流变学基础ppt课件

1、补充：补充： 流变学根底流变学根底1;.第一节第一节 概概 述述一流变学的根本概念一流变学的根本概念 流变学流变学为了表示液体的流动和固体的变形景象而提出来的概念。为了表示液体的流动和固体的变形景象而提出来的概念。 流变学主要是研讨物质的变形和流动的一门科学。流变学主要是研讨物质的变形和流动的一门科学。 变形：对某一物体外加压力，其内部的各部分的外形和体积发生的变化。变形：对某一物体外加压力，其内部的各部分的外形和体积发生的变化。 对液体或固体施加外力，那么液体或固体内部存在一种与外力相对抗的内力使其恢对液体或固体施加外力，那么液体或固体内部存在一种与外力相对抗的内力使其恢复原状。此时在单位面

2、积上存在的内力称为应力复原状。此时在单位面积上存在的内力称为应力StressStress如橡胶。如橡胶。2 由外部应力而产生的固体的变形，如除去其应力，那么固体恢复原状，这种性质称为由外部应力而产生的固体的变形，如除去其应力，那么固体恢复原状，这种性质称为弹性。弹性。 把这种可逆性变形称为弹性变形，而非可逆性变形称为塑性变形。把这种可逆性变形称为弹性变形，而非可逆性变形称为塑性变形。 流动主要表示液体和气体的性质。流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种景流动主要表示液体和气体的性质。流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种景象称为粘性。流动也视为一种非可逆性变形过程。象称为粘性。流动也视

3、为一种非可逆性变形过程。 实践上，某一种物质对外力表现为弹性和粘性双重特性粘弹性。这种性质称为流实践上，某一种物质对外力表现为弹性和粘性双重特性粘弹性。这种性质称为流变学性质，对这种景象进展定量解析的学问称为流变学。变学性质，对这种景象进展定量解析的学问称为流变学。3 切变应力与切变速率切变应力与切变速率 在流速不太快时，可将流动着的液体视为相互平行挪动的液层叫层流如以下图，在流速不太快时，可将流动着的液体视为相互平行挪动的液层叫层流如以下图，由于各层的速度不同，便构成速度梯度由于各层的速度不同，便构成速度梯度du/dydu/dy，这是流动的根本特征水中之游鱼。，这是流动的根本特征水中之游鱼。

4、 u uy y表征体系流变性质的两个根本参数：表征体系流变性质的两个根本参数：1. 1. 在单位液层面积在单位液层面积A A上施加的使各液层间产生相对运上施加的使各液层间产生相对运动的外力称为剪切应力，简称剪切力，单位为动的外力称为剪切应力，简称剪切力，单位为N/m2N/m2，以，以S S表示。表示。2.2.剪切速度，单位为剪切速度，单位为S-1S-1，以，以D D表示。表示。4小分子流动与高分子黏性流动机理的区别：小分子流动与高分子黏性流动机理的区别：流动机理：流动机理： 小分子的流动，简单来说是靠整个分子的孔穴跃迁完成的。运动单元是整个小分子的流动，简单来说是靠整个分子的孔穴跃迁完成的。运

5、动单元是整个分子。分子。 在小分子液体内部，存在许多与小分子尺寸相当的孔穴，在外力作用下，分子在小分子液体内部，存在许多与小分子尺寸相当的孔穴，在外力作用下，分子不断沿外力方向跃迁填补前面的空穴，分子原来占有的位置成为新的空穴后，又让后不断沿外力方向跃迁填补前面的空穴，分子原来占有的位置成为新的空穴后，又让后面的分子跃入，从而构成了液体的宏观流动。面的分子跃入，从而构成了液体的宏观流动。56第二节第二节 流变性质流变性质一牛顿流动一牛顿流动牛顿粘度定律：纯液体和多数低分子溶液和高分子稀溶液在层流条件下的剪切应力牛顿粘度定律：纯液体和多数低分子溶液和高分子稀溶液在层流条件下的剪切应力 单单位面积

6、上的粘滞阻力位面积上的粘滞阻力SS与剪切速度与剪切速度垂直于流动方向上的速度梯度成正比。遵照该垂直于流动方向上的速度梯度成正比。遵照该法那么的液体为牛顿流体。法那么的液体为牛顿流体。 式中，式中，粘度或粘度系数，是表示流体粘性的物理常数。单位为泊，粘度或粘度系数，是表示流体粘性的物理常数。单位为泊，1P= 1P= 0.1NS m-20.1NS m-2，SISI单位中粘度用单位中粘度用PaSPaS或或 Kg/(ms) Kg/(ms)表示。粘度系数除以密度表示。粘度系数除以密度得的值得的值 =/ =/为动力粘度为动力粘度SISI单位为单位为/S/S。 7 下表中表示常用的各种液体在下表中表示常用的

7、各种液体在2020条件下的粘度厘泊秒。条件下的粘度厘泊秒。 8 根据公式得知牛顿液体的切变速度与切变应力之间如以下图所示，呈直线关系且直线根据公式得知牛顿液体的切变速度与切变应力之间如以下图所示，呈直线关系且直线经过原点。经过原点。 (a)牛顿流动 在一定温度下，牛顿液体的粘度在一定温度下，牛顿液体的粘度为常数，它只是温度的函数，随温度升高而减小。为常数，它只是温度的函数，随温度升高而减小。9二非牛顿流动二非牛顿流动 实践上大多数液体不符合牛顿粘度定律，如高分子溶液、胶体溶液、乳剂以及固实践上大多数液体不符合牛顿粘度定律，如高分子溶液、胶体溶液、乳剂以及固- -液液的不均匀体系的流动。把这种不

