什么是非牛顿流体 非牛顿流体的原理 【建筑工程类独家文档首发】

非牛顿流体是什么，需要了解其原理，【建筑工程类独家文档首发】非牛顿流体就是不符合牛顿黏性实验定律的流体kaiyun全站登录网页入口，特点是剪切应力与剪切应变率不呈现线性关联，这种流体在生活、生产及自然界中普遍存在，多数生物体内的流体都属于此类非牛顿流体。人体内的血液、淋巴液、囊液等体液，以及类似细胞质的半流体物质，均归类为非牛顿流体。非牛顿流体在日常生活中、工业生产及自然界中普遍存在。当前对非牛顿流体的定义，绝大多数生物体液都属于此类。例如血液、淋巴液、囊液等体液，以及细胞质这类半流体，均属于非牛顿流体。高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等通常表现出非牛顿流体的特性。聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、尼龙6、PVS、赛璐珞、涤纶、橡胶溶液、各类工程塑料以及化纤的熔体和溶液，均属于非牛顿流体。石油、泥浆、水煤浆、陶瓷浆、纸浆、涂料、油墨、牙膏、家蚕丝溶液、钻井用的清洗液和完成液、磁流体、部分感光材料的涂剂、泡沫、液晶、高含沙水流、泥石流、地幔等均属于非牛顿流体。食品工业里的番茄汁、淀粉液体、蛋清制品、苹果浆体、高浓度糖溶液、酱油制品、果酱体、炼乳体、琼脂体、土豆浆体、融化的巧克力体、面团块、米粉团块，还有鱼糜制品、肉糜制品等所有糊状食品物料，同样属于非牛顿流体类型。非牛顿流体表现出一种特殊现象，即射流在出口处发生膨胀，这种现象被称为 Barus 效应或 Merrington 效应，如图 1 所示，奶酪射流出口的膨胀现象尤为明显，当非牛顿流体被强制从一个大容器通过毛细管流出时，会发现射流的宽度要比毛细管的直径宽得多，射流的最大宽度与毛细管直径的比值，被称为模片膨胀率或挤出物膨胀比牛顿流体受雷诺数影响，该数值介于0.88与1.12之间。高分子熔体或浓溶液的数值则高得多，有时会超过10。通常情况下，片材膨胀程度取决于流动速度和毛细管长度。片材膨胀现象在模具设计方面具有关键作用。当聚合物熔体从矩形截面管口流出时，长边方向的膨胀程度明显强于短边方向。管状物横截面最长的那条边中间部分最为鼓起，所以，要是希望制造出来的物件横截面呈现方形，模具的轮廓不能设计成方形，而必须是每一条边中间都向内凹陷的样式。长杆现象，又称作 Weissenberg 现象，如图 2 所示，图 2 展示了非牛顿流体呈现的长杆现象kaiyun官方网站登录入口，在右侧，1944 年 Weissenberg 在英国伦敦帝国学院，进行了一次引人注目的演示，在一个装有黏弹性液体，即非牛顿流体的一种，的容器内，他旋转了一个实验用的杆子牛顿流体受离心力影响，表面会呈现下凹形态；黏弹性流体则表现出相反特性，流体向容器中心汇聚，沿着旋转杆向上攀爬，表面形成凸起状态，即便杆体转速较慢时也能观测到该情形。在开发混合设备时，必须将攀爬杆现象纳入考量因素。同样，在构建非牛顿流体输送装置时，也应当关注并运用这一效应。没有管子吸或开口虹吸，参照图3,3,开口虹吸针对牛顿流体，实验时虹吸管若离开液面，虹吸立刻中断，然而对于高分子液体，例如聚异丁烯的汽油混合物和百分之一的 POX水溶液，或者聚醣在水中的微弱凝胶体系，这些液体都极容易演示无管虹吸现象提起管子，液体仍会不断从容器中流出，涌入管内，即便管子已脱离液体。仅将盛满液体的烧杯稍稍倾斜，液体便会自行淌下，一旦流动启动，将持续不断，直至容器见底。这种无需管道的虹吸现象，正是合成纤维得以顺利纺织的关键所在。湍流减阻，又称 Toms效应，如图4所示，展示了非牛顿流体在相同动力作用下喷水时的独特表现，这种现象也被称为湍流减阻。实验表明，向牛顿流体中添加少量聚合物，当流速保持不变时，会发现压力差大幅下降。湍流一直是理论物理和流体力学领域尚未攻克的难题。在含有牛顿流体的介质中掺入微量聚合物成分kaiyun全站app登录入口，却产生了降低阻力的现象。有研究者指出：掺入聚合物成分后，观测到爆发周期的时长增加了，推测是高分子链发挥了影响。尽管湍流阻力降低的机理尚未完全阐明，但已有显著的实践价值。向消防用水中掺入少量聚氧化乙烯，能使消防栓喷出的水柱高度提升两倍以上。添加高分子材料成分，有助于优化空穴现象的发展以及其造成的损害。非牛顿类液体除了具备前述几种引人注目的特性之外，还拥有其他一些备受关注的非凡特质，例如可被拉成丝线（能够延伸为极为纤细的丝状物，正如“春蚕到死丝方