Неньютоновские жидкости

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...2

1 Неньютоновские жидкости……………………………………………………..3

Заключение………………………………………………………………………...8

Список использованной литературы…………………………………………….9

 

 

 

 

 

Введение

 

Многокомпонентные жидкости как гомогенные, так и гетерогенные, в большей степени, могут содержать в своём составе компоненты, значительно изменяющие вязкость жидкости, и даже кардинально меняющие саму физическую основу и природу внутреннего трения. В таких жидкостях гипотеза вязкостного трения Ньютона (пропорциональность напряжений градиенту скорости относительного движения жидкости) неприменима. Соответственно такие жидкости принято называть неньютоновскими жидкостями.

 

 

1 Неньютоновские жидкости

 

Из анализа закона Ньютона следует, что вязкость жидкости ц не зависит от градиента скорости и постоянна при данной температуре. Такие жидкости принято называть ньютоновскими. К ним относятся все газы и чистые жидкости (и их смеси) с низкой молекулярной массой. 
Если жидкости не подчиняются закону Ньютона и касательные напряжения выражаются более сложными зависимостями, чем уравнение, такие жидкости называют неньютоновскими. К ним относятся растворы полимеров, коллоидные растворы, суспензии и т. п. Структура неньютоновских жидкостей определяется характером взаимодействия их частиц. При отклонении этих жидкостей (систем) от равновесия (покоя) структура таких жидкостей нарушается, а их свойства зависят от прилагаемых усилий и скорости деформации. Законы деформации и движения неньютоновских жидкостей составляют предмет и задачи науки, которую называют реологией. Обычно реологические свойства неньютоновских жидкостей определяют экспериментально.

Кривые течения  некоторых неньютоновских жидкостей  представлены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Кривые течения неньютоновских жидкостей

1-вязкопластичная ; 2- псевдопластичная ; 3- дилатантная ; 4,5 – нелинейно вязкопластичная

Классификация и реологические свойства неньютоновских жидкостей. Для получения расчетных уравнений, описывающих течение неньютоновских жидкостей, следует установить связь между напряжениями сдвига и скоростью деформации. Касательные напряжения τ_Т, как известно, являются функцией градиента скорости:

                                                                                               (1.1)

Для неньютоновских жидкостей вводится понятие «кажущейся»  вязкости. Под ней подразумевают вязкость неньютоновской жидкости, у которой скорость деформации под действием заданного напряжения сдвига равна скорости деформации рассматриваемой неньютоновской жидкости. Связь кажущейся вязкости μ_э с реологическими свойствами неньютоновской жидкости может быть представлена выражением:

                                                                                         (1.2)

          Неньютоновские жидкости подразделяют на три основные группы. 
К первой группе относятся вязкие (или стационарные) неньютоновские жидкости, для которых функция (1.1) не зависит от времени. По виду кривых течения различают следующие жидкости этой группы: бингамовские, псевдопластичные и дилатантные.

Бингамовские жидкости начинают течь только после приложения напряжения τ₀ (τ₀  - начальное напряжение сдвига, или предел текучести), превышающего предел текучести. При этом структура пластичной жидкости разрушается, и она ведет себя как ньютоновская, т.е. зависимость τ_т от du/dy для них также прямо пропорциональна. При снижении напряжения (τ_т < τ₀) структура бингамовских жидкостей восстанавливается. К бингамовским жидкостям относятся густые суспензии (различные пасты и шламы, масляные краски и т.п.).

Уравнение кривой течения  бингамовских жидкостей имеет вид:

                                                                       (1.3)          

где μ- пластическая вязкость.

Псевдопластичные жидкости получили наибольшее распространение в рассматриваемой группе неньютоновских жидкостей. К ним относятся растворы полимеров, целлюлозы и суспензии с асимметричной структурой частиц, и т.п. Псевдопластичные жидкости, как и ньютоновские, начинают течь при самых малых значениях τ_т . Для этих жидкостей зависимость напряжения сдвига от скорости деформации может быть представлена степенной функцией

                                                                                           (1.4)

 где k и n - константы, причем значение k зависит от консистенции жидкости и увеличивается с увеличением вязкости; n отражает меру неньютоновского поведения жидкости

Жидкости, реологические  свойства которых описываются зависимостью (1.4), иногда называют степенными.

Для псевдопластичных жидкостей n < 1 (для ньютоновских n = 1 и соответственно k = n), т. е. кажущаяся вязкость уменьшается с увеличением скорости деформации. Кривая течения постепенно переходит в прямую при бесконечно большом градиенте du/dy.

Дилатантные жидкости содержат жидкую фазу в количестве, позволяющем заполнить в состоянии  покоя или при очень медленном  течении пустоты между частицами  твердой фазы. При увеличении скорости частицы твердой фазы перемещаются друг относительно друга быстрее, силы трения между частицами возрастают, при этом увеличивается кажущаяся вязкость. Для дилатантных жидкостей показатель степени в уравнении (1.4) k > 1. К дилатантным жидкостям относятся суспензии крахмала, силиката калия, различные клеи и др.

Ко второй группе относят неньютоновские жидкости, характеристики которых зависят от времени. Для таких жидкостей величина τ_т зависит не только от градиента деформации, но и от ее продолжительности, что усложняет анализ процесса течения этих жидкостей, поскольку для определения вязкости нужно знать предысторию жидкости. Эти жидкости подразделяют на тиксотропные (кажущаяся вязкость которых во времени уменьшается) и реопектические (кажущаяся вязкость которых во времени увеличивается).

На рисунке 1.2 представлен  график зависимости касательных  напряжений от времени сдвига.

Рисунок 1.2 –Зависимость касательных напряжений от времени  сдвига

1- реостабильные  жидкости ; 3- тиксотропные ; 2- реопектические .

К тиксотропным жидкостям  относятся многие красители, некоторые пищевые продукты (простокваша, кефир и т. п.), вязкость которых снижается при взбалтывании. К реопектическим жидкостям можно отнести суспензии бентонитовых глин и некоторые коллоидные растворы.

К третьей группе относятся вязкоупругие, или максвелдонские жидкости. Кажущаяся вязкость этих жидкостей уменьшается под воздействием напряжений, после снятия которых жидкости частично восстанавливают свою форму. К этому типу жидкостей относятся некоторые смолы и пасты тестообразной консистенции.

 

Заключение

 

 В заключении следует  особо подчеркнуть широкое использование  неньютоновских жидкостей в нефтяной  промышленности, где они участвуют  во многих производственных процессах  — перемещаются по гидравлическим  системам различного назначения  и конструкции и характеризуются  при этом большим разнообразием  химического состава и физических  свойств.

 

 

 

Список  использованной литературы

 

1 Неньютоновские жидкости/ У. Л. Уилкинсон .-М: Мир , 1964.-216 с.