聚合反应工程基础：第四章-化工流变学基础

第四章化工流变学基础流变学：研究物质的变形和流动的科学流体理想流体：实际流体流动时无阻力，又称非粘性流体牛顿流体非牛顿流体非依时性流体依时性流体1。牛顿粘性定律和流动曲线A牛顿粘性定律剪切速率2。非牛顿流体的分类非依时性流体依时性流体假塑性流体胀塑性流体宾汉流体屈服-假塑性流体屈服-胀塑性流体n<1假塑性流体；n=1牛顿流体；n>1胀塑性流体。触变性流体震凝性流体粘弹性流体ED宾汉流体FBA牛顿流体Cτy剪切速率E非依时性流体的流动曲线n<1假塑性流体；n=1牛顿流体；n>1胀塑性流体。n<1屈服-假塑性流体；n=1宾汉流体；n>1屈服-胀塑性流体。屈服应力触变流体，min震凝性流体第二节非牛顿流体的流变特性牛顿流体：粘度是温度的函数，与剪切应力或剪切速度无关。非牛顿流体：粘度不仅与温度有关，还与剪切应力或剪切速度有关，有的还与时间有关。一、非牛顿流体的表观粘度表观粘度：对于假塑性流体、胀塑性流体：3胀塑性流体1牛顿流体2假塑性流体对于宾汉流体，n=1:宾汉塑性粘度宾汉流体的表观粘度：二、高聚物溶液(假塑性流体)的流变特性高聚物溶液的流变曲线第一牛顿区第二牛顿区假塑性区相应的粘度称为零剪切粘度相应的粘度称极限剪切粘度相应的粘度以表观粘度。1.平均分子量与分子量分布对粘度的影响小于临界分子量时，则β=1～2；而大于临界分子量时，则β≈3.4。临界分子量临界剪切速率AB分子量越大，链的柔性越大，则假塑性程度越高，会较早的转变为非牛顿型，其临界剪切速率较低。对于分子量相近而分子量分布较宽的流体则比分布较窄的流体较早的出现非牛顿型的转变。2.温度、压力、浓度对粘度及流变特性的影响温度影响粘流活化能浓度影响在浓度不太高时：浓度C临界浓度压力影响压力主要影响流体的自由体积，当压力P增大时，自由体积减小，分子链相互作用增强，引起粘度的增加。三、悬浮液的流变特性粘度悬浮液的粘度随粒子的固相分率Φv增加而增大。最大固相分率流变性质低固相分率高固相分率牛顿流体非牛顿流体流速分布流量流动特征表观粘度和雷诺数第三节非牛顿流体在圆管中层流流动的分析非依时性非牛顿流体流体流动方向假定：1）流体处于恒温、稳态层流流动；2）径向速度仅是半径r的函数；3）流体在管壁处无滑壁现象存在，r=R时，u(R)=0;4）流体是不可压缩的。流体流动方向推动力=剪切力当r=R时，管壁处的剪切应力最大：层流流动时的速度分布基础式1．牛顿流体：抛物线2．幂律流体：速度分布公式：00.20.40.60.81.00.40.81.21.41.6n=0.125n=0.25n=0.5n=1.0n=2.0n=∞半径r处面积为2πrdr的环形微元中的流量dQ：层流流动时的流量基础式流量的计算1．牛顿流体2．幂律流体3．宾汉流体管壁处的剪切速率：对于牛顿流体n’=1幂律流体n’=n流动特征非牛顿流体流动行为指数非牛顿流体对于幂律流体时：非牛顿流体稠度系数二、表观粘度及雷诺数非牛顿流体在圆管中流动时的表观粘度(μa)p定义为：对于幂律流体有：流体在管壁处的表观粘度定义为：对于幂律流体：非牛顿流体在管中流动时的雷诺数NRe(n)定义为：对于幂律流体有：三、压力降对于牛顿流体：对于非牛顿流体：可根据p137图4-15先求得NRe，查图得f，再根据上式求得压降。第五节非牛顿流体流变性