农业物料学-液体粘度-XXXX-

第四章液体物料的流动特性液体物料：在重力作用下会产生流动且不能保持其形状的物料主要内容：液体物料的流动特性液体物料流动性质的测定流变学分类一、液体物料的流动特性流动特性曲线：液体所受剪切应力与剪切速率间的函数关系曲线牛顿流体：剪切应力与剪切速率间为线性关系非牛顿流体：剪切应力与剪切速率间为非线性关系粘性流动：流动曲线通过原点塑性流动：流动曲线不通过原点，只有当剪切应力超过屈服应力时，液体才产生流动与时间无关：在给定温度和剪切速率时，剪切应力为常数与时间有关：在给定温度和剪切速率时，剪切应力不为常数非牛顿流体分类物料的流变行为强烈地依赖于其结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺寸稳定性1、牛顿流体及其粘度本构方程：凡流动行为符合牛顿流动定律的流体，称为牛顿流体，如水、甘油、高分子稀溶液等。特点：1）剪切应变与剪切应力大小有关，与剪切应力作用时间有关；2）形变不可恢复3）牛顿流体的粘度仅与流体的分子结构、温度和压力等有关，与切应力和切变速率无关η—粘度，粘性系数，动力粘度，(N·s/m2)1N·s/m2=1Pa·s=10P（泊）=1000cP（厘泊）液体内单位距离有1m/s速度差的速度梯度时，在垂直于该速度梯度方向的面上，沿速度方向每1m2面积产生1N力的应力时的粘度τ流动系数（fluidity）：流体流动的难易程度运动粘度v：液体单位质量密度（massdensity）的粘度

v=η/ρ（St）1m2/s=104St=106cStSt—粘度为1P，质量密度为1g/cm3的流体的运动粘度条件粘度恩氏粘度：又称恩格勒(Engler)粘度，在规定温度下从恩氏粘度计流出200毫升试样所需时间与蒸馏水在20℃流出相同体积所需时间之比，Et。赛氏粘度：即赛波特(sagbolt)粘度，在规定温度下从赛氏粘度计流出200毫升试样所需时间，赛波秒（sayboltsecondsuniversal,ssu）。雷氏粘度：即雷德乌德(Redwood)粘度，在规定温度下从雷氏度计流出50毫升试样所需时间，秒。cP与ssu间的换算关系液体分类ssu(s)范围cP换算式中粘度流体32~100(0.226t-195/t)γ中粘度流体>100(0.220t-135/t)γ重粘度流体25~40(2.24t-184/t)γ重粘度流体>40(2.16t-60/t)γ剪切应力与剪切速率曲线为通过座标原点的关系曲线

假塑性流体：凹向剪切速率轴，原点与曲线上任一点连线的斜率随剪切速率增大而减小，表观粘度↓胀流性流体：凸向剪切速率轴，原点与曲线上任一点连线的斜率随剪切速率增大而增大，表观粘度↑2、准粘性流体和表观粘度牛顿流体假塑性流体胀流性流体其中，k—稠度指数

n—流动特性指数k

、n均由实验确定n<1时，假塑性流体n=1时，牛顿流体n>1时，胀流性流体表观粘度（apparentviscosity）：非牛顿流体在某一剪切速率下的粘度某一剪切速率下得到的表观粘度不能用于判别其它剪切速率下的流动性塑性流体：3、塑性流体和准塑性流体屈服应力塑性粘度(plasticviscosity)准塑性流体：流动特性指数稠度指数Herschel-Bulkley方程卡生体—卡生公式：卡生塑性粘度：卡生屈服应力：Casson公式4、触变性和胶变性流体剪切速率的不同变化方向，导致相同剪切速率下对应两个不同的表观粘度，测试时需注意触变性—触稀性，摇溶性胶变性—触稠性，震凝性非牛顿流体：液体的应力、应变速率关系远比牛顿流体复杂应力、应变关系可能随应变速率和应变时间而变—粘弹性、倚时性粘弹性流体：同时具备粘性和弹性，是类液体、类固体特性的结合物料中既包含有液体特性的固体，也包含有固体特性的液体5、粘弹性流体→粘性流动→弹性变形→复数剪切模量→复数粘度动态剪切模量动态粘度粘弹性液体大多为链状高分子液体和溶液线性粘弹性：非线性粘弹性：弹性变形与永久变形之比取决于应力作用时间和温度粘弹性液体的三个特点：应力松驰蠕变弹性滞后粘弹性流体的特殊效应：韦森堡（Weissenberg）效应射流胀大（Barns,Merrington）效应二次流动、反向流动无管虹吸dD6、温度对粘度的影响气体——温度↑，粘度↑液体——温度↑，粘度↓，不同温度范围内的粘度变化幅度不同一般，流体的粘度随温度变化会发生很大的变化。对于牛顿流体、处于温度远高于玻璃化温度Tg或熔点的聚合物流体，其粘度近似符合Arrhennius方程：式中，A—常数，E—流动活化能，R—气体常数，T—绝对温度

活化能的数值显著依赖于粘度的获得方式。不同温度下的粘度是在恒定切应力下获得，则E值基本上是一个与所选切应力无关的常数。不同温度下的粘度是在恒定切变速率下获得，则E值一般随切变速率的增大而减小。

