非牛頓流體知識(shí)簡(jiǎn)介非牛頓流體是指不滿足牛頓黏性實(shí)驗(yàn)定律的流體，即其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體。簡(jiǎn)單來說，這種液體輕輕觸碰就像水一樣，如果用力敲打就像石頭一樣堅(jiān)硬，它本身就是一個(gè)吃軟不吃硬的家伙。（一）非牛頓流體的特性1.擠出脹大現(xiàn)象如果非牛頓流體被迫從一個(gè)大容器流進(jìn)一根毛細(xì)管,再從毛細(xì)管流出時(shí)，可發(fā)現(xiàn)射流的直徑比毛細(xì)管的直徑大.射流直徑與毛細(xì)管直徑之比稱為模片脹大率(亦稱為擠出物脹大比).對(duì)牛頓流體,它依賴于雷諾數(shù),其值約在0.88-1.12間.而對(duì)于高分子熔體或濃溶液,其值大得多，甚至可超過10.一般來說,模片脹大率是流動(dòng)速率與毛細(xì)管長(zhǎng)度的函數(shù).產(chǎn)生原因：在通過狹窄的流道時(shí)，聚合物熔體受到拉伸，產(chǎn)生彈性形變，且來不及松弛。離開模口時(shí)，外力對(duì)分子鏈的作用解除，彈性形變回復(fù)，伸展的大分子鏈又回復(fù)到原來的卷曲狀態(tài)，使擠出物的直徑增加。模片脹大現(xiàn)象在口模設(shè)計(jì)中十分重要.聚合物熔體從一根矩形截面的管口流出時(shí),管截面長(zhǎng)邊處的脹大比短邊處的脹大更加顯著,在管截面的長(zhǎng)邊中央脹得最大.因此,如果要求產(chǎn)品的截面是矩形的，口模的形狀就不能是矩形。2.爬桿效應(yīng)1944年Weissenberg在英國倫敦帝國學(xué)院公開表演了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn).在一只有粘彈性流體(非牛頓流體的一-種)的燒杯里，旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)桿.對(duì)于牛頓流體,由于離心力的作用，液面將呈凹形;而對(duì)于粘彈性流體，卻向杯中心運(yùn)動(dòng),并沿桿向上爬，液面變成凸形.甚至在實(shí)驗(yàn)桿的旋轉(zhuǎn)速度很低時(shí)，也可以觀察到這一現(xiàn)象.產(chǎn)生原因：由于在旋轉(zhuǎn)軸附近的聚合物熔體發(fā)生剪切流動(dòng)，卷曲狀態(tài)的大分子鏈在流動(dòng)方向被拉伸，產(chǎn)生彈性形變。這樣，在與剪切力垂直的方向上出現(xiàn)法向推力，推動(dòng)流體向上爬升。轉(zhuǎn)速越快，黏度越大，熔體爬升得越快。3.無管虹吸對(duì)牛頓流體來說,在虹吸實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果將虹吸管提離液面，虹吸馬上就會(huì)停止但對(duì)高分子液體，如聚異丁烯的汽油溶液和1%POX水溶液,或聚醣在水中的輕微凝膠體系等很容易表演無管虹吸實(shí)驗(yàn).將管子慢慢地從容器里拔起時(shí),可以看到雖然管子已不再插在流體里，流體仍源源不斷地從杯中抽起,繼續(xù)流進(jìn)管里.甚至更簡(jiǎn)單地,連虹吸管都不要，將裝滿該流體的燒杯微傾,使流體流下，這過程一旦開始，就不會(huì)中止,直到杯中流體都流光.這種無管虹吸的特性是合成纖維具備可紡性的基礎(chǔ).4.湍流減阻非牛頓流體顯示出的另一奇妙性質(zhì)是湍流減阻人們觀察到，如果在牛頓流體中加入少量的聚合物,則在給定的速率下，可以看到顯著的壓差降.兩種不同濃度的聚乙烯的氧化物溶液的管摩擦系數(shù)f對(duì)于雷諾數(shù)R的關(guān)系曲線湍流一直是困擾流體力學(xué)界未解決的難題,然而在牛頓流體中加入少量高聚物添加劑,卻出現(xiàn)了減阻效應(yīng).有人報(bào)告在加入高聚物添加劑后,測(cè)得猝發(fā)周期加大了，認(rèn)為是高分子鏈的作用.減阻效應(yīng)也稱為Toms效應(yīng),雖然道理并未弄得很清楚,但已有不錯(cuò)的應(yīng)用.在消防水中添加少量聚乙烯氧化物,可使消防車龍頭噴出的水的揚(yáng)程提高一倍以上應(yīng)用高聚物添加劑還能改變氣蝕發(fā)生過程及其破壞作用.生活中的非牛頓流體（二）活中的非牛頓流體生活中的非牛頓流體早在人類出現(xiàn)之前,非牛頓流體就已存在,因?yàn)榻^大多數(shù)生物流體都屬于現(xiàn)在所定義的非牛頓流體.人身上的血液、淋巴液等多種體液以及像細(xì)胞質(zhì)那樣的“半流體”都屬于非牛頓流體.現(xiàn)在去醫(yī)院作血液測(cè)試的項(xiàng)目之一已不再說是“血粘度檢查”,而是“血液流變學(xué)檢查”(簡(jiǎn)稱血流變)，這就是因?yàn)閷?duì)血液而言，剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不再是線性關(guān)系，已無法只給出一個(gè)斜率(即粘度)來說明血液的力學(xué)特性.生活中的非牛頓流體近幾十年來，促使非牛頓流體研究迅速開展的主要?jiǎng)恿χ皇蔷酆衔锕I(yè)的發(fā)展.聚乙烯聚丙烯酰氨,聚氯乙烯,尼龍6,PVS,賽璐珞，滌綸，橡膠溶液，各種工程塑料,化纖的熔體、溶液等都是非牛頓流體.石油,泥漿,水煤漿，陶瓷漿，紙漿，油漆，油墨，牙膏,家蠶絲再生溶液，鉆井用的洗井液和完井液,磁漿,某些感光材料的涂液,泡沫，液晶,高含沙水流，泥石流,地幔等也都是非牛頓流體.生活中的非牛頓流體非牛頓流體在食品工業(yè)中也很普遍,如番茄汁,淀粉液,蛋清,蘋果漿,菜湯,濃糖水，醬油,果醬,煉乳,瓊脂，土豆?jié){,熔化巧克力,面團(tuán)，米粉團(tuán)，以及魚糜、肉糜等各種糜狀食品物料.綜上所述，在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的各種高分子溶液,熔體,膏體,凝膠,交聯(lián)體系,懸浮體系等復(fù)雜性質(zhì)的流體,差不多