(25)--6.1流体的基本性质.doc

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1、流体的基本性质P1：同学们好，今天我们来学习流变学的知识流体的基本性质。大家想一下，流体是什么？顾名思义，就是具有流动性的物体，一般是指液体或者半固体。那么不同液体的流动性是不一样的，比如我们喝的水、喝的蜂蜜，二者的流动性是显著不同的。所以这次课程，我们就要学习一下不同流体流动性的特点。本次课程内容包括两个方面：分别是牛顿流体和非牛顿流体，非牛顿流体又可分为塑性流体、假塑性流体、胀性流体、触变性流体四种。我们先看一下具体的学习要求：掌握牛顿流体的概念；熟悉非牛顿流体的曲线特征；了解非牛顿流体的代表性体系。P2：好，首先我们先来学习第一个部分内容，牛顿流体。物理学家牛顿，在物体黏性方面也有很深的

2、研究，提出了一个关于黏性的定律，我们称为牛顿黏性定律。对于纯液体以及低分子溶液，层流条件下剪切应力（S）与剪切速率（D）成正比。那么遵循该法则的液体，就称为牛顿流体。对于牛顿流体，剪切速率越大，剪切应力也就越大，二者之间成正比关系，那么就会有一个固定的系数，即：黏度。也就是说，在牛顿流体里，体系的黏度是不变的。P3：下边我们通过数学图例来表示牛顿流体的特点。牛顿流体的剪切速率D与剪切应力S之间呈正比，那么以S和D为横纵坐标作图，就可以得到一条直线，且该直线经过原点。大家想一下经过原点代表什么意义？也就是说，剪切速率和剪切应力是同时存在的，没有剪切应力时，就没有剪切速率，即流体是静止的。P4：好

3、，以上是牛顿流体的性质。那么在生活中，纯液体和低分子溶液毕竟只是少部分，还有很多的其他液体，比如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏剂等，这些流体的性质比较复杂，就不再适用于牛顿黏性定律。我们就把这些凡不遵循牛顿黏性定律的流体统称为非牛顿流体。那么所有非牛顿流体的共同点就在于：其剪切应力与剪切速率不是常数。P5：根据非牛顿流体的剪切速率D和剪切应力S的变化规律，经作图后可得四种曲线类型：塑性流体、假塑性流体、胀性流体、触变性流体。下边我们分别了解一下。P6：首先看塑性流体。当外加剪切应力较小时，物体不流动，只发生弹性形变；当剪切应力增加超过一定程度，液体才开始流动，这时候的剪切速率D和切变

4、应力S呈直线关系。液体的这种性质称为塑性流动。引起液体流动的最低剪切应力，我们称之为屈伏值S0。同学们可以想象一下把牙膏或者药膏开口朝下，虽然受到重力的下压，但不会流出来。P7：好，根据塑性流体的特点，其流动曲线应该是：曲线不经过原点，在横轴S轴上的某处有交点S0，为屈伏值。当剪切应力SS0时，为弹性体，相当于发生了一个弹性形变，流动尚未发生，此时剪切速率为0；当剪切应力S超过S0后，流体的流动才开始，才开始有剪切速率，这时与牛顿流体相似，为黏性流体。塑性流体典型代表的剂型主要有：浓度较高的乳剂、混悬剂。P8：下面我们再看假塑性流体。这种流体的特点是：只要加上很小的剪切应力就发生流动，并且，随

5、着剪切应力的增大，剪切速率以越来越大的速率增加，即表观黏度随着剪切应力的增大而减小，这种流体称为假塑性流体。也就是说，这种流体是越搅越稀的。举个类似例子，比如生活中的流沙或者沼泽，如果人陷进去，越挣扎陷进去的越快，其实就是这种原理。那么假塑性流动的特点：没有屈服值；流变曲线斜率越来越陡。P9：我们来看假塑性流体的曲线形式，是一条向上倾斜的曲线，或者说内凹的曲线，斜率越来越大。另外曲线也是过原点的。那么在药剂中的剂型主要是：含长链单分子聚合物或形状不规则颗粒的分散体系，如：甲基纤维素、淀粉、高分子溶液等。P10：再来看胀性流体。胀性流体和假塑性流体的特点正好相反。其表观黏度随着剪切应力的增大而增

6、加，这种流动称为胀性流动，也称剪切增稠流动。该类液体称为胀性流体。也就是说，这种流体是越搅越稠的。同样举个例子，比如家里用面粉加上水活浆糊，越搅越稠，其实就是一种胀性流体。 P11：这是胀性流体的曲线图。其特点是：曲线经过原点；且随着切变应力的增大其粘性也随之增大，表现为往外凸的曲线。P12：最后一种是触变性流体。触变性是什么意思呢：即是说，在一定温度下，非牛顿流体在剪切力的作用下，黏性减少、流动性增大，当外界剪切力停止或减少时，体系的黏度随时间延长而恢复原状，这种现象称为触变性（thixlotropy）。这种流体和前边所提到的牛顿流体和三种非牛顿流体有一个显著的区别，前边的这些流体的流变性质

7、均是与时间无关的，就是说，给流体施加一个力，就产生流变的性质，撤掉力之后，流变也立刻停止。而触变性流体其流变性质与时间有关，即是说，撤掉力之后，它自身仍会发生缓慢的流动变化，有一个时间的滞后性。P13：我们来看一下触变性流体的曲线。施加剪切应力后，剪切速率越来越大，也就是体系越来越稀。到顶点时，撤掉力，又缓慢的恢复原来的性状。那么为什么会产生这种现象？原因就在于对流体施加剪切力后，破坏了液体内部的网状结构，当剪切力减小时，液体又重新恢复原有结构，恢复过程需要时间，因而上行线和下行线就不重合。P14：好，以上就是本节课程的内容。我们来总结一下：牛顿流体中，剪切应力与剪切速率是线性的，且过原点。塑性流体，不过原点，有滞后屈服值，之后也是线性。假塑性流体和胀性流体，均过原点，但曲线一个向内凹，一个向外凸，也就是黏度，一个越来越小，一个越来越大。触变性流体是与时间有关的，撤掉剪切应力后，自身会慢慢恢复原来的性状。这五种流体的曲线特点，希望大家能够对比记忆，以加深理解。P15：谢谢大家！