1-8_非牛顿流体流动

大班科学非牛顿流体教案引言非牛顿流体是一类在流动过程中表现出非线性粘性的流体，其流动规律与牛顿流体不同。

在学前教育中，科学教育是培养幼儿探索、实验和观察能力的重要途径之一。

本教案旨在帮助大班幼儿了解非牛顿流体的特点和基本原理，通过简单实验感受非牛顿流体的奇妙之处。

目标1.了解非牛顿流体的概念并能简单描述；2.通过实验观察非牛顿流体的特点；3.培养幼儿的观察、实验和思考能力。

教学内容概念讲解：什么是非牛顿流体？非牛顿流体是指其粘度随着剪切应力的大小而发生变化的流体。

与传统的牛顿流体不同，剪切率对于非牛顿流体的粘度具有重要影响，即非牛顿流体表现出非线性粘性。

非牛顿流体的粘度随着剪切应力的增加而减小，具有较高的流动性，在一定条件下呈现出类似流体状态；而在剪切应力较小时，则呈现出类似固体状态。

实验准备•材料：玉米淀粉、水、塑料袋、碗、勺子；•实验器材：实验台、干净的桌布或报纸；•实验前的准备工作：将适量的玉米淀粉倒入碗中，并加入适量的水搅拌成糊状。

实验步骤1.将制作好的玉米淀粉糊倒入塑料袋中，尽量挤出多余空气，并封口；2.让幼儿观察塑料袋中的玉米淀粉糊，询问他们对这个物质的初步印象；3.将塑料袋放置在实验台上，让幼儿用力捏住塑料袋中的玉米淀粉糊，观察其变化；4.鼓励幼儿发表观察结果，并帮助他们用自己的话总结非牛顿流体的特点；5.重新放松手指的力量，观察塑料袋中的玉米淀粉糊是否恢复成流动状态；6.鼓励幼儿思考，为什么玉米淀粉糊在受力时变得硬，放松力量后又变得流动。

教学要点1.非牛顿流体是指其粘度随着剪切应力的大小而发生变化的流体；2.玉米淀粉糊是一种典型的非牛顿流体；3.非牛顿流体在受力时变得硬，放松力量后又变得流动。

教学延伸拓展思考1.除了玉米淀粉糊外，还有哪些物质是非牛顿流体？请找出并描述其中的特点。

2.除了剪切应力，还有没有其他因素会影响非牛顿流体的流动性？请举例说明。

实践探究1.以玉米淀粉糊为基础，尝试制作不同浓度的非牛顿流体，并观察其流动性的变化。

非牛顿流体的原理
非牛顿流体是指在流动过程中其流动性质会随着应力或剪切速率的变化而变化的流体。

其原理可以通过以下几个方面来解释：
1. 流变性：非牛顿流体的流动特性与牛顿流体不同，在受到剪切力时，其黏度呈现非线性变化。

剪切力越大，黏度越大，流动越困难；剪切力越小，黏度越小，流动越容易。

这是因为非牛顿流体中含有高分子聚合物或颗粒等物质，这些物质之间的相互作用会影响流体的流动性。

2. 颗粒悬浮：非牛顿流体中可能存在颗粒悬浮，这些颗粒会增加流体的黏度并导致流动特性的改变。

当流体受到剪切力时，颗粒间的相互作用会改变颗粒的排列方式，从而影响流体的流动性质。

3. 高分子聚合物：非牛顿流体中含有高分子聚合物，这些聚合物在静止时将形成网络结构并增加流体的黏度。

当流体受到剪切力时，聚合物链会发生伸展，从而减小流体的黏度。

这种特性导致了非牛顿流体的剪切变稀或变稠效应。

4. 温度和压力：非牛顿流体的流动特性还受到温度和压力的影响。

在不同温度和压力下，非牛顿流体的黏度会发生变化，进而影响流体的流动性。

总之，非牛顿流体的流动性质由多种因素决定，包括颗粒悬浮、高分子聚合物、温度和压力等。

这些因素会影响流体的黏度，并导致流体呈现剪切变稀或变稠的特性。

流量测量中常用的流体参数对工业管道流体流动规律的研究、流量测量计算以及仪表选型时，都要遇到一系列反映流体属性和流动状态的物理参数．这些参数，常用的有流体的密度、粘度、绝热指数(等熵指数)、体积压缩系数以及雷诺数、流速比(马赫数)等；这些物理参数都与温度．压力密切相关。

