原油流变学-第2章 非牛顿流体的基本流变特性 §2.3与时间有关的粘性流体
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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。
第三章 原油的流变性第一节 原油的组成一、概述石油是一种多组分的复杂混合物。
组成石油的主要元素有碳、氢、氮、氧、硫及一些微量金属元素。
其中碳、氢的含量高达96%—99%,氮、氧、硫三元素的总量约为1%—4%。
微量元素有铁、镍、铜、钒、砷、磷等。
从油田开采得到而未经炼制加工的天然石油一般称原油。
上述元素都以有机化合物的形式存在于其中。
现已确认,组成原油的有机化合物可划分为由碳、氢构成的烃类化合物和含有硫、氮、氧等元素的非烃化合物两大类。
原油中的烃类化合物主要是烷烃、环烷烃和芳香烃,还有少量烯烃。
烷烃是原油的主要组分,其分子通式为,碳键属直键结构的称正构烷烃,带侧键或支键的称异构烷烃。
烷烃的物性与n 值有关。
在常温常压下,C 22+n n H C 1~C 4(即CH 4~C 4H 10)的烷烃呈气态,C 5~C 16的烷烃呈液态,C 17以上的烷烃呈固态。
n 值增加,熔点、沸点等物性也随之升高。
在常温常压下,烷烃的化学性质不活泼,因而稳定性好,在储存过程中不易氧化变质。
烷烃是非极性化合物,几乎不溶于水,但易溶于有机溶剂。
环烷烃是饱和的环状化合物,即碳原子以单键相互连成环状,其它价键为氢原子所饱和的化合物。
原油中环烷烃的含量仅次于正构烷烃,但比异构烷烃多,分子通式为H n C 2n 最简单的环烷烃是环丙炕烃C 3H 6。
环烷烃的碳原子数愈少愈不稳定。
它的密度、熔点、沸点比相同碳原子的烷烃的高,但密度仍小于1g/cm 3。
在常温常压下,n<5的环烷烃呈气态、(即环戊烷烃C 5H 10等呈气态),C 6~C 26的环烷烃呈液态,分子量更大的环烷烃呈固态。
芳香烃是苯环结构上带有不同烃基侧键的烃类化合物,在常温常压下,它呈液态或固态,它的密度比相同碳数的其它烃类大。
烯烃是碳原子之间具有双键的不饱和烃。
在常温常压下,碳原子数小于6的(即C 6)烯烃是气体,C 6以上的烯烃是液体,碳原子数更大的是固体。
尤其是在残渣油中原油中除上述烃类化合物外,还含有非烃类化合物。
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。