为常数； （3）流变曲线是通过原点的直线，其斜率为动力粘度的倒数，即μα1 tan = 2、塑性流体（B ） 流变方程（宾汉公式）：） 适用于流变曲线直线段(0dy du p ηττ+= 特点： （1）塑性流体的流变性与牛顿流体不同，受力后，不能立即变形流动。 （2）流动初期切应力与速度梯度之间呈曲线关系，粘度随切应力增大而降低，随速度梯度的增大，切应力逐渐减弱，最后接近牛顿流体，成直线关系，流体的粘度不再随切应力的增加而变化，称为塑性粘度。 （3）塑性流体存在两个极限应力 极限静切应力---使塑性流体开始流动的最小切应力。 极限动切应力---塑性流体流变曲线直线段的延长线与横坐标轴的交点对应的切应力，是塑性流体流动时经常克服的与粘度和速度梯度无关的定值切应力。 （4）塑性流体的塑性粘度和视粘度
非牛顿液体的粘度除了与温度有关外，还与剪切速率、时间有关，并有剪切变稀或剪切变稠的变化。纯液体和低分子物质的溶液属于牛顿液体；而大多数液体，如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固-液的不均匀体系的流动都是非牛顿液体。 在线粘度测量中的流变学问题 丁晓炯广州市博勒飞粘度计质构仪技术服务有限公司 摘要：在线年度测量是目前很多石油、化工、食品、电子、造纸等行业中应用越来越广泛的技术，在线粘度的测量方法很多，主要有毛细管式、旋转式、振动式、注塞式等。而测量的对象也各不相同，流体的流变特性也各不相同，应用面也各不相同。本文从流变学的角度出发，对在线粘度测量的方法、流体的流变学类型进行分析，讨论不同在线粘度测量方法的特点和应用，对一些常见行业应用进行归纳，并对在线粘度测量中的一些常见问题进行流变学分析，并相应提出在线测量中的处理方法。 关键词：在线粘度；流变学；牛顿流体；非牛顿流体；剪切变稀；剪切变稠 目前，随着工艺控制要求的不断提高和测量技术的不断发展，在石油、化工、食品、电子、造纸等行业中在线粘度测量技术应用越来越广泛，不同品牌和不同测量原理的在线粘度计都有使用。在实际应用过程中，有使用效果良好的，也有使用效果不理想的，为何会有不同的效果？除了产品本身的问题，如何根据测量物料的流变特性来选择相应的在线粘度计，如何解释在线粘度测量数据和实验室测量数据的差异，如何获得稳定一致的测量结果，这些都可以从流变学的角度来进行分析并获得解决方案。 1 在线粘度测量技术 1.1 在线粘度测量的应用 在线粘度计的测量技术和应用已经有几十年的历史，许多工业生产过程中都需要进行年度的连续自动测量与控制。 在石油工业中，在减压蒸馏过程，在柴油、润滑油、燃料油等的在线自动调和过程，石油的脱蜡脱沥青过程等，需要进行在线粘度监测来检查原料质量，监视与控制生产、提高产品合格率，实现自动调和及自动切换产品等。 在各种聚合工程中，通过粘度的在线监测来控制反应终点。子啊化纤抽丝钱的熔体粘度在线监测科仪保证纤维的粗细适当、均匀。减少废品率及能耗。 此外，在油墨生产、印刷、油漆喷涂、洗涤剂与化妆品生产，胶囊生产以及浇涂、浸渍、滚涂等各类材料的涂布过程也都要进行在线粘度测量。 1.2 在线粘度计的类型 目前，在线粘度计的类型很多，根据测量原理不同，主要有以下几种类型： 1.2.1 毛细管式 毛细管式在线粘度计是基于泊氏定律，仪器的主体是一段细管，细管与定量泵连接，由定量泵控制流体以恒定的流量进入细管，有压力监测器测量细管两端的压力差，根据泊氏公司计算流体的粘度。这类在线粘度计目前一般使用在石化炼油行业，用来测量成品油的粘度，测量范围一般都不高，在几百cP以下，但有些特殊的在线粘度计对细管进行特殊设计后也可以用来测量高粘度的流体，但应用相对较少。 1.2.2 旋转式 在线粘度测量中，旋转法的应用比其他方法广些，在线旋转粘度计的测量原理与实验室粘度计相同，根据转子和传感器的连接方式，可分为外旋式和内旋式两种，主要是利用转子在流体中以恒定转速旋转，直接测量流体的粘性力大小，计算出粘度。这类在线粘度计是从粘度的物理定义出发，测量范围可以很宽，测量时的剪切率也不高，除了测量牛顿流体外，尤其适合于非牛顿流体的测量。 1.2.3 振动式 振动式的在线粘度测量起步相对较晚，但发展较快。振动法的传感头为一圆柱体，以恒定的振幅振动，当它剪切流体时，流体的粘度对传感头振动振幅有影响，测量维持恒定振幅所输入的功率，计算得到粘度和密度的乘积。