非牛顿流体详解

非牛顿流体非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然之中。绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的"半流体"都属于非牛顿流体。

高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体。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、各种工程塑料、化纤的熔体、溶液等，都是非牛顿流体。石油、泥浆、水煤浆、陶瓷浆、纸浆、油漆、油墨、牙膏、家蚕丝再生溶液、钻井用的洗井液和完井液、磁浆、某些感光材料的涂液、泡沫、液晶、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛顿流体。食品工业中的番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、浓糖水、酱油、果酱、炼乳、琼脂、土豆浆、熔化巧克力、面团、米粉团、以及鱼糜、肉糜等各种糜状食品物料也都是非牛顿流体。非牛顿流体的分类非时变性非牛顿流体一、"膨胀性流体"或"胀塑性流体

它是一种"吃软不吃硬"的流体，表现为流体的粘度随剪切速率的增大而增大。比如常见的淀粉＋水，口香糖等。二、"假塑性流体"

表现为流体的粘度随剪切速率的增大而减小。许多高分子熔体或者溶液都属于假塑性流体。这一类流体生活中十分常见，但是不易被提起。比如北方人吃火锅常吃的麻酱，吃炸鸡时候的番茄酱，早上喝的酸奶，洗澡用的沐浴露等等，都是假塑性流体。三、"宾汉流体"它具有一定的"屈服应力"。此处的"屈服应力"指的是使流体产生大于0的剪切速率所需要的最小剪切应力。简单的来说，就是当你以一个较小的剪切力作用流体时流体不会表现出流动性，只有超过了某一个应力值，流体才会表现出流动性。生活中最为典型的例子就是牙膏。挤牙膏挤牙膏，牙膏不挤是不会自己出来的。时变性非牛顿流体一、“触变性流体”这一类流体在恒定的剪切应力和剪切速率作用下，其粘度会随着剪切应力作用时间改变，时间持续越长，粘度越小。这一类常见的有油漆，刷油漆时其粘度较小，但是刷子离开后，油漆粘度能够迅速增大，不易流到其他墙面。二、“流凝性流体”

与触变性流体相反，其粘度也会随着恒定剪切应力作用时间改变，但时间持续越长，粘度越大。典型的例子如石膏，在凝固石膏时，需要以均匀的力度摇晃石膏混合液，随着摇晃时间增长，石膏液粘度增大，逐渐凝固。三、“黏弹性流体”这一类流体同时具有粘性和弹性，具体特征表现取决于多种因素。这种流体会像弹簧一样，在受到剪切应力时发生形变，应力除去后形变会完全或者部分回复。粘弹性流体具有许多有趣的现象，比如液体爬杆、无管虹吸、挤出膨胀等。这些现象都是牛顿流体所没有的。此外，粘弹性流体还会发生应力松弛和蠕变现象。高分子熔体或溶液都是粘弹性流体。黏弹性流体的有趣现象挤出物胀大

粘弹性流体在从较小口径的通道中挤出时会发生膨胀，使得流体的直径大于通道口径。射流的直径与通道直径之比，称为模片胀大率(或称为挤出物胀大比)。

对牛顿流体，它依赖于雷诺数，其值约在0.88~1.12之间。而对于高分子熔体或浓溶液，其值大得多，甚至可超过10。

聚合物熔体从一根矩形截面的管口流出时，管截面长边处的胀大，比短边处的胀大更加显著。尤其在管截面的长边中央胀得最大。因此，如果要求生产出的产品的截面是矩形的，口模的形状就不能是矩形，而必须是四边中间都凹进去的形状。虹吸现象

对于牛顿流体来说，在虹吸实验时，如果将虹吸管提离液面，虹吸马上就会停止。但对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液和百分之一的POX水溶液，或聚醣在水中的轻微凝肢体系等，没有外力作用下，能够产生虹吸现象。

将管子慢慢地从容器拨起时，可以看到虽然管子己不再插在液体里，液体仍源源不断地从杯中抽出，继续流进管里。甚至更简单些，连虹吸管都不要，将装满该液体的烧杯微倾，使液体流下，该过程一旦开始，就不会中止，直到杯中液体都流光。这种无管虹吸的特性，是合成纤维具备可纺性的基础。爬杆效应

对于牛顿流体，由于离心力的作用，液面将呈凹形;而对于黏弹性流体，却向杯中心流动，并沿杆向上爬，液面变成凸形，甚至在实验杆旋转速度很低时，也可以观察到这一现象。在设计混合器时，必须考虑爬杆效应的影响。同样，在设计非牛顿流体的输运泵时，也应考虑和利用这一效应。非牛顿流体的应用1.剪切增稠流体应用——新型液体防弹衣利用非牛顿流体的剪切增稠作用，美国杜邦公司将经过非牛顿流体浸透得到Kevlar纤维制成液体防弹衣，抗冲击效果较强，而且更为轻便舒适。2、D3O材料D3O材料在常态下保持松弛的状态，柔软而具有弹性，一旦遭到剧烈撞击或挤压的时候，分子间立刻相互锁定，迅速收紧变硬从而消化外力，形成一层防护层，当外力消失后，材料会回复到它最初的松弛软弹状态。它可以在纳米秒时内在不同的冲击情况下作出不同的反应。此材料已经应用于户外运动装备甚至战场上，为使用者提供碰撞保护措施。3、剪切稀化流体应用——解决食品加工中存在的问题剪切稀化流体一般是由巨大的链状分子构成的高分子胶体粒子。在低流速或者静止时，由于他们互相缠结，黏性较大，故而显得黏稠。然而流速变大时，这些比较散乱的