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洗涤剂是不是非牛顿流体,牛顿流体与非牛顿流体区别

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时间:2022-05-13 11:08:01

洗涤剂是不是非牛顿流体,牛顿流体与非牛顿流体区别?

 

牛顿流体是指在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。凡不同于牛顿流体的都称为非牛顿流体。

牛顿内摩擦定律表达式:τ=μγ

  式中:τ--所加的切应力;

  γ--剪切速率(流速梯度);

  μ--度量液体粘滞性大小的物理量,简称为黏度,物理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。

从流体力学的角度来说,凡是服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体,否则称为非牛顿流体。

  所谓服从内摩擦定律是指在温度不变的条件下,随着流速梯度的变化,μ值始终保持一常数。

水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体;高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体。

 

 

牛顿流体与非牛顿流体

 

洗涤剂是不是非牛顿流体?一般不是,非牛顿流体大多数是黏度比较高的泥浆之类的,特别是高分子溶液或者熔体才能表现出非牛顿流体特性。像洗涤剂这种小分子液体,剪切应力和剪切时间无关与速率成正比,完全符合牛顿流体特性。

 

英国科学家牛顿于1687年,发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。实验是在两平行平板间充满水时进行的,下平板固定不动,上平板在其自身平面内以等速U向右运动。此时,附着于上、下平板的流体质点的速度,分别是U和0,两平板间的速度呈线性分布,斜率是黏度系数。由此得到了的牛顿黏性定律。

斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上,作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性及流体静止时应变率为零的三项假设,从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程,以及被广泛应用的纳维-斯托克斯方程(简称:纳斯方程)。

 

后来人们在进一步的研究中知道,牛顿黏性实验定律(以及在此基础上建立的纳斯方程),对于描述像水和空气这样低分子量的简单流体是适合的,而对描述具有高分子量的流体就不合适了,那时剪应力与剪切应变率之间己不再满足线性关系。为区别起见,人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体,而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。 早在人类出现之前,非牛顿流体就己存在,因为绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上的血液、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。

 

近几十年来,促使非牛顿流体研究迅速开展的主要动力之一,是聚合物工业的发展。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。

非牛顿流体在食品工业中也很普遍,如番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、菜汤、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。

 

综上所述,在日常生活和工业生产中,常遇到的各种高分子溶液、熔体、膏体、凝胶、交联体系、悬浮体系等复杂性质的流体,差不多都是非牛顿流体。有时为了工业生产的目的,在某种牛顿流体中,加入一些聚合物,在改进其性能的同时,也将其变成为非牛顿流体,如为提高石油产量使用的压裂液、润滑剂等。

现在也有人将血液、果浆、蛋清、奶油等这些非常黏稠的液体,牙膏、石油、泥浆、油漆、各种聚合物(聚乙烯、尼龙、涤纶、橡胶等)溶液等非牛顿流体,称为软物质。