这类在线粘度计的理论测量范围也很宽，适合于不同的流体测量，但测量时的剪切率不能精确计算，一般剪切率约在1000 s ，因此实际使用中，需要根据流体的流变学特性正确选用。 1.2.4 注塞式 这类在线粘度计是利用一个在流体中水平或垂直运动的活塞，测量活塞在固定位置内的运动时间来计算出流体的粘度。这类粘度计是断续式的测量，并不是完全意义上的在线测量；同时由于是依靠活塞的运动，因此流体自身的流动将对测量产生一定的影响。 综上所述，各类在线粘度计的测量原理不同，适用的流体和工艺条件也各不相同，需要根据测量流体的流变学特性和现场工艺条件进行选择，不能随意确定，以免造成不必要的损失。 2 流变学和流变类型 2.1 流变学和粘度 流变学研究的是在外力作用下，物体的变形和流动的学科，研究对象主要是流体。为粘度是流变学中一个很重要的基本概念，粘度是
聚丙烯涂覆料生产及应用非牛顿流体是受粘度和剪切速率支配的流体 高粘度的高聚物，都表现非牛顿流体行为。 粘度随剪切速率的增大而降低的非牛顿流体，称之为假塑性流体。另一种非牛顿流体，其粘度随剪切速率的增大而增大，称之为膨胀流体。熔体指数也能间接表征高聚物分子量大小。 高聚物的分子量分布可用熔体流动速率值之比来测定。 聚丙烯的HI值在10~40之间，同时也能反映出高聚物的膨胀比。（SR） 分子量和分子量的分布是高聚物基本结构参数之一，与力学性能密切相关。 许多重要的力学性能，如拉伸强度，冲击强度，弹性模量，硬度、抗应力开裂性以及粘合强度等，都随高聚物分子量的增大而提高。 高聚物的产品加工过程对分子量的依赖性非常大。 某一极限分子量以上时，如果零切边速率下的重均分子量增加10倍，则熔体粘度将增大两千倍。 上面所说非牛顿性，就跟分子量有依赖性。表现在加工中弹性行为离模膨胀，熔体破裂等不稳定流动现象。 了解了高聚物的分子量和分子量的分布，对高分子材料的选择及其加工工艺条件的确定，都能有所帮助。 聚丙烯：根据聚合方法可分为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯两大类。复纸类选用均聚，编织布、纸或无纺布可选用均聚或共聚聚丙烯。一
般来说均聚优于共聚，但不是绝对的。 要求： 1、树脂应有优良的熔体流动性。 2、树脂应具有一定的熔体强度。 3、树脂热稳定性较好。用好抗氧剂，防止热氧化降解。 4、树脂中不宜含有过量的润滑剂。 5、树脂中不宜含有“晶点”和外来杂质。 聚丙烯是等规高结晶的高聚物，在塑料扁丝制造中，为了提高晶度以增大扁丝强度，冷却速率必须缓慢，而生产薄膜时或复合时，为了降低结晶，或达到透明性，则应采取急冷（猝冷）。 我们现在所使用涂膜料延伸性的问题上发生的问题，几乎很少发生，那就说明我们使用的树脂熔体张力小，熔体指数大而膨胀比小。 对于缩颈，树脂的膨胀比是决定性因素，但熔体指数也有影响。膨胀比是表示树脂熔体弹性效应的尺度之一。 膨胀比变大，就表明对模头出处熔体引出方向上作用的力加大，因而缩颈变小。通常膨胀比大而且熔体指数愈小的树脂，其缩颈愈小。 因而在分子结构上，分子量分布宽、长链支链多而且分子量大的树脂是适宜涂布复合用树脂。 密度高的树脂，分子量分布窄，长链支链数目少，膨胀比倾向于变小，延伸性与缩颈密度影响是表现的是伴随密度变化而使膨胀比变化的结果。熔体指数和密度的数据推定延伸性和锁紧的水平，则记住密度一项最方便。
分会邀请报告(IL) 各向异性非牛顿流体新概念本构理论及其 流体动力学研究进展1) 报告人韩式方 （中国科学院成都计算机应用研究所，成都 610041） *Email : sfh5578@https://www.doczj.com/doc/1d9298379.html, 摘要正文 液晶(LC)高分子是上世纪末迅速发展起来的一类新型高性能高分子材料,它的独特的优异性能引起世界各国的高度重视。已成为高新技术的新材料, 特别是液晶复合材料和纳米复合材料, 有广阔的应用前景。在工业流程及自然界存在不少各向异性材料和物质，例如液晶、生物材料、地幔构造及宇宙物质等.纤维悬浮液也是一类各向异性流体, 纤维在流体中的取向影响聚合物的特性. 生物液晶高分子己经是生物医学工程中的一个重要方向. 