流量测量的一次元件的设计以及二次仪表的校验，都是在一定的压力和温度条件下进行的。

若实际工况超过设计规定的范围，即需作相应的修正。

一、流体的密度流体的密度( )是流体的重要参数之一，它表示单位体积内流体的质量。

在一般工业生产中，流体通常可视为均匀流体，流体的密度可由其质量和体积之商求出：＝（1－2）式中 m——流体的质量，kg；V——质量为m的流体所占的体积，m3密度的单位换算见表1—3。

各种流体的密度都随温度、压力改变而变化．在低压及常温下，压力变化对液体密度的影响很小，所以工程计算上往往可将液体视为不可压缩流体，即可不考虑压力变化的影响．但这只是一种近似计算。

而气体，温度、压力变化对其密度的影响较大，所以表示气体密度时，必须严格说明其所处的压力、温度状况．工业测量中，有时还用“比容”这一参数。

比容数是密度数的倒数，单位为m3／kg。

二、流体的粘度流体的粘度是表示流体内摩擦力的一个参数。

各种流体的粘度不同，表示流动时的阻力各异。

粘度也是温度、压力的函数．一般说来，温度上升，液体的粘度就下降，气体的粘度则上升．在工程计算上液体的粘度，只需考虑温度对它的影响，仅在压力很高的情况下才需考虑压力的影响。

水蒸气及气体的粘度与压力、温度的关系十分密切．表征流体的粘度，通常采用动力粘度( )和运动粘度(v)，有时也采用恩氏粘度(°E)．流体动力粘度的意义是，当该流体的速度梯度等于l时，接触液层间单位面积上的内摩擦力．流体的动力粘度也可理解为两个相距1m、面积各为1m2的流体层以相对速度1m／s移动时相互间的作用力，即＝（1－3）式中――单位面积上的内摩擦力，Pa；v——流体流动速度，m／s；h——两流体层之间的距离，m；——速度梯度，I / S；动力粘度的单位Pa·s是国际单位制(SI)的导出单位，是我国法定单位．它与过去习惯使用的其他单位的换算关系见表l—4．表中的单位达因·秒／厘米2(dyn·s／cm2)是厘米—克—秒单位制(c．G．s单位制)的导出单位，习惯上称泊(P)。

