原油流变学第一章 绪论 新版
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第一章1粘性;当相邻流层存在着速度差时,快速流层力图加快慢速流层,慢速流层力图减慢快速流层,这种相互作用随着速度差的增加而加剧,流体所具有的这种性质就是粘性2动力粘度:流体对变形的抵抗随形变速率的增加而增加的性质3运动粘度:动力粘度与同温度下流体密度的比值4流变学:是一门研究材料或物质在外力作用下变形与流动的科学5流变学研究的是纯粘性固体与牛顿流体状态间的所有物质的变形与流动的问题5物质的流变性:物体在外力的作用下变形与流动的性质6连续介质:就是把物质看做是由一个挨一个的,具有确定质量的,连续的充满空间的众多微小质点所组成的7一般施加到材料上的力有三种或三种的组合:拉力,压缩力,切向力8应变速率又分为拉伸应变速率和剪切应变速率9剪切应变速率描述的是流体的剪切运动,拉伸应变速率描述流体的拉伸运动10剪切速率:单位时间内剪切应变的变化11本构方程(流变状态方程,流变方程):料宏观性质的数学模型12物质的流变学分类:刚体,线性弹性体,弹粘性体(弹粘性固体,粘弹性流体),非线性粘性流体,牛顿流体,无粘性流体。
13德博拉准则:De很小,呈现粘性,很大,呈现弹性14分散体系:指将物质(固态,液态,气态)分散成或大或小的粒子,并将其分布在某种介质之中所形成的体系15非均匀分散体系具备的2个条件:在体系内个单位空间所含物质的性质不同,存在着分界的物理界面16流体的流变性分类:按照流体是否含牛顿内摩擦定律(牛顿流体,非牛顿流体),按流体是否具有弹性(纯粘性流体,粘弹性流体),按照流变性是否与时间有关(与时间有关的流体,与时间无关的流体)17与时间无关的流体:牛顿流体,胀流型流体,宾汉姆流体,屈服-假塑性流体,卡森流体18随着剪切速率的增加,表观粘度是减小的,因此假塑性流体具有剪切稀释性19剪切稀释性:对于假塑性流体,随着剪切速率的增加或剪切应力的增加,表观粘度降低,对其他类型的非牛顿流体,也表明这一特点,这一特点在流变学上称为剪切稀释性20具有剪切稀释性的原因:假塑性流体是最常见的非牛顿流体,在乳胶类,悬浮类,分散类物料中广泛遇到。
聚合物流变学(Rheology for Polymer)课程编号:07410156学分:2学时:32 (讲课学时:32)先修课程:高等数学,大学物理,高分子物理适用专业:高分子材料与工程教材:高分子流变学基础,史铁钧、吴德峰著.北京:化学工业出版社,2011年4 月第一版一、课程的性质与任务:(-)课程性质(需说明课程对人才培养方面的贡献)本课程是面向高分子材料与工程高年级本科生的专业基础选修课,本课程的内容与高分子成型加工、高分子工程、高分子物理等方向密切相关,是高分子材料专业学生进一步开展这些方向的深入学习和研究的基础。
本课程旨在介绍聚合物熔体流变学原理及其在加工过程中的专业应用,通过研究热和力对聚合物流体流动和变形的影响。
使学生了解聚合物熔体的粘性流动、弹性效应及其流变测定法、守恒方程和本构方程、流体在简单几何形状流道中的流动,以及挤出、注塑、压延和吹塑等成型过程中的流动。
另外,对挤出机、双辐机和密炼机的混合特性进行研究,使学生进一步掌握各种高分子材料成型工艺。
本课程的主要目的是使学生掌握相关流变学的思想,理解相关理论,并能够利用流变学相关理论知识解决工程中遇到的实际问题。
(二)课程目标(根据课程特点和对毕业要求的贡献,确定课程目标。
应包括知识目标和能力目标。