1、引言 液晶高分子是一类各向异性非牛顿流体(材料),它的流变特性显著区别于一般的各向同性材料或流体 (周其凤,1994;江体乾,2004; 韩式方,2000,2008)。国际流变学界对LC 高分子流变学的研究长期以来极为重视，并取得一系列研究成果。我国很重视LC 高分子理论研究及其应用,1987年在上海召开了首次高分子液晶态学术会议。自1989年至2000年先后召开了七次高分子液晶态学术会议。2002年和2010年(郑州)又分别召开了第八次至第十一次高分子液晶态与超分子有序态学术会议 (2010 年)兼两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会,其中包括液晶高分子的光、电、磁效应和器件分组,这些研究均是液晶显示的基础性工作。 本报告将综述作者在新概念本构方程理论及其流体力学研究方面的最新进展。 2、物质客观性原理的突破 : 准—物质客观性原理 正如Tanner (1985) 指出，容易构造物理系统，其中物质客观性原理不成立.例如，对于球形粒子悬浮液，其中微－尺度雷诺数不可忽略，上述原理不成立.Zahorski (1982) 曾指出，当考虑研究包含某些场问题时，可以证明相对参考架不变性要求是过于严格(约束性的)！我们要提出与Tanner 和 Zahorski 早已经提出过的类似的问题，物质客观性原理对于各向异性粘弹流体是否也是过分严格的！这是一个应当解决的基础意义的问题.所以，对于各向异性粘弹流体我们进一步发展各向异性流体的简单流体和准—物质客观性原理两个新概念. 对于各向异性粘弹流体,本作者引进新的各向异性简单流体概念, 在构建各向异性粘弹流体本构方程时，替代Green 理论所采用的相对固定坐标系测度的旋转张量)(t R ，引进相对固定坐标系测度的新的自旋张量)(t W s ，它可表达为相对共转坐标系测度的自旋张量)(t W c 与共转张量项目之和.新的各向异性简单流体定义为以下一类流体，其单个粒子上的应力张量是变形梯度全历史F 和相对共转坐标测度的自旋张量W 的泛函. 在共转坐标系中提出新的各向异性粘弹流体简单流体模型. 其本构方程一般关系表达形式 {})(),(￡ 0s W s F T ??=∞ τττ (1) 1) 国家自然科学基金基金( 10772177)资助项目
食品流变学特性的研究进展 作者： 摘要：本文综述了测试食品流变性能的传统改进方法，介绍了近年来国内外食品流变性能测试方法的研究情况。 关键词：食品；流变性；测试 Progress of Food rheological properties research A uthor Abstract: This article summarizes the improved measure of food material rheological behavior testing and introduces the newest measure and instrument about food material rheological behavior testing. Key words: food material; rheological behavior; testing measure 前言 在食品的生产过程中，经常要遇到有关食品物质的流动，变形等问题;这此问题不仅反映了食品物质的特性，同时也直接影响到食品的质量，产品加工及设备设计。例如，在炼乳生产中，表现粘度的控制是生产过程至关重要的环节。同样，人造黄油的扩展度，糖果的硬度，肉的韧度等也都是产品质量的重要指标之一，因此，为了进一步提高产品质量，必须深入地了解和掌握食品物质的流动和变形特性，研究在各种条件下这些特性变化的规律及对产品质量和加工过程的影响。正是在这个基础之上，食品流变学得以兴起和不断地发展[1]。它是食品工业向高质量、大型化、自动化发展的必然结果，引起了越来越多的食品工程技术人员的重视。研究不断深入，应用日趋广泛。 食品物质种类繁多，多数物质由于组成的特殊性，一般都具有极其复杂的流变特性，从物理特性来看，几乎包括一r所有不同流变特性的物质。因此，在研究这些食品物质的流变特性时，仅仅依靠流变学的一般理论是远远不够的，必须从食品特性入手，研究其流变特性，建立起一套适合食品物质流变特性分析、研究的理论和方法[2]。 流变学即Rheology最初由美国化学家宾汉(E.C.Bingham)倡导,它本是力学的一个分支，即研究物质在力作用下变形或流动的科学。除了力的作用外，离得
