牛顿流体和非牛顿流体

第四节　牛顿流体和非牛顿流体

一、流变性

反映流体在简单剪切流动条件下，切应力与切应变速度关系的力学性质。

（一）牛顿流体

符合牛顿内摩擦力为牛顿流体。公式17-7给出了流体简单剪切流动切应力与切应变速度的关系。这种关系反映流体物料的力学性质，称为流变性。表示流变关系的曲线称为流变曲线。水、汽油、煤油、柴油、乙醇、香蕉水、甲苯等液体和各种气体的流变性符合牛顿内摩擦定律，这样的流体统称为牛顿流体。牛顿流体的运动黏度μ，在一定的温度和压力下是常数，切应力与切应变速度呈线性关系，流变曲线是通过坐标原点的直线，斜率就是牛顿流体的黏度。即

（二）非牛顿流体

除了牛顿流体外，在自然界和工程中还有许多液体物料（如沥青、水泥砂浆等）的流变性不符合牛顿内摩擦定律，其流变曲线不是通过坐标原点的直线，这样的流体统称为非牛顿流体。对于非牛顿流体，也类似于牛顿流体，把切应力与切应变速度之比，定义为非牛顿流体的表观黏度，表观黏度一般随切应变速度和剪切持续时间而变化。

二、非牛顿流体简介

非牛顿流体主要有非时变性非牛顿流体、时变性非牛顿流体和黏弹性流体。

（一）非时变性非牛顿流体

流体的表观黏度只与切应变率有关，与剪切作用持续时间无关。这一类是应用最多的非牛顿流体，主要有宾汉（Bingham）体、伪塑体（剪切稀化流体）和膨胀体（剪切稠化流体）。

（二）时变性非牛顿流体

流体的表观黏度不仅与切应变率有关，且与剪切作用持续时间有关，其原因是这类流体受剪切作用，内部结构的调整需要一段时间过程。时变性非牛顿流体分为触变流体和触稠流体，在一定切应变率下，前者的表观是黏度随剪切力作用持续时间而减小，如某些油漆、涂料是触变流体；后者的表观黏度随剪切力作用持续时间而增大，如某些乳胶悬浮液是触稠流体。

（三）黏弹性流体

这一类流体兼有黏性和弹性双重性质，由此而显现出纯黏性所没有的特殊现象，如盛在容器内的黏弹性流体，沿旋转的搅拌杆向上爬升，液面内高外低，这种爬竿现象称为魏森伯格（Weissenberg）效应。对牛顿流体，由于离心力作用，液面成为凹形，外高内低。黏弹性流体自大容器内有细管流出，流体的直径大于细管直径。多数黏性流体，如高分子溶液从细管内挤出时，一般，这种挤出胀大现象也称为巴拉斯（Barus）效应，而牛顿流体由细管流出时，形成射流收缩。此外，将进入黏弹性流体中的吸管，在抽吸过程中慢慢地拔出液面，流体仍继续流入管内，形成无管虹吸。血液、人的唾液等都是常见的黏弹性流体。