科学非牛顿流体教案引言科学非牛顿流体是指在施加外力下，其粘度随应力变化的流体。

相比牛顿流体，科学非牛顿流体在流动性质上更为复杂，因此在科学教育中引入非牛顿流体的概念，有助于学生更好地理解流体力学。

本教案旨在介绍科学非牛顿流体的基本概念、分类和流动特性，并通过实验和案例的方式深入探讨。

一、非牛顿流体的基本概念非牛顿流体是指在不同应力下具有不同粘度的流体。

与牛顿流体不同，非牛顿流体的黏度并非恒定，而是与外力或剪切速率有关。

根据流动性质的不同，非牛顿流体可被分为多种类型，下面将对其中的几种类型做简要介绍。

1.塑性流体：塑性流体在受力之前表现为固体状态，需要达到一定应力阈值才能开始流动。

常见的塑性流体有泥浆、糊状物等。

2.粘弹性流体：粘弹性流体是指具有弹性和黏性两种特性的流体。

当外力作用于粘弹性流体时，它会像固体一样表现出弹性变形，但在没有外力时又能恢复成流体状态。

常见的粘弹性流体有黏土、凝胶等。

3.剪稀流体：剪稀流体在受到剪切力时，粘度随着剪切速率的增加而下降。

这种流体在剪切力作用下变得更加流动。

常见的剪稀流体有淀粉溶液、茶叶汤等。

二、非牛顿流体的流动特性非牛顿流体的流动特性是指在受力条件下流体内部的变化。

以下是几种常见非牛顿流体的流动特性描述：1.塑性流体的流动特性：在应力达到一定阈值之前，塑性流体不会发生流动，因此其流动性较差。

一旦应力超过阈值，塑性流体会快速变为非固态，并产生流动。

这种特性常用于建筑材料的设计和施工中。

2.粘弹性流体的流动特性：粘弹性流体的流动特性介于固体和液体之间，既有一定的弹性，又有粘滞的特性。

当外力作用较小时，粘弹性流体呈现出固体的弹性；而当外力作用较大时，粘弹性流体则表现出液体的流动性。

3.剪稀流体的流动特性：剪稀流体在剪切力作用下，粘度随着剪切速率的增加而减小。

这种特性使得剪稀流体在高速切割、注射过程中更易流动。

这种特性广泛应用于工业领域中。

三、实验探索非牛顿流体的特性为了帮助学生更好地理解非牛顿流体的特性，可以进行一些简单的实验来探索流体的行为。

非牛顿流体原理
非牛顿流体原理是指那些在外力作用下，其流动行为不遵循牛顿流体力学定律的物质。

与牛顿流体不同的是，非牛顿流体的粘度是随着应力变化而变化的，即其内部的粘滞力随剪切速率或剪切应力的不同而不同。

非牛顿流体可以分为剪切稀化流体和剪切增稠流体两种类型。

剪切稀化流体的粘度随着剪切应力的增加而减小。

这类流体的例子包括血液、果冻和塑料溶液等。

在剪切作用下，流体内部的微观结构会发生改变，使其粘度降低，流动性增强。

剪切增稠流体的粘度则随着剪切应力的增加而增加。

这类流体的例子包括淀粉水溶液、糊状物等。

在剪切作用下，流体内部的微观结构会形成或加强，使其粘度增大，流动性减弱。

非牛顿流体的存在和性质可以通过多种因素来解释，例如流体内部的多相结构、聚合物链的排列和交联等。

非牛顿流体的研究对于理解各种复杂的流体行为以及应用于各个工程领域具有重要意义。

总之，非牛顿流体的粘度随着剪切应力变化而变化，不符合牛顿流体的流动规律。

通过对非牛顿流体的研究，我们能够更好地理解和应用这些特殊的流体性质。

非牛顿流体实验：揭开不一样的流动现象
非牛顿流体是指在剪切力作用下，其粘度随剪切速率和剪切应力
的变化而发生改变的液体。

接下来我们进行实验来揭开非牛顿流体的
神秘面纱。

实验步骤：
1.准备材料：玉米淀粉、水、食用色素、温度计、探针、容器、
搅拌器。

2.将玉米淀粉加入水中，用搅拌器搅拌至淀粉完全溶解。

3.将探针插入容器中，测量纯淀粉水溶液的黏度，记录数值。

4.往淀粉水溶液中加入一滴食用色素，再次测量黏度，记录数值。

5.在温度保持一致的情况下，不断加剪切力，如用手指或搅拌器
搅拌淀粉水溶液，可以观测到黏度的变化，记录数值。

6.改变温度，重复步骤3、4、5，以观察温度对黏度的影响。

实验现象：
通过实验观察可以得到以下现象：
1.滴入食用色素后，淀粉水溶液在剪切作用下会产生流变现象，
即变得更为稠厚。

2.随着剪切应力的增加，淀粉水溶液的黏度会不断降低，呈现出非牛顿流体的特征。

3.当温度升高时，淀粉水溶液的黏度会下降，呈现流动性增强的特征，这说明温度也是影响非牛顿流体黏度的重要因素。

实验原理：
在非牛顿流体实验中，淀粉水溶液被视为不规则的颗粒团，不同于普通的牛顿流体分子间的相互作用方式。

剪切力作用下，淀粉水溶液中的颗粒间距离变大，因此流动粘度下降。

通过这个实验，我们深入了解了非牛顿流体的流动特性，也可以应用于实际生活中，如食品加工、油漆涂装等领域。

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。

非牛顿流体的制作教程引言流体是一种物质的形态，它可以流动并且没有固定的形状。

牛顿流体是指其粘度不随着剪切速率的增加而变化的流体。

然而，非牛顿流体则表现出了不同的特性，其粘度与剪切速率相关。

本文将详细介绍非牛顿流体的制作教程。

材料准备下面是制作非牛顿流体所需的一些材料。

请确保按照实验所需的分量准备好材料：•玉米淀粉：100克•水：500毫升•食用色素（可选）•塑料容器•搅拌棒步骤请按照以下步骤制作非牛顿流体：1.将玉米淀粉加入塑料容器中。