第32卷第5期四川大学学报(工程科学版)Vol.32No.5 2000年9月JOURNAL OF SI CHUAN UNIVERSI TY(ENGINEERING SCIENCE EDITI ON)Sept.2000 文章编号:1009-3087(2000)05-0021-04 非牛顿流体边界层减阻流动研究 陈仕伟 (四川工业学院动力系,成都611744) 摘 要:研究了四常数Maxwell-Oldroyd模型非牛顿流体边界层流动,给出了边界层内速度分布数值解,以及边界层厚度、摩阻系数沿程变化关系。为探讨高分子稀溶液管内流动减阻提供了理论依据。 关键词:Maxwell-Oldroyd模型;边界层;DOR ODNITSYN积分;减阻流动 中图分类号:0373文献标识码:A Study on Boundary Layer Drag Reduction of Non-newtonian Fluids C HEN Shi-wei (D ept.of Dynamics,Sichuan Industrial College,Chengdu611744,China) A bstract:Laminar boundary layer flo w of four constants Maxwell-oldroyd fluid is investigated.The velocity distribution in boundar y la yer,the thickness of the boundary layer are shown.The relation between friction factor,Reynolds number, the material functions of Non-newtonian fluids is given.For the la minar flow of Non-newtonian fluids some drag reduc-tion,like turbulent flow,has been found. Key words:Max well-oldr oyd fluid;boundar y la yer;DOR ODNITSYN method;drag reduction flow 自从T oms(1948),Kra me先后发现高分子稀溶液或弹性护面材料都能实现粘性减阻以来,减阻流动具有的巨大的应用价值正吸引愈来愈多的科技人员从事到这一复杂研究中来。由于阻力减少主要发生在流动的边界层内,因而对非牛顿流体边界层的研究,特别是湍流边界层的研究显得非常重要。韩式方在非牛顿流体边界层流动方面,完成了一系列研究工作[1][2];L.I.Sedov[3],L.Hoffmann和P.Schiim mer[4]各自通过实验得到了不同浓度的高分子添加剂在不同雷诺数下对于摩擦阻力减小的影响,Seyer和Metzner 以及Meyer也各自通过理论与实验相结合的方式研究了湍流边界层内的速度分布。韩式方及其指导的学生,研究了管道入口段的非牛顿流体流动,以及 收稿日期:1999-07-06 基金项目:国家自然科学基金(19672063) 作者简介:陈仕伟(1963-),男,讲师.研究方向:非牛顿流体力学.某些情况下的管内非定常流动;本文作者也曾由Max well-oldroyd本构关系出发,研究了湍流边界层内的速度分布,给出了相关结果。 概括起来,对减阻流动的研究,以实验居多,既使有理论基础,也需要大量的实验以确定若干函数关系,而直接从本构理论出发来研究的,则很少。本文直接以Maxwell-oldroyd本构模型出发,讨论了一类非牛顿流体的减阻流动,并给出了相关数值计算结果。 1 本构关系 考虑高分子稀溶液的减阻流动,选用Oldr oyd模型。考察二维流动情形,并对边界层内的流动作量阶分析,可得到附面层内本构关系较简单的表达式: τx y=η0 u y 1+λ2μ0( u y )2 1+λ1μ0( u y )2 =η0 1+λ2μ0γ2 1+λ1μ0γ2 γ(1) DOI:10.15961/j.j s uese.2000.05.006