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juewu004

木虫 (正式写手)

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[交流] 【交流】关于剪切速率

剪切应力为τ，剪切速率为Ý，则粘度η＝τ/Ý，称为动力粘度，单位为Pa.s（泊），常用单位为mPa.s（如一般原油测试的粘度）。
一般现在流变仪测试的粘度结果都是1/s；而一些以前的粘度计测试的结果却是rpm，它换算成1/s估计有些困难，因为它的转子属于相对测试系统，转子尺寸和测量杯的尺寸的影响，无法准确得到其剪切速率。

RPM是转速（角速度），是标量；而S-1是线速度梯度，是矢量。

我们可把一个流体设想为无数个相互接触着的流动层面组成的整体，各层面的流速不同，所以液层之间将存在相互运动。流动得快的液层将对流动较慢的液层施以拉力，而后者将对前者施以阻力，这种力称为内摩擦力，或称粘滞力，作用力方向与液层相垂直，及与液层切面相一致，故又称剪切力，通常以F表示：

（1）

   式中，F的单位为N；A为相邻两液层的接触面积，单位为m2；dv是相距dr的两层液体之流动速度差，所以dv/dr为液层法线（切线）方向的速度梯度，这个梯度值称为剪切速率，以D表示，单位为s-1；比例系数η 称为流体的动力粘度系数，或称为流体粘度，实际上：

                        （2）
   τ 定义为作用在单位表面积上的力，称剪切应力，即

               （3）
   此式称为牛顿粘度定律；η的单位为N·m-2s＝Pa·s，在实际工作中也常采用mPa·s

A 牛顿型与非牛顿型流体
   流体的流动是一种极为复杂的现象，粘度是液体在层流时流变性质的主要特征，粘度的大小不仅与流体的化学、物理性质或其温度有关，还与流动时所受的作用力大小有关。在一定温度下和较宽的剪切速率范围内，粘度值保持恒定的称为牛顿型流体，如水、常见溶剂、低分子溶液和某些高分子稀溶液等；相反，当一种液体的粘度值随剪切应力或剪切速率的变化而改变时，这种流体则称为非牛顿型流体，如高分子熔融体、非牛顿型流体涂料、油漆、油墨、浆糊及许多树脂流体等均属非牛顿型流体。
         非牛顿型流体的τ/D 比值已不再保持恒定，但仍可称之为表观粘度，常以ηa表示。
B. 流变曲线
   实际流体中，非牛顿型流体居多，所以测定不同剪切速率时的表观粘度来研究流体的特性就显得十分重要。所谓流变曲线就是一些用来表征流体特性的曲线，常见的有剪切速率与剪切应力之间的关系曲线、粘度与剪切速率之间的关系曲线、粘度或剪切应力与温度的关系曲线等等。
   如以D对τ作图，可得四种类型，见图1。若稀溶液中粒子移动完全自由。D与τ成过原点的线性关系，如曲线1，其斜率与D、τ无关。这种流体称为理想流体或牛顿型流体。在某些情况下，分散相粒子不自由，粒子位置被固定时，称它为形成结构，在高速流动时，结构被破坏，D与τ不成直线关系，即粘度与D、τ有关，这就称为非牛顿体。非牛顿体有三种不同类型的流动：曲线2的表观粘度随剪切速率增加而增大，称为假塑体；曲线3的表观粘度随剪切速率增加而变小，称为胀流体；曲线4的表观粘度非常之高，直至外力达到某一临界值后，粘度陡然下降，此类型谓塑性体。τc值称静切力或屈服值。
   以上曲线表明各种流变性质皆与时间无关。但有些体系，剪切应力作用的时间长短对体系的流变性质有影响，而且D～τ曲线也往往不从零点开始，这类体系称为触变流性。
   牛顿流体的流变特性是一条过原点的直线，牛顿流体各点的粘度值均相同，所以粘度点能表现出牛顿流体的特性；而非牛顿流体的流变特性则是曲线或不过原点的线。在线上某点的正切值即为粘度