(完整版)非牛顿流体的分类

非牛顿流体1. 引言非牛顿流体是指在流动过程中其流变性质会随剪切应力的变化而改变的流体。

与牛顿流体不同的是，非牛顿流体的黏度不是一个固定的常数，而是一个与剪切速率相关的函数。

非牛顿流体广泛存在于日常生活和工业生产中，如牛奶、酸奶、液态口红等。

本文将介绍非牛顿流体的基本概念和分类，以及其在科学研究和工业应用中的重要性和应用。

2. 非牛顿流体的基本概念和分类2.1 基本概念非牛顿流体具有以下几个基本特征：•剪切变应力与剪切速率不成正比关系；•流动过程中粘度随剪切速率的变化而改变；•可存在较大的弹性变形。

2.2 分类根据流变特性的不同，非牛顿流体可以分为多种类型，下面介绍其中几种常见的类型：2.2.1 粘弹性流体粘弹性流体具有既具有液体的粘性特性，又具有固体的弹性特性。

在低剪切速率下表现为固体，而在高剪切速率下则表现为液体。

常见的粘弹性流体有琼脂、凝胶等。

2.2.2 塑性流体塑性流体在低应力下表现为固体，只有在超过一定应力阈值后才能发生流动。

常见的塑性流体有泥浆、黏土等。

2.2.3 剪切稀释流体剪切稀释流体的黏度会随剪切速率的增加而降低。

当剪切速率较低时，流体黏度较高，表现为固体；当剪切速率较高时，流体黏度较低，表现为液体。

常见的剪切稀释流体有牛奶、酸奶等。

2.2.4 剪切增稠流体剪切增稠流体的黏度会随剪切速率的增加而增加。

当剪切速率较低时，流体黏度较低，表现为液体；当剪切速率较高时，流体黏度较高，表现为固体。

常见的剪切增稠流体有淀粉水溶液等。

3. 非牛顿流体的重要性和应用非牛顿流体在科学研究和工业应用中具有广泛的重要性和应用价值。

以下列举了其中几个方面的应用：3.1 食品工业非牛顿流体在食品工业中有着重要的应用。

例如，牛奶和酸奶属于剪切稀释流体，其黏度会随剪切速率的增加而降低。

这就是为什么在搅拌或喝牛奶时会感觉液体更容易流动，而在静止时则更像是固体的原因。

3.2 石油工业在石油工业中，非牛顿流体的应用也非常广泛。

非牛顿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。

高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体。

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。

食品工业中的番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、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也都是非牛顿流体。

非牛顿流体的分类非时变性非牛顿流体一、"膨胀性流体"或"胀塑性流体它是一种"吃软不吃硬"的流体，表现为流体的粘度随剪切速率的增大而增大。

比如常见的淀粉＋水，口香糖等。

二、"假塑性流体"表现为流体的粘度随剪切速率的增大而减小。

许多高分子熔体或者溶液都属于假塑性流体。

这一类流体生活中十分常见，但是不易被提起。

比如北方人吃火锅常吃的麻酱，吃炸鸡时候的番茄酱，早上喝的酸奶，洗澡用的沐浴露等等，都是假塑性流体。

三、"宾汉流体"它具有一定的"屈服应力"。

此处的"屈服应力"指的是使流体产生大于0的剪切速率所需要的最小剪切应力。

简单的来说，就是当你以一个较小的剪切力作用流体时流体不会表现出流动性，只有超过了某一个应力值，流体才会表现出流动性。

生活中最为典型的例子就是牙膏。

挤牙膏挤牙膏，牙膏不挤是不会自己出来的。

时变性非牛顿流体一、“触变性流体”这一类流体在恒定的剪切应力和剪切速率作用下，其粘度会随着剪切应力作用时间改变，时间持续越长，粘度越小。

1、加工过程中非牛顿型流体的类型及流动曲线；举例分析。

假塑性流体：在一般的剪切速率下，随r′增加η下降，例如高聚物熔体、高聚物溶液及悬浮液等；膨胀性流体：固体含量较大的悬浮液如PVC糊悬浮液，少数含固体填充物的聚合物熔体，流动中产生结晶的聚合物熔体；宾汉流体：所有高聚物在其良溶剂中形成的浓溶液行为与其相近。

