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1、第九章 非牛顿流体流动,1/15,第一节 非牛顿流体的流变特性,2/15,第一节 非牛顿流体的流变特性,流体对机械作用的响应不仅依据于这些守恒律，而且取决于该种流体的特性，这种响应称之为物质的应力应变关系 人们花费了大量精力研究精确描述流体应力应变关系的本构方程，但只得到了几种具有近似意义的本构方程。 严格意义上，一种特定的本构方程只适用于一种假设的模型化的流体。因此本构关系的建立相当于定义一种假设的流体模型，即用一种近似的方法描述某一特定流体的流变行为,3/15,第一节 非牛顿流体的流变特性_分类,1.1无时间依存性的非牛顿流体,1.2 有时间依存性的非牛顿流体,1.3 粘弹性非牛顿流体,1
2、）纯粘性非牛顿流体,2）粘塑性非牛顿流体,1）触变性非牛顿流体,2）振凝性非牛顿流体,等剪切速率条件下剪切应力随剪切时间而增大,流变特性对剪切速率变化的响应是滞后的,剪切速率超过一有限值后才流动,剪切力超过一个值时才有流动,剪切应力只与剪切速率有关,有剪切力就回有流动,剪切应力同时依赖于剪切速率和变形程度,具有与时间有关的非牛顿流体的全部流变性质 又具有部分弹性恢复效应的物料的性质,4/15,第一节 非牛顿流体的流变特性_幂律,1.1无时间依存性的非牛顿流体,1）纯粘性非牛顿流体,K为稠度系数,n为流动指数 n ,=,1,这两个系数均与温度有关,5/15,1.1无时间依存性的非牛顿流体,第一节
3、 非牛顿流体的流变特性_宾汉,2）粘塑性非牛顿流体,石蜡、沥青、某些钻井液、漂浮在空中的灰尘悬浮体、 下水道中排放的污液,6/15,第一节 非牛顿流体的流变特性_其他,3) 低剪切速率下介于宾汉和幂律模型之间,综合了宾汉模型和幂律模型特点,卡森模型,赫谢尔巴克利模型,罗伯逊史蒂夫模型,1.1无时间依存性的非牛顿流体,7/15,第一节 非牛顿流体的流变特性_其他,3) 低剪切速率下介于宾汉和幂律模型之间,综合了宾汉模型和幂律模型特点,卡森模型,赫谢尔巴克利模型,罗伯逊史蒂夫模型,卡森模型是两参数模型，在油漆、涂料、塑料等领域有所应用，在钻井液中应用较少,1.1无时间依存性的非牛顿流体,油漆、涂料
4、、塑料等领域有所应用，在钻井液中应用较少,大部分钻井液和某些原油为带屈服值的拟塑性非牛顿流体,其特点是与宾汉流体一样具有屈服值，但当应力超过屈服值时其应力应变关系是非线性的,罗伯逊史蒂夫模型属三参数模型， 表达式繁琐，实际使用得很少,C为速度梯度修正值,8/15,第一节 非牛顿流体的流变特性_分类,1.1无时间依存性的非牛顿流体,1.2 有时间依存性的非牛顿流体,1.3 粘弹性非牛顿流体,1）纯粘性非牛顿流体,2）粘塑性非牛顿流体,1）触变性非牛顿流体,2）振凝性非牛顿流体,(略),依时性非牛顿流体,对剪切速率变化的响应是滞后的，由于流体结构的变化极其缓慢，因此 其变化过程不可逆。 依赖于剪切
5、速率和剪切过程的结构参数确定。,粘弹性非牛顿流体,粘弹性流体是指剪切应力同时依赖于剪切速率和变形程度的非牛顿流体。 既具有与时间有关的非牛顿流体的全部流变性质又具有部分弹性恢复效应的物料的性质,9/15,第二节 拟塑性流体在圆管中的层流运动_ 解析解,边界条件，r=R 处，V=0,控制方程,本够关系,10/15,第二节 拟塑性流体在圆管中的层流运动_ 解析解,边界条件，r=R 处，V=0,控制方程,本够关系,11/15,第二节 拟塑性流体在圆管中的层流运动_ 解析解,12/15,边界条件，r=R 处，V=0,第二节 拟塑性流体在圆管中的层流运动_ 速度分布,13/15,第二节 拟塑性流体在圆管
6、中的层流运动_ 压力降,水头损失,拟塑性流体雷诺数,14/15,第三节 宾汉流体在圆管中的层流运动,边界条件，r=R 处，V=0,控制方程,本够关系,15/15,第三节 宾汉流体在圆管中的层流运动,边界条件，r=R 处，V=0,16/15,第三节 宾汉流体在圆管中的层流运动,17/15,第三节 宾汉流体在圆管中的层流运动,边界条件，r=R 处，V=0,控制方程,本够关系,18/15,第三节 拟宾汉流体在圆管中的层流运动,边界条件，r=R 处，V=0,控制方程,本够关系,19/15,其他非牛顿流体圆管与环空流动,第四节 粘弹性流体在圆管中的不稳定层流运动,第五节 拟塑性流体在环空中的层流运动,第六节 非牛顿流体在圆管中的湍流运动,20/15,