T＞（Tg+100℃）时，Arrhennius方程通常是适用的。T＜（Tg+100℃）时，可用Williams-Landel-Ferry（W-L-F）方程Tg≤T≤Tg+100在较低温度下，应使用W-L-F方程或其它类似方程，因其中有一项可调节的经验值ηg。符合Arrhennius方程的流体，其流动活化能几乎与温度无关。但对于符合W-L-F方程的流体，其表观活化能或粘度的温度系数，不仅取决于温度，而且还取决于玻璃化温度Tg。在低切变速率下，对于W-L-F方程，有：通过查表法可获得不同Tg和（T-Tg）值时的E值。当温度接近Tg时，E值变得非常大，Tg较大时尤为明显。其中，K[η]、a为常数M为分子量7、浓滨度对粘轻度的影劫响固体球形佛颗粒分散立在粘度为μ的介质中怖时，由于酿固体颗粒司阻碍流体兼自由运动屡，形成的素悬浮体的桂粘度将大惹于原分散垄介质的粘湾度。粘度μs与体积分受数φB的关系倡：低浓度虑悬浮体适用于走体积分乘数φB<0.0提2的低浓针度悬浮印体适用范宁围为体盘积分数φB<0.4钥2的悬浮液多分散性添球形固体烫颗粒较高浓宗度悬浮刺体的粘伞度公式φB相同，μs微细次粒＞μs粗细粒悬浮体的竖粘度与颗序粒的粒度莫、形状、絮分散状态参等密切相仆关。7、浓度奶对粘度的岔影响畜禽废斩弃物浆茶液：bi—常数飞，i=威1,2坦,3,碎4φ=AφF—絮状录物体积毒分量指旗数（%层）φF—絮状请物体积膛分量(栽%)A—常数离散絮棕状物团状絮暴状物二、粘茅度的测府试方法毛细管粘窜度计同轴圆跪筒粘度脖计锥板粘度瞎计平板粘度标计塑性锥扭转流动求法狭缝流动划法动态粘耐度测试航法1、毛细痒管粘度计优点：1）装惩料容易；2）测试棉温度、切狸变速率容醒易调节3）切变窃速度及流扛动时流线恭的几何形势状与实际的工作条件猪相似缺点：1）切贝变速率不雷均一，沿势毛细管径颈向发生变利化2）必须保对测定值琴进行修正屑方能得到砖正确的粘肠度值工作原理：采用活机塞或加压航的方法，读使筒体中棕的流体通柴过毛细管颜挤出，用恭单位时间穗内从毛管照挤出的流赚体量计算曲粘度的大偶小。测试范围：10-4~105PaS结构：玻璃毛典细管粘度兼计—较低起粘度加压型细芽管粘度计北—较高粘乳度或非牛趁顿流体粘蜜度依据粘度呈范围、测似定目的、抚测定条件赠等选择不航同的粘度脑计牛顿流破体：测定不同秘压力下的肝流量，计机算相应的疯剪切应力花和剪切速兵率，并以给剪切应力芳为纵坐标惨，以剪切娘速率为横秒坐标作图恨，直线斜劝率即为粘否度哈根－睬泊肃叶呢定律准粘性脆流体：塑性流统体：Rab洒ino川wit虾sch台修正：修正管游壁处的际切变速应率牛顿流动体：n=1非牛顿遍流体：Bag伶ley猎修正：考虑毛扫细管入嚼口处粘莫性和弹额性效应遍所产生痛的非理而想情况杀的影响相当于候延长了表毛细管萝的有效洋长度，岂其值大花于实际帜长度。其中，B预agle骆y改正因涛子e应与毛域细管长催度无关贯，但由萄于液体哭的弹性揭，因此e通常随L/R略有变域化。P0相当于末给定切苦变速率孤下毛细悄管长度恳为零时吩的压降浩。符合幂律跳，切应力革与切变速植率n次方值成正比，协n为常数婆，否则n抓为切变速冰率的函数Bag柄ley则改正因驼子e的测定方崇法：在恒定爪切变速等率下测驱定几种尘不同长朴度毛细施管的压疮降ΔP录，将Δ译P-L/R曲线外推培至压降为怕零，可得e值。2、同轴括圆筒粘度铸计工作原爆理：通过测皱定作用于箱转筒上的辅转矩和转宇速来测定低粘度流体的粘鸣度，很少飘用于高粘连度流体的按粘度测定衰。优点：1）内外狮筒间隙很怖小时，不相同部分的熟切变速率父接近均一2）仪惊器易校刮准，改伯正量较被小缺点：1）粘性快物料装料碍困难2）圆肉筒转动衔产生的课法向应里力会使索非牛顿桨流体沿绸内筒轴愤上爬3）可测羽定切变速战率较小，揪而实际切捞变速率较慰大在实际测姿定过程中倘，内筒末因端对流体垫产生附加扇转矩，相当当于增长展了内筒长惹度，即表贩观长度要灰大于内筒福的实际长聪度。h0为改正术长度，哪通过改昼变浸没犯长度并起外推至收浸没长按度为零斧的方法雹来估算简易做法桶：用已知抚粘度的液储体来标定殃粘度计，桶并用下式府进行计算阅：只要粘度顶计中液体泊的体积保揪持不变，融则仪器常董数K就包括了霜一切需要芽修正的因瞧素。R1≤Rx≤R2不考虑末稍端影响：修正公式雁：3、锥济板粘度得计优点：贤1）被脏测流体巷的切变凡速率相播同2）试出样用量待少，在复高切变邪速率下凯产生的贷热量少咳于同轴穷圆筒粘电度计3）样品腥装填容易蹄，测后易工清理4）仪摆器经改坏进后，不既可测纯粘度，喝也可测驴法向应雷力缺点：效1）切已变速率单较低，菊切变速恩率高时血聚合物岸会产生听次级流裕动或溢使出，数差据不准侄确2）锥板许间矩要求气精确牛顿流弦体：其中，N为使锥晴、板分退离的法双向（轴呢向）力晚。第一法向货应力差：本章作信业1、如何类测定流体哪粘度曲线扣？以某一挂种测定方委法为例。作业提齿交至：ydy涝@ca奏u.e贝du.慰cnyan见gdy词062缴8@s讯ina池.co肝m