2.在淀粉上缓慢倒入水。

注意不要一次性倒入所有水，而是分次倒入，并紧密搅拌，确保淀粉充分溶解。

3.继续搅拌混合物，直到达到一个均匀的稠度。

4.根据需要，您可以添加几滴食用色素来为非牛顿流体增加一些颜色。

5.用搅拌棒或手指以均匀的速度搅拌混合物。

6.您将会发现，在搅拌的过程中，混合物的粘度会随着剪切速率的增加而显著变化。

当搅拌速度较慢时，混合物似乎是液体，但当搅拌速度变快时，混合物将变得更加粘稠。

7.倒出不牛顿流体并在手中尝试捏起它。

你会发现，它变得又硬又稳定。

原理解释非牛顿流体的特性可以通过流变学来解释。

流变学研究物质的流动和变形。

通过应力-应变关系，我们可以了解流体的特性。

在非牛顿流体中，剪切应力不仅与应变率有关，也与流体的本身特性有关。

当施加剪切力时，非牛顿流体的分子排列会发生变化，从而导致粘度的变化。

在本实验中，玉米淀粉被添加到水中，形成了非牛顿流体。

当混合物受到较慢的剪切力时，分子排列松散，流体呈现出液体的特性。

然而，当混合物受到较强的剪切力时，分子会重新排列并在一定程度上相互堆积，导致了流体的粘稠特性。

非牛顿流体的制作原理基于淀粉颗粒的特性。

淀粉分子由两种形式组成：线性分子和支链分子。

在正常情况下，这两种形式都以随机排列的方式存在。

然而，当混合物受到剪切力时，线性分子会拉直，形成了类似网状结构，导致粘度的增加。

实际应用非牛顿流体在科学教育和工程领域具有广泛的应用。

什么是非牛顿流体1 非牛顿流体的定义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，熊老师在上课时讲过，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或胡克定律，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。

但是，还有不少材料既不是虎克固体，也不是牛顿流体。

这些材料同时具有固体和流体的性质，哪种性质为主决定于进行观察时间的长短以及材料变形的大小。

有许多真实的材料样子像流体，即它们在受到应力时连续地改变它们的形状，但它们不能用牛顿关于常粘度的定律来描述，这类流体叫做非牛顿流体。

现在去医院作血液测试的项目之一，己不再是“血粘度检查”，而是“血液流变学捡查”（简称血流变），产生这样的变化就是因为血液不是牛顿流体，恒定不变的“粘度”不是它的一种属性。

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，斜率是粘度系数。

由此得到了著名的牛顿粘性定律。

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N·S方程。

后来人们在进一步的研究中知道，牛顿粘性实验定律，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。

2 常见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。

流量测量中常用的流体参数对工业管道流体流动规律的研究、流量测量计算以及仪表选型时，都要遇到一系列反映流体属性和流动状态的物理参数．这些参数，常用的有流体的密度、粘度、绝热指数(等熵指数)、体积压缩系数以及雷诺数、流速比(马赫数)等；这些物理参数都与温度．压力密切相关。

流量测量的一次元件的设计以及二次仪表的校验，都是在一定的压力和温度条件下进行的。

若实际工况超过设计规定的范围，即需作相应的修正。

一、流体的密度流体的密度( )是流体的重要参数之一，它表示单位体积内流体的质量。

在一般工业生产中，流体通常可视为均匀流体，流体的密度可由其质量和体积之商求出：＝（1－2）式中 m——流体的质量，kg；V——质量为m的流体所占的体积，m3密度的单位换算见表1—3。

各种流体的密度都随温度、压力改变而变化．在低压及常温下，压力变化对液体密度的影响很小，所以工程计算上往往可将液体视为不可压缩流体，即可不考虑压力变化的影响．但这只是一种近似计算。

而气体，温度、压力变化对其密度的影响较大，所以表示气体密度时，必须严格说明其所处的压力、温度状况．工业测量中，有时还用“比容”这一参数。

比容数是密度数的倒数，单位为m3／kg。

二、流体的粘度流体的粘度是表示流体内摩擦力的一个参数。

各种流体的粘度不同，表示流动时的阻力各异。

粘度也是温度、压力的函数．一般说来，温度上升，液体的粘度就下降，气体的粘度则上升．在工程计算上液体的粘度，只需考虑温度对它的影响，仅在压力很高的情况下才需考虑压力的影响。

水蒸气及气体的粘度与压力、温度的关系十分密切．表征流体的粘度，通常采用动力粘度( )和运动粘度(v)，有时也采用恩氏粘度(°E)．流体动力粘度的意义是，当该流体的速度梯度等于l时，接触液层间单位面积上的内摩擦力．流体的动力粘度也可理解为两个相距1m、面积各为1m2的流体层以相对速度1m／s移动时相互间的作用力，即＝（1－3）式中――单位面积上的内摩擦力，Pa；v——流体流动速度，m／s；h——两流体层之间的距离，m；——速度梯度，I / S；动力粘度的单位Pa·s是国际单位制(SI)的导出单位，是我国法定单位．它与过去习惯使用的其他单位的换算关系见表l—4．表中的单位达因·秒／厘米2(dyn·s／cm2)是厘米—克—秒单位制(c．G．s单位制)的导出单位，习惯上称泊(P)。

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。