2、哪些高聚物在成型加工过程中其表观粘度对剪切速率敏感？哪些高聚物表观粘度对温度敏感性？哪些高聚物表观粘度粘度对压力敏感性？哪些高聚物为热敏性树脂？举例说明。

对剪切速率：聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，其粘度随剪切速率的增加而下降，敏感性较明显的有LDPE,HDPE,PP,PS,HIPS,ABS,不敏感PPS,PA6PC,PBT,POM;温度：分子链刚性、极性大或有较强极性取代基团的高聚物，如PMMA,PC,PS,PET，PVC等；压力：支化的LDPE比线性的HDPE自由体积大，分子堆砌较松，可压缩性大，PS,PMMA侧基大，自由体积较大，以上说明对某些聚合物单纯通过增大压力来提高熔体的流速并不适当，过大的压力还会造成能耗过大和设备的更大磨损。

3、牛顿流体的特点；牛顿流体的种类；何谓非牛顿性？特点：液体的应变随压力作用时间线性增加；牛顿流体中的应变具有不可逆性质，应力解除后应变以永久形变保持下来。

种类：低分子化合物的液体或溶液，如水和甲苯等；极少数聚合物熔体（如PC）；在一定r’范围内大多数的聚合物熔体。

四、1、聚合物老化及影响因素？稳定化助剂？老化：高分子材料随着时间延长逐渐变化；外观变化：变色变暗，变硬变脆，龟裂变形，出现斑点，分层脱落；力学性能：拉伸强度、伸长率、冲击强度、硬度、耐磨性降低。

因素：结构因素，物理因素：光热电高能辐射和机械应力，化学因素：氧、臭氧、水、盐碱、盐及腐蚀性气体，生物因素：微生物、昆虫、海生物等。

防止方法：共聚（引入功能基团）、对活性基团消活、添加稳定剂。

非牛顿流体简介引言流体是一种特殊的物质状态，其具有流动性和变形性。

根据牛顿流体定律，流体的粘度（也称为黏性）是恒定的。

然而，在一些特殊情况下，一些流体不遵循这种定律，它们被称为非牛顿流体。

非牛顿流体的粘度取决于剪切速率或剪切应力的大小和方向。

本文将对非牛顿流体进行介绍，包括其定义、特性、分类和应用领域。

定义非牛顿流体是指其粘度随剪切速率或剪切应力的变化而变化的流体。

牛顿流体的粘度是恒定的，而非牛顿流体的粘度是可变的。

特性非牛顿流体具有以下特性：剪切变稀当施加剪切力时，非牛顿流体的粘度会减小，流动性增强。

这种现象被称为剪切变稀。

剪切变稀的非牛顿流体在施加剪切力后流动性变得更好，类似于液体。

剪切变稠有些非牛顿流体在施加剪切力时，其粘度会增加，流动性减弱。

这种现象被称为剪切变稠。

剪切变稠的非牛顿流体在施加剪切力后流动性变得更差，类似于固体。

黏弹性非牛顿流体还可以表现出黏弹性。

黏弹性是指非牛顿流体在施加剪切力后，粘度会随时间的推移而改变。

具有黏弹性的非牛顿流体在受力后可以保持形变，并且在撤力后会逐渐恢复原状。

非线性粘度牛顿流体的粘度与剪切速率成正比，而非牛顿流体的粘度与剪切速率不呈线性关系。

这意味着非牛顿流体的粘度可能随剪切速率的变化而变化。

分类非牛顿流体可以根据其粘度随剪切速率或剪切应力变化的方式进行分类。

主要的分类包括以下几种：塑性流体塑性流体是一种在没有施加剪切力时是固体，在施加剪切力达到一定阈值后才开始流动的非牛顿流体。

当剪切力超过阈值时，塑性流体会发生变形。

粘弹性流体粘弹性流体是指同时具有粘性和弹性特性的非牛顿流体。

粘弹性流体的行为介于固体和液体之间。

它们在受力时会发生形变，但在撤力后又会恢复原状。

假塑性流体假塑性流体又称为伪塑性流体，其粘度随剪切速率的增加而减小，但没有阈值。

假塑性流体在不受剪切力作用时呈现固态，但在施加剪切力时会变得流动。

剪切变稀流体剪切变稀流体的粘度随剪切速率的增加而减小。

4． 非牛顿型流体的分类 非牛顿型流体是一大类实际流体的统称。

一般地说，凡流动性能不能用方程（2-2）来描述的流体，统称为非牛顿型流体。

在高分子液体范畴内，可以粗略地把非牛顿型流体分为：纯粘性流体，但流动中粘度会发生变化，如某些涂料、油漆、食品等。

粘弹性流体，大多数高分子熔体、高分子溶液是典型的粘弹性流体，而且是非线性粘弹性流体。

一些生物材料，如细胞液，蛋清等也同属此类。

流动性质有时间依赖性的流体。

如触变性流体，震凝性流体。

4． 1 Bingham 塑性体Bingham可塑性质。

只有当外界施加的应力超过屈服应力y σ，物体才能流动。

流动方程为：⎩⎨⎧≥-<=y y yσσησσσσγ/)(0& （2-74）说明：有些Bingham 塑性体，在外应力超过y σ开始流动后，遵循Newton 粘度定律，流动方程为：γησσ&p y += （2-75）称为普通Bingham 流体，p η为塑性粘度。

