奇妙的非牛顿流体
介绍
非牛顿液是指不符合牛顿粘度实验定律的液体，即一种流体，即剪切应力与剪切应变速率之间具有线性关系的液体。简而言之，当轻轻触摸时，这种液体就像水一样。如果遭受重创，那就像一块石头。这是一个柔软但不难的人。
非牛顿流体的特征
1。肿胀现象
如果将非牛顿流体被迫从大容器流入毛细管，然后从毛细管中流出，则可以发现射流的直径大于毛细管直径（图1）。射流直径与毛细管直径的比率称为模具膨胀速率（也称为挤出肿胀比）。对于牛顿流体，它取决于雷诺数，其值约为0.88-1.12。对于聚合物熔体或浓缩溶液，其值更大，甚至可以超过10个。一般而言，模具的放大倍数是流速和毛细管长度的函数。
原因：通过狭窄的流通道，聚合物熔体会拉伸，从而导致弹性变形，没有时间放松。当离开模具端口时，外部力对分子链的影响得到缓解，弹性变形恢复，并且延伸的大分子链返回其原始卷曲状态，从而增加了挤出物的直径。
（图1挤出和肿胀现象）
霉菌扩展的现象在口模的设计中非常重要。当聚合物从矩形横截面的管道口融化时，管道截面的长侧的膨胀比短侧的膨胀更为重要，在管道截面中，长侧的中心为扩展到最大值（图2）。因此，如果需要乘积在横截面上是矩形，则口模的形状不能是矩形，但必须与图3所示的相同。
（图2中的挤压现象挤出现象）
（图3中的口腔模具的设计形状）
2。攀爬效果
1944年，魏森伯格在英国伦敦帝国学院公开进行了一次有趣的实验。在仅具有粘弹性流体（一种非牛顿流体）的烧杯中，旋转了实验棒。对于牛顿液，由于离心力的作用而进行了液体表面。它将是凹的（图4（a））；对于粘弹性流体，它朝杯中的中心移动并沿着杆上爬上，液位变为凸（图4（b））。即使在实验杆的旋转中，当速度非常低时，也可以观察到这种现象。
原因：由于旋转轴附近的聚合物融化会经历剪切流，因此卷曲的大分子链在流动方向上拉伸，导致弹性变形。这样，正常推力出现沿垂直于剪切力的方向出现，将流体向上推动。旋转速度越快，粘度越大，并且熔体攀爬速度越快。
（图4攀岩效果实验）
3。无管虹吸
对于牛顿液，在虹吸实验期间，如果将虹吸管提升至液位，则虹吸管将立即停止，但是对于聚合物液体，例如聚异生汽油溶液和1％Pox水溶液，或者在水中多糖的略微凝结。胶水系统和其他系统易于执行无内管的虹吸实验。当您慢慢将管子从容器中拉出时，您会看到，尽管管道不再插入流体中，但仍将流体持续从杯子中拉出并继续流入其中。在管中（图5）。甚至更简单，甚至没有虹吸。将烧杯稍微倾斜，里面充满了液体，以使流体流下降。一旦开始开yunapp体育官网入口下载手机版，该过程将在杯中流动之前不会停止（图6）。该无内管虹吸管的特征是合成纤维可易旋性的基础。
（图5虹吸现象）
（图6中的虹吸现象）
4。抗湍流降低
非牛顿流体显示的另一个出色的特性是湍流拖动。有人观察到，如果将少量的聚合物添加到牛顿流体中，则可以以给定的速率看到显着的压差下降。图8显示了雷诺的两个不同浓度聚乙烯的氧化物溶液的摩擦系数F的关系曲线一直是一个未解决的问题，它困扰了流体力学界。但是，将少量的聚合物添加剂添加到牛顿液中。有减速效果。有人报告说，添加聚合物添加剂后，爆发周期增加了，据信这是聚合物链的效果。
降低效果也称为TOMS效应。尽管原因尚不清楚，但它已被很好地使用。在消防水中添加少量聚乙烯氧化物可以使消防车水龙头喷洒的水头两倍多。聚合物添加剂的使用也可以改变空化过程及其破坏性作用。
（图7湍流减少）
生活中的非牛顿液
在人类出现之前很久就存在非牛顿液，因为大多数生物液属于到目前为止定义的非牛顿液。像细胞质一样，各种体液，例如血液开yun体育官网入口登录app，淋巴液和“半氟”，都是一种非牛顿液。去医院进行血液检查的物品之一不再称为“血液粘度测试”，而是“血液流变测试”（缩写为血液流变学）。这是因为对于血液，应力与剪切应变速率之间的关系不再是线性关系，并且不再只能给出一个斜坡（即粘度）来说明血液的机械性能。
近几十年来，促使非牛顿流体研究快速发展的主要驱动力之一是聚合物行业的发展。聚乙烯聚丙烯酰胺，聚氯乙烯，尼龙6，PVS，赛luloid，聚酯纤维，橡胶溶液，各种工程塑料，化学纤维熔体，溶液等都是非牛顿液体。
石油，泥，水和煤浆开元ky888棋牌官网版，陶瓷浆，纸浆，油漆，墨水，牙膏，家用丝绸再生溶液，用于钻孔的清洗和完成液，磁性浆液，某些光敏感材料的涂料，泡沫的涂料，泡沫，液晶，高沙质，高沙质，高沙质水流，泥石流，地幔等也是非牛顿液。
非牛顿液在食品行业也很常见，例如番茄汁，淀粉液体，蛋清，苹果果肉，蔬菜汤，浓糖水，酱油，果酱，凝固牛奶，凝乳牛奶，琼脂，琼脂，土豆牛奶，融化的巧克力，面团，米粉和鱼。各种切碎的食物材料，例如切碎的肉和切碎的肉。
综上所述，各种聚合物溶液，融化，糊状，凝胶，交联系统，悬架系统和其他在日常生活和工业生产中经常遇到的复杂液体几乎是非牛顿的流体。有时，出于工业生产的目的，需要将某些聚合物添加到某种牛顿液中，该聚合物将转变为非牛顿液，同时改善其性能，例如用于增加石油生产，新润滑剂等的压裂液体，等等。
[1] Wang Zhendong。精彩的非牛顿液[J]。力学与实践，1998（01）：73-75。
编辑：Wang Yaxue
校对：Zhu Shenbo，Yao Shendong，Yang Jian
