Відмінності між версіями «Неньютонівські рідини і їх класифікація»
(Не показано 13 проміжних версій цього користувача) | |||
Рядок 1: | Рядок 1: | ||
− | '''Неньютонівська рідина'''– модель рідини, що являє собою суцільне рідке тіло, для якого дотичні напруження внутрішнього тертя, спричиненого відносним проковзуванням (зсувом) шарів рідини описуються нелінійною залежністю від градієнта швидкості у напрямі, перпендикулярному до напрямку проковзування. На відміну від ньютонівських рідин, коли динамічний коефіцієнт в'язкості є константою при заданій температурі і тиску, особливість неньютонівських рідин полягає у залежності параметра в'язкості від градієнту швидкості. | + | '''Неньютонівська рідина''' – модель рідини, що являє собою суцільне рідке тіло, для якого дотичні напруження внутрішнього тертя, спричиненого відносним проковзуванням (зсувом) шарів рідини описуються нелінійною залежністю від градієнта швидкості у напрямі, перпендикулярному до напрямку проковзування. На відміну від ньютонівських рідин, коли динамічний коефіцієнт в'язкості є константою при заданій температурі і тиску, особливість неньютонівських рідин полягає у залежності параметра в'язкості від градієнту швидкості. |
− | Як синонім до терміну | + | Як синонім до терміну «неньютонівська рідина» вживається, також, термін «аномальна рідина». |
− | |||
− | + | ==Закон в'язкого тертя Ньютона == | |
− | де | + | |
+ | |||
+ | Для ньютонівських рідин закон в’язкого тертя Ньютона матиме вигляд | ||
+ | |||
+ | <math>\tau\ = \mu\(\frac{du}{dn})</math>, | ||
+ | |||
+ | де <math>\tau\</math>— напруження зсуву, що виникають між двома паралельними шарами, що лежать у напрямку потоку; | ||
+ | |||
+ | <math>du/dn</math> — градієнт швидкості, тобто зміна швидкості на одиницю довжини у перпендикулярному до потоку напрямку (швидкісить зсуву); | ||
+ | |||
+ | μ — коефіцієнт пропорційності, який є фізичним параметром і називається динамічною в'язкістю | ||
+ | (як показують дослідження μ залежить від природи рідини або газу, а також від температури). | ||
+ | |||
+ | Для неньютонівських рідин вищенаведений закон не підходить, тобто крива течії не є лінійною. Тому в більш загальному вигляді рівняння слід записати так: | ||
+ | |||
+ | <math>f(\tau\) = \frac{du}{dn}</math> | ||
+ | |||
+ | Очевидно, що для ньютонівських рідин <math>f(\tau\) = \frac{ \tau\ }{ \mu\ } </math>, а для неньютонівських — функція <math>f(\tau\)</math> може мати різний вигляд залежно від роду рідини. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | [[Файл:Рисунок1.gif|400px|right| Класифікація рідин за видом залежності дотичних напружень від градієгту швидкості.]] | ||
+ | |||
+ | |||
+ | == Класифікація неньютонівських рідин == | ||
+ | |||
+ | Якщо <math>f(\tau\)= \frac{\tau\ - (\tau_0\)}{\eta\ }</math>, де <math>\tau_0\</math>— граничне напруження зсуву, а <math>\eta\</math>—пластична в’язкість, то рідина являє собою '''''бінгамовський пластик'''''. | ||
+ | |||
+ | Коли ж <math>f(\tau\)= \tau^ (\frac{ \1\ }{ \ n \ } )\ / k </math> , де ''n'' і ''k'' — сталі для даної рідини, то при n<1 маємо так звану '''''псевдопластичну рідину''''', а при n>1 — '''''дилатантну рідину'''''. | ||
+ | |||
+ | Стала ''n'' характеризує ступінь неньютонівської поведінки матеріалу, а k — міру консистенції рідини. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | == Бінгамовська рідина == | ||
+ | |||
+ | В статичних умовах бінгамовська рідина веде себе як твердий матеріал, а при силовому впливі починає текти. | ||
+ | |||
+ | Прикладами бінгамовської рідини можуть бути: | ||
+ | <li> шлами | ||
+ | <li> бурові розчини | ||
+ | <li> масляні фарби | ||
+ | <li> стічні води | ||
+ | <li> різні емульсії та інші рідини | ||
+ | |||
+ | |||
+ | == Псевдопластичні рідини == | ||
+ | |||
+ | Псевдопластичні рідини не виявляють меж текучості, і крива течії в них показує, що відношення напруження зсуву і градієнта швидкості, яке в даному випадку характеризує'' уявну'', або ''ефективну'', ''в’язкість'', поступово знижується зі зростанням градієнта швидкості. | ||
+ | |||
+ | Приклади псевдопластичних рідин: | ||
+ | <li> розчини каучука | ||
+ | <li> розчини мастила | ||
+ | <li> розчини полімерів | ||
+ | <li> фармацевтичні розчини | ||
+ | <li> різні харчові продукти | ||
+ | <li> біологічні рідини тощо. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | == Дилатантні рідини == | ||
