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文檔簡介
1、4.1流變學的介紹流變學的介紹Webster’sDictionary定義流變學為”材料的流動與形變的研究,其中包含彈性,黏度,和塑性?!痹谶@章中,我們定義黏度為“流體分子的吸引力所引起的內在摩擦力,此摩擦力會抵抗流體的流動?!蹦愕腂rookfield黏度計測量此摩擦力,然后作為研究流變學的工具。此章的目的是要使你了解不同形式的流動行為以及使用Brookfield黏度計作為研究流變行為的儀器以幫助你處理任何真實流體的分析。這項信息對于黏度
2、計的使用者提供相當的幫助,特別是對于以黏度測量作為理論和學術方面探討的研究者而言。4.2黏度黏度黏度是測量流體內在摩擦力的所獲得的數值。當某一層流體的移動會受到另一層流體移動的影響時,此摩擦力顯得極為重要。摩擦力愈大,我們就必須施予更大的力量以造成流體的移動,此力量即稱為”剪切(shear)”。剪切發(fā)生的條件為當流體發(fā)生物理性地移動或分散,如傾倒、散布、噴霧、混合等等。高黏度的流體比低黏度的材料需要更大的力量才能造成流體的流動。牛頓以圖
3、41的模式來定義流體的黏度。兩不同平面但平行的流體,擁有相同的面積”A”,相隔距離”dx”,且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流動,牛頓假設保持此不同流速的力量正比于流體的相對速度或速度梯度,即:FA=ηdvdx其中η與材料性質有關,我們稱為”黏度”。速度梯度,dvdx,為測量中間層的相對速度,其描述出液體所受到的剪切,我們將它稱為”剪速(shearrate)”,以S表示;其單位為時間倒數(sec1)。FA項代表了單位面積下,剪切
4、所造成的合力,稱為”剪力(shearstress)”,以F代表;其單位為”達因每平方公分(dynecm2)”。使用這些符號,黏度計可以下列數學式定義:η=黏度=FS=剪力剪速黏度的基本單位為”poise”。我們定義一材料在剪力為1達因每平方公分、剪速為1sec1下的黏度為100poise。測量黏度時,你可能會遭遇到黏度的單位為“Pa˙s”或“mPa˙s”的情況,此為國際標準系統(tǒng),且有時較被公制命名所接受。1Pa˙s等于10poise;1
5、mPa˙s等于1cp。牛頓假設所有的材料在固定溫度下,黏度與剪速是沒有相關的,亦即兩倍的力量可以幫助流體移動兩倍的速度。就我們所知,牛頓的假設只有部分是正確的。4.3牛頓流體牛頓流體膨脹性的(膨脹性的(diltant):膨脹性的流體其特性為流速隨著剪速的增加而增加,如圖44。雖然膨脹性流體不如擬塑性流體常見,然而膨脹性流體??捎纱嬖谟胁粫奂腆w的流體中看到,如泥漿、糖果合成物、玉米淀粉類與水的混合物以及沙水混合物。此類流體的行為也可稱
6、為”shearthickening”。塑性的(塑性的(plastic):此類流體的行為就如同固體處在靜電的環(huán)境中。在流體流動前,我們就必須先施予流體某一力量,此力量稱為“屈服力(yieldvalue)”。此類流體典型的例子為蕃茄醬,其產值造成蕃茄醬無法直接從罐子中倒出,除非我們先搖動或敲擊。當產值超過上限值時,流體開始流動。塑性流體包含有牛頓流體、擬塑性流體、膨脹性流體的特性,如圖45所示。到目前為止我們只有討論非牛頓流體剪速的效應,當
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