有些Bingham 塑性体，开始流动后，并不遵循Newton 粘度定律，其剪切粘度随剪切速率发生变化，这类材料称为非线性Bingham 流体。

特殊地，若流动规律遵从幂律，方程为n y K γσσ&+= （2-76）则称这类材料为Herschel-Bulkley 流体。

图2-16 Bingham 流体的流动曲线牙膏、油漆是典型Bingham 塑性体。

油漆在涂刷过程中，要求涂刷时粘度要小，停止涂刷时要“站得住”，不出现流挂。

因此要求其屈服应力大到足以克服重力对流动的影响。

润滑油、石油钻探用泥浆，某些高分子填充体系如碳黑混炼橡胶，碳酸钙填充聚乙烯、聚丙烯等也属于或近似属于Bingham 流体。

填充高分子体系出现屈服现象的原因可归结为，当填料份数足够高时，填料在体系内形成某种三维结构。

如CaCO 3形成堆砌结构，而碳黑则因与橡胶大分子链间有强烈物理交换作用，形成类交联网络结构。

这些结构具有一定强度，在低外力下是稳定的，外部作用力只有大到能够破坏这些结构时，物料才能流动。

非牛顿流体力学及其应用
非牛顿流体力学是研究流体在剪切应力作用下呈现非线性、时间依赖、非稳态的流动特性的一门学科。

与牛顿流体力学不同，非牛顿流体的粘度随着剪切应力的变化而变化，因此在实际应用中具有广泛的应用价值。

一、非牛顿流体的分类
1. 粘弹性流体：在剪切应力下，流体会发生形变，但在剪切应力消失后，流体会恢复原状。

如胶体、高分子溶液等。

2. 塑性流体：在剪切应力下，流体会发生形变，但在剪切应力消失后，流体不会恢复原状。

如泥浆、糊状物等。

3. 粘塑性流体：在剪切应力下，流体会发生形变，但在剪切应力消失后，流体只能部分恢复原状。

如糊状物、胶体等。

二、非牛顿流体的应用
1. 食品工业：非牛顿流体在食品工业中应用广泛，如酸奶、果酱、巧克力等。

这些食品都是由非牛顿流体组成的，通过调整流体的粘度和流变特性，可以制作出不同口感和质地的食品。

2. 石油工业：非牛顿流体在石油工业中也有广泛应用。

例如，钻井泥浆就是一种塑性流体，它可以在井口形成一层薄膜，防止油气从井口泄漏。

3. 医学领域：非牛顿流体在医学领域中也有应用。

例如，血液就是一种非牛顿流体，它的流变特性对于血液循环和疾病诊断都有重要影响。

4. 材料科学：非牛顿流体在材料科学中也有应用。

例如，高分子材料的流变特性对于制备高分子材料具有重要意义。

总之，非牛顿流体力学的研究和应用对于现代工业和科学技术的发展都具有重要意义。

非牛顿流体 - 分类(1)非时变性非牛顿流体：流体的表观粘度只与剪应变率(或剪应力)有关，与剪切作用持续时间无关。

(2)时变性非牛顿流体：流体的表观粘度不仅与剪应变率(或剪应力)有关，而且与剪切作用持续时间有关。

(3)粘弹性流体：兼有粘性和弹性双重性质。

[1]非牛顿流体 - 特性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。

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。

这种射流胀大现象也叫Barus效应或Merrington效应。

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。

爬杆效应也称为Weissenberg效应。

在设计混合器时，必须考虑爬杆效应的影响。

同样在设计非牛顿流体的输运泵时，也应考虑和利用这一效应。

无管虹吸对牛顿流体来说，在虹吸实验时，如果将虹吸管提离液面，虹吸马上就会停止。

但对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液和1%POX水溶液，或聚醣在水中的轻微凝胶体系等很容易表演无管虹吸实验。

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。