+ | Стаціонарно реологічно аномальна рідина, в'язкість якої із зростанням градієнту швидкості зростає. | ||
+ | |||
+ | Приклади дилатантних рідин: | ||
+ | <li> висококонцентровані водні суспензії порошків двоокису титану, заліза, слюди | ||
+ | <li> системи пісок/вода | ||
+ | <li> гідрозоль крохмалю | ||
+ | <li> солодкі суміші | ||
+ | <li> водні розчини гуміарабіку та ін. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | ---- | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Крім перелічених вище існують й інші типи неньютонівськнх рідин (в’язко- і пружнопластичні, еластичні тощо). Для багатьох з них зв’язок між напруженням і градієнтом швидкості залежить також від часу дії напруження і передісторії рідини. Значення їх ефективної в’язкості залежить не лише від швидкості зсуву, але й його тривалості. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | == Література == | ||
+ | <li> Левицький Б.Ф., Лещій Н.П. Гідравліка.Загальний курс - Львів: Cвіт,1994.-264с. | ||
+ | <li> Константінов Ю.М., Гіжа О.О. Технічна механіка рідини і газу: Підручник.- К.: Вища школа, 2002.-277с | ||
+ | <li> Астарита Дж., Марруччи Дж., Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей, пер. с англ., М., 1978 |
Поточна версія на 14:21, 20 травня 2012
Неньютонівська рідина – модель рідини, що являє собою суцільне рідке тіло, для якого дотичні напруження внутрішнього тертя, спричиненого відносним проковзуванням (зсувом) шарів рідини описуються нелінійною залежністю від градієнта швидкості у напрямі, перпендикулярному до напрямку проковзування. На відміну від ньютонівських рідин, коли динамічний коефіцієнт в'язкості є константою при заданій температурі і тиску, особливість неньютонівських рідин полягає у залежності параметра в'язкості від градієнту швидкості.
Як синонім до терміну «неньютонівська рідина» вживається, також, термін «аномальна рідина».
Зміст
[сховати]Закон в'язкого тертя Ньютона
Для ньютонівських рідин закон в’язкого тертя Ньютона матиме вигляд
[math]\tau\ = \mu\(\frac{du}{dn})[/math],
де [math]\tau\[/math]— напруження зсуву, що виникають між двома паралельними шарами, що лежать у напрямку потоку;
du/dn — градієнт швидкості, тобто зміна швидкості на одиницю довжини у перпендикулярному до потоку напрямку (швидкісить зсуву);
μ — коефіцієнт пропорційності, який є фізичним параметром і називається динамічною в'язкістю (як показують дослідження μ залежить від природи рідини або газу, а також від температури).
Для неньютонівських рідин вищенаведений закон не підходить, тобто крива течії не є лінійною. Тому в більш загальному вигляді рівняння слід записати так:
[math]f(\tau\) = \frac{du}{dn}[/math]
Очевидно, що для ньютонівських рідин f(\tau\) = \frac{ \tau\ }{ \mu\ }, а для неньютонівських — функція f(\tau\) може мати різний вигляд залежно від роду рідини.
Класифікація неньютонівських рідин
Якщо f(\tau\)= \frac{\tau\ - (\tau_0\)}{\eta\ }, де [math]\tau_0\[/math]— граничне напруження зсуву, а [math]\eta\[/math]—пластична в’язкість, то рідина являє собою бінгамовський пластик.
Коли ж f(\tau\)= \tau^ (\frac{ \1\ }{ \ n \ } )\ / k , де n і k — сталі для даної рідини, то при n<1 маємо так звану псевдопластичну рідину, а при n>1 — дилатантну рідину.
Стала n характеризує ступінь неньютонівської поведінки матеріалу, а k — міру консистенції рідини.
Бінгамовська рідина
В статичних умовах бінгамовська рідина веде себе як твердий матеріал, а при силовому впливі починає текти.
Прикладами бінгамовської рідини можуть бути:
Псевдопластичні рідини
Псевдопластичні рідини не виявляють меж текучості, і крива течії в них показує, що відношення напруження зсуву і градієнта швидкості, яке в даному випадку характеризує уявну, або ефективну, в’язкість, поступово знижується зі зростанням градієнта швидкості.
Приклади псевдопластичних рідин:
Дилатантні рідини
Стаціонарно реологічно аномальна рідина, в'язкість якої із зростанням градієнту швидкості зростає.
Приклади дилатантних рідин:
Крім перелічених вище існують й інші типи неньютонівськнх рідин (в’язко- і пружнопластичні, еластичні тощо). Для багатьох з них зв’язок між напруженням і градієнтом швидкості залежить також від часу дії напруження і передісторії рідини. Значення їх ефективної в’язкості залежить не лише від швидкості зсуву, але й його тривалості.