)课程目标1:掌握聚合物材料的独特流变学特征,并理解相关机理;课程目标2:掌握聚合物结构与其流变学特征之间的关系;课程目标3:掌握流变学性能的相关测试及其原理;课程目标4:掌握影响聚合物流变学特征的各种因素,能够通过调控相关因素来控制流变行为。
二、课程内容与教学要求(按章撰写)第一章绪论(一)课程内容(列出主要知识点、能力点)(1)流变学的历史和现状(2)流变学的研究对象和方法(3)高分子材料典型的流变行为(4)流变学在高分子材料加工中的应用(二)教学要求(将相关内容按照掌握、理解、了解等不同教学要求进行分类)通过学习使学生掌握聚合物流变学的基本概念、内容和意义,了解聚合物流变学的发展历史,懂得聚合物流变学的发展趋势和方向,了解聚合物流变学中的一些奇特现象以及理解产生这种特殊的行为的物理原因是什么。
《化工流变学概论》复习参考题型选择填空简单综合仅供参考第一章:绪论1.何谓流变学(Rheology)?流变学是研究和揭示物质或材料流动和变形规律的科学。
是化学、力学和工程学交叉的交叉学科。
2.流变学分支和方法论地位流变学分支:高分子流变学、石油工程流变学、食品流变学、悬浮液流变学、地质流变学、泥石流流变学、固体流变学(金属加工流变学、岩石流变学)、非牛顿流体流变学、分形体流变学、生物流变学和血液流变学,光、电、磁流变学、日用化工流变学、表面活性剂流变学、界面流变学(至少记住5个P1)方法论地位:流变学本身即体现出朴素的辩证观点,具有方法论作用,可与多种学科交叉,形成新的学科分支。
?3.流变学主要研究对象:非牛顿流体的流变特性、粘弹性材料的流变特性、流变测量技术、流变状态方程,即本构方程(揭示物质受力和变形的本质规律。
例:牛顿粘性定律、胡克定律)。
4.流变学与化学工程的关系/流变学与日用化工(轻化工?)的关系化学工程:单体聚合反应、高分子加工、乳化过程与流体的流变行为密切相关。
要研究其传递和反应过程、设计反应器、工程放大,必须对流变特性有明确认识。
流变学提供材料的流变状态方程,用于解决非牛顿流体的动量传递问题,并进一步为非牛顿流体的热质传递和反应工程提供基础。
流变学是非牛顿流体化学工程的重要理论基础之一。
日用化工:日用化学品(膏霜、乳液)为多组分、多相态的非牛顿流体。
日用化工过程为非牛顿流体的制造过程。
1)乳液、泡沫的稳定性:包括热稳定性、耐剪切稳定性、储存稳定性等(表面粘度、表面弹性)2)产品的涂布性:均匀性和涂布难易性能3)挤出能力,屈服应力4)增稠性:各种流变性调节剂(粘多糖、聚丙烯酸等)5)流平性指甲油等6)触变性膏霜、牙膏7)流动控制能力在洗衣粉料浆中加入适量甲苯磺酸钠,调节降低粘度,使之易于喷粉成型。
5.非牛顿流体的特殊性质:剪切变稀、剪切增稠、屈服应力、触变性、粘弹性、爬竿效应、湍流减阻效应(Toms效应)、无管虹吸现象、挤出胀大6.非牛顿流体的触变性:若流体的应力或粘度随剪切时间的增大而减小,并最终达到平衡粘度,该特性称为正触变性,简称触变性。
第一章1.流变学(Rheology)是研究物质变形与流动的科学。
实际物质在外力作用下怎样变形与流动,这是物质本身固有的性质,可以称其为物质的流变性(即物质在外力作用下变形与流动的性质)。
流变学就是研究物质流变性的科学。
2.流变学研究的是纯弹性固体和牛顿流体状态之间所有物质的变形与流动问题。
3.流变学更注重不同物质的力学性质与其内部结构之间的关系4.流变学中物质所受到的力用应力或应力张量表示5.流变学中用应变或应变速率表示物质的运动状态即变形或流动。
6.流体质点就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。
7.物质状态的变化称为变形,而物质连续无限地变形就是流动。
