非牛顿流体ppt课件.ppt

第九章第九章 非牛顿流体的流动非牛顿流体的流动石油工程学院工程流体力学主讲人：肖东一、非牛顿流体的定义一、非牛顿流体的定义二、非牛顿流体的分类二、非牛顿流体的分类三、流变方程三、流变方程 9-19-1 基本概念基本概念一、非牛顿流体概论 凡是应力和应变速度之间的关系不满足牛顿内摩擦定律的流体称之非牛顿流体 1.定义：基本概念3.流变性：非牛顿流体物质在运动时切应力随变形速率而 变化的性质2.流变学：研究材料流动和变形的科学 流变学固体流变学流体流变学悬浮体流变学 4.流变曲线：切应力与剪切速率之间的关系曲线基本概念二、非牛顿流体的分类非牛顿流体粘弹性非牛顿流体纯粘性非牛顿流体时变性无时变性触变性流体震凝性流体塑性流体拟塑性（假塑性）屈服拟塑性（屈服假塑性）膨胀型流体 粘弹性非牛顿流体：介于流体和固体之间，兼有粘性和弹性双重性质，当切应力消失后可部分恢复其变形5.本构方程（流变方程） 非流顿流体的切应力与剪切间的数学表达式叫流变方程基本概念 非时变性纯粘性非牛顿流体的流变曲线可归纳为图示的几种类型曲线1：是通过原点的直线，它是牛顿流体的流变曲线，其流变方程为：显然，牛顿流体的粘度 是一个常数，与速度梯度无关。

曲线2：是塑性流体，或称Bingham流体它具有屈服应力，只有剪应力大于屈服值时，这种流体才开始流动曲线3：是假塑性流体，又称幂律流体它的流变曲线是通过原点的曲线其 ，而是随剪切速率的增加而减小基本概念 而随剪切速率的增加而减小的性质称为非牛顿流体的剪切减稠曲线4：是屈服假塑性流体曲线5：膨胀型流体，其 而是随剪切速率的增加而增加，这种性质称为非牛顿流体的剪切增稠非牛顿流体的粘度曲线1牛顿流体2剪切稀化流体3剪切稠化流体4宾汉流体基本概念膨胀性：假塑性：牛顿流体：屈服假塑性：三、流变方程 1.宾汉模式： 2.指数模式：基本方程 3.卡森模式：卡森图式中： 卡森屈服值 卡森粘度研究方法 9-29-2 非牛顿流体的研究方法非牛顿流体的研究方法 研究方法与牛顿流体基本一致：质量守恒、能量守恒等 1.静平衡 以塑性流体为例，分析右图管流受力： 而研究方法当管路水平放置若为竖直管，可测极限静切应力：研究方法2.动平衡当 时，塑性流体开始流动当 时，塑性流体仍保持静止这种情况称之为塞流 当压差增大，管内流体全部流动，称之为层流，压差继续增大，流动状态转变为紊流紊流之前的状态称之为结构流 判断流态的标准仍为雷诺数。

流动规律 9-39-3 塑性流体的流动规律塑性流体的流动规律宾汉流体本构方程：流动条件：设在半径为r0 处的剪切应力等于宾汉流体的屈服应力 即 时 所以：初始条件：所以：这样，宾汉流体在圆管内流动的条件是：压差流动规律比较以上各式可得：因由此可得：1、速度分布当 时，流核区的流速:流动规律2、流量:流核的流量+梯度区的流量流动规律当流核较小，即则：3、平均流速4、水头损失由v的公式可导出压降p流动规律式中：当 为结构流当 为紊流流动规律5、水头损失的计算结构流：紊流：非圆管：特别的，对于圆环：。