8、遵照牛顿粘度定律的物质称为非牛顿流体，这种物质的不均匀体系的流动。把这种不遵照牛顿粘度定律的物质称为非牛顿流体，这种物质的流动景象称为非牛顿流动。的流动景象称为非牛顿流动。 非牛顿流体的剪切速度和剪切应力的变化规律，经作图后可得三种曲线的类型：塑性非牛顿流体的剪切速度和剪切应力的变化规律，经作图后可得三种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、触变流动。流动、假塑性流动、触变流动。 10一塑性流动一塑性流动塑性流动的流动曲线：曲线不经过原点，在横轴塑性流动的流动曲线：曲线不经过原点，在横轴S S轴上的某处有交点，得屈伏值轴上的某处有交点，得屈伏值yield valueyield value或降伏值。

9、或降伏值。当切变应力添加至屈伏值时，液体开场流动，切变速度和切变应力呈直线关系。液当切变应力添加至屈伏值时，液体开场流动，切变速度和切变应力呈直线关系。液体的这种性质称为塑性流动。引起液体流动的最低剪切应力为屈伏值体的这种性质称为塑性流动。引起液体流动的最低剪切应力为屈伏值00： 塑性粘度；塑性粘度；00屈伏值、致流值或降伏值，单位为屈伏值、致流值或降伏值，单位为dynedyne-2-2。 (b)(b)塑性流动塑性流动0SSD11塑性流体的构造变化表示图塑性流体的构造变化表示图12n塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值00；当切应力；当切应力 0 0 0时，切变

10、速度和切应力呈直线关系。时，切变速度和切应力呈直线关系。 n表现为塑性流动的有浓度较高的乳剂和混悬剂。表现为塑性流动的有浓度较高的乳剂和混悬剂。13二假塑性流动高分子浓溶液二假塑性流动高分子浓溶液随着随着值的增大粘度下降的流动景象称为假塑性流动。值的增大粘度下降的流动景象称为假塑性流动。 式中，式中，a a 表观粘度表观粘度apparent viscosityapparent viscosity。假塑性流动的特点：没屈伏值；过原点；切应速度增大，构成向下弯的上升曲线，粘假塑性流动的特点：没屈伏值；过原点；切应速度增大，构成向下弯的上升曲线，粘度下降，液体变稀。度下降，液体变稀。c c假塑性流动

11、假塑性流动 14假塑性流体的构造变化表示图假塑性流体的构造变化表示图15切力变稀体缘由：切力变稀体缘由：1 1、由于剪切力作用使分子缠结解开。、由于剪切力作用使分子缠结解开。2 2、由于大分子的长链构造，流动、由于大分子的长链构造，流动时，从不同流速的液层中挣脱到同一流速层中去，而发生取向。时，从不同流速的液层中挣脱到同一流速层中去，而发生取向。16四触变流动四触变流动 当对某种体系进展搅拌时，由于其粘度下降，故流体易于流动。但是，放置一段时间当对某种体系进展搅拌时，由于其粘度下降，故流体易于流动。但是，放置一段时间以后，又恢复原来的粘性。象这种随着切变应力的下降，其粘度下降的物质，即在等温以

12、后，又恢复原来的粘性。象这种随着切变应力的下降，其粘度下降的物质，即在等温条件下缓慢地恢复到原来形状的景象称为触变性。条件下缓慢地恢复到原来形状的景象称为触变性。1718触变性触变性(thixotropy):象这种随着剪切应力增大，粘度下降，剪切应力消除后粘度象这种随着剪切应力增大，粘度下降，剪切应力消除后粘度在等温条件下缓慢地恢复到原来形状的景象称为触变性。在等温条件下缓慢地恢复到原来形状的景象称为触变性。其流动曲线的特性表现为剪切应力的下降曲线与上升曲线相比向左迁移，在图上其流动曲线的特性表现为剪切应力的下降曲线与上升曲线相比向左迁移，在图上表现为环状滞后曲线。也就是说，与同一个表现为环状

13、滞后曲线。也就是说，与同一个值进展比较，曲线下降时粘度低，值进展比较，曲线下降时粘度低，上升时被破坏的构造并不由于应力的减少而立刻恢复原状，而是存在一种时间差。上升时被破坏的构造并不由于应力的减少而立刻恢复原状，而是存在一种时间差。18n产生触变的缘由：对流体施加切应力后，破坏了液体内部的网状构造，当切应力减小产生触变的缘由：对流体施加切应力后，破坏了液体内部的网状构造，当切应力减小时，液体又重新恢复原有构造，恢复过程所需时间较长，因此上行线和下行线就不重时，液体又重新恢复原有构造，恢复过程所需时间较长，因此上行线和下行线就不重合。合。 n触变流动的特点：等温的溶胶和凝胶的可逆转换。触变流动的

14、特点：等温的溶胶和凝胶的可逆转换。 n塑性流体、假塑性流体中多数具有触变性，它们分别称为触变性塑性液体、触变性假塑性流体、假塑性流体中多数具有触变性，它们分别称为触变性塑性液体、触变性假塑性液体。塑性液体。19三三. .粘弹性粘弹性(Viscoelasticity)(Viscoelasticity) 高分子物质或分散体系具有粘性高分子物质或分散体系具有粘性(viscosity)(viscosity)和弹性和弹性(elasticity)(elasticity)双重特性，称之双重特性，称之为粘弹性。为粘弹性。 应力缓和应力缓和(stress relaxation)(stress relaxation)：物质被施加一定的压力而变形，并使其坚持一定：物质被施加一定的压力而变形，并使其坚持一定应力时，应力随时间而减少，此景象称为应力缓和。应力时，应力随时间而减少，此景象称为应力缓和。 蠕变性蠕变性(creep)(creep)：对物质附加一定的分量时，表现为一定的伸展性或形变，而且随：对物质