8.流变学中有三种基本变形:简单拉伸、简单剪切和体积压缩与膨胀9.反映材料宏观性质的数字模型称为本构方程,亦称为流变状态方程和流变方程10.对一些简单的流变性制的描述也可以用曲线形式表示,如剪切应力与剪切速率关系曲线,粘度随剪切速率变化曲线等,并称之为流变曲线。
第二章1.散体系是指将物质(固态、液态或气态)分裂成或大或小的粒子,并将其分布在某种介质(固态、液态或气态)之中所形成的体系。
2.分散体系可以是均匀的也可以是非均匀的系统。
均匀分散体系是由一相所组成的单相体系,而非均匀分散体系是指由两相或两相以上所组成的多相体系。
3.非均匀分散体系必须具备2个条件:①在体系内各单位空间所含物质的性质不同;②存在着分界的物理界面。
4. 对非均匀分散体系,被分散的一相称为分散相或内相,把分散相分散于其中的一相称为分散介质,亦称外相或连续相。
5.尽管非牛顿流体在微观上往往是非均匀的多相分散体系,或非均匀的多相混合流体,但在用连续介质理论或宏观方法研究其流变性问题时,一般可以忽略这种微观的非均匀性,而认为体系为一种均匀或假均匀分散体系。
6.对非牛顿流体,没有恒定的粘度概念,不同的剪切速率下有不同的表观粘度,这是非牛顿流体的一大特点。
7、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(shear thickening)。
第一章1:流体流动时流层间存在速度差和运动的传递是由于流体具有粘性2:粘性:相邻流层存在速度差时,快速流层力图加快慢速流层,慢速流层力图减慢快速流层,这种相互作用随层间速度差的增加而加剧的特性。
3:内摩擦力/粘性力:流层间的这种力图减小速度差的作用力称为内摩擦力或粘性力4:牛顿粘性定律:粘度和内摩擦力的关系。
F=μA(dν) / dy 符合牛顿内定律的流体称为牛顿流体,反之称为非牛顿流体,牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间呈比例关系,剪切应力与剪切速率的比值为常数,即动力粘度,非牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间无正比关系,剪切应力与剪切速率的比值不是常数。
5:动力粘度:稳态层流流动中的剪切应力与剪切速率的比值,动力年度是流体对形变的抵抗随形变速率的增加而增加的性质。
(公式P3)6:运动粘度:是动力粘度与同温度下的流体密度的比值,又称比密年度。
运动粘度对比动力粘度:运动粘度方便,1许多条件粘度与运动年度之间比较容易建立经验换算公式,2利用重力型玻璃毛细管粘度计可以很方便地测得运动粘度。
3但不能用运动粘度衡量流动阻力的大小7:粘度与温度,压力的关系:粘度与温度不成线性关系,它与温度范围有关,温度越低,粘温关系越密切,即随温度降低,粘度随温度的变化越大。
低压下的气体与液体的粘度随温度变化的规律完全相反,气体的粘度随温度的升高而增大,因为气体的粘性是由动量传递导致的,温度升高时,分子热运动加剧,动量增大,流层间的内摩擦加剧,所以粘度增大。
液体的粘性来自分子间引力,随温度的升高,分子间的距离加大,分子间引力减小,内摩擦减弱,所以粘度减小。
液体和气体的粘度随着压力的增大而增大,因为气体的压缩性很强,所以压力的变化对气体粘度的影响更大。
8:流变学:是一门研究材料或物质在外力作用下变形与流动的科学,流变学研究对象是纯弹性固体和牛顿流体状态之间所有物质的变形和流动问题。
流变学中物质所受到的力用应力或应力张量表示。
流变学中用应变或应变速率表示物质的运动状态即变形或流动。