非牛顿流体的传递过程特性2资料精要.ppt

式（3-1）应用条件： 圆管内的稳态层流流动，对所有流体。 管壁处: 3.2.1 幂律流体 积分： 求无因次速度： 平均流速： 流通截面： S0=πR2 流量：Q 流量比较： n=1: n=1/2: 平均速度 无因次速度 当n=1,牛顿 u*=2[1-r*2] 抛物线 n=0，u*=1，活寒流，平推流 n=∞，u*=3[1-r*]， 直线 讨论：圆管壁面的剪切速率，表观粘度，剪切应力。 壁面剪切应力,不管n为多少都成立 对幂律流体： 当n=1,牛顿流体: 牛顿流体圆管壁面的剪切速率 当n≠1时 当n1时 ,δ1,相同平均流速(流量)下： 在管壁,假塑形流体速度梯度比牛顿流体大(见速度分布) 管壁处表观粘度: 应用:在实验室测量物料的n值后,可用?P，um计算管壁处表观粘度. (3)Cross模型（方程） μ0 定义为 τ→0时的μa值, μ∞ 定义为 τ→ ∞时的μa值 α取不同数，表示不同的流体结构。例如： α=0时：μa=μ0 牛顿流体 α＞0时： τ↗→μa↙，假塑性流体 当τ→0时 μa=μ0 τ→∞时 μa=μ∞ 克服了零和无穷大障碍 需确定的参数为三个：α，μ∞，μ0，比Ellis 模型改进。用于CMC 参数α的确定： (4)Meter模型 (用于PAM) 四个参数： （5）卡雷模型(Carreau) 用于聚丙乙烯 λ为时间常数，有单位【s】 四参数：μ0,μ∞λ，n需实验确定。 对不同结构的流体，在不同的流速（剪切速率）范围，可是选用不同的模型拟合，以拟合精度最高为准则。 不同模型的对比---聚丙烯酰胺(PAM)溶液 1）实验数据 2）幂律 n1 3）Ellis α1 4）Meter α1 本例中适用范围： 幂律方程 ＝25—250s-1 Ellis ＝0—250s-1 Meter ＝0—∞s-1 2.2.3 宾汉流体（塑性流体） 本构方程： 表观粘度： 需实验确定的参数：τ0，μp τ0—屈服应力 ,μp—塑性粘度(与剪切速率无关) 适用于泥浆、污水等的高浓度颗粒悬浮液（塑性） τ0 值的应用:管道中充满泥浆,停车再起动,压力? 油墨在原子笔中的流动控制, τ0=? μs为清液粘度 对球形颗粒泥浆： 2.2.4.广义宾汉流体 非直线，用幂律表达。 适用于水煤浆、羧甲基聚酯水溶液等 本构方程： 2.2.5 卡森（Casson）流体、（塑性） 本构方程： 修正的卡森（Casson）流体： 适用于高分子熔体。 不同塑性流体方程的比较： 可以选用不同的模型拟合，以拟合精度最高为准则。 2.2.6 触变流体（依时性流体之一） 1)在恒定剪切作用下，μa随时间t变小，当时间增长到一定数值（tc)之后，表现粘度不再随时间变化，此时流体的结构破坏与重建达到平衡。 2)剪切速率匀速增加后再匀速减小，τ～ 曲线不重合，有滞后现象. 第n次--触变性消失，变成假塑性流体。流体的结构到达新的稳定状态（平衡） 用滞后面积A的大小代表流体的触变性大小,但不好表达. 本构方程：与时间有关。 Moore方程：(无屈服应力） a,b,c,μ0,为物料常数。 t为时间， λ随t在［0，1］之间变化。 λ=0时，无触变性，触变结构完全破坏， λ=1时，触变结构完全形成，触变性最大 需由实验确定a,b,c,μ0的确定值, (a) 达到一平衡状态 将前式(a)积分,λ与t的关系为: 牛顿流体 2.2.6 震凝流体 目前只能用试验曲线来描述剪切力与切剪速率(速度梯度)的关系式 。没有简单的方程。 其他：粘弹性流体、本构方程更复杂，以后专门讲解。 第三章 纯粘性非牛顿流体的流动 问题：速度梯度(剪切速率)如何确定?流速分布如何变化？非牛顿流体与牛顿流体有何不同？ 流速分布如何？对牛顿流体，抛物线如何求？ 作力平衡,匀速运动,合力=0（or由运动方程简化） 3.1平行平板间的层流流动(靠压差推动） y向宽度W，τx+Δx与τx方向相反。 直线 x=0,中心层,在此层两边的速度大小与方向相同,没有速度差(速度梯度为零),可推知剪应力为零(除了塑性流体): 公式(b)未涉及流体的结构，对牛顿和非牛顿都一样(对塑性流体,也可得到c=0)。采用τ与 的关系，即本构方程，可得速度分布。 (b) 边界条件： 1）牛顿流体 2） 幂律流体（假塑性、涨塑性） 用式（b ） 比较不同结构流体的流量如何变化？ 与牛顿流体相比，流量是增加还是减少？ 剪切速率如何分布?表观粘度如何分布? 结论： 在相同⊿P条件下 ： Q假塑性＞Q牛顿＞Q涨塑性 当n=0,平