1、食品物性學(xué),第3章 黏性食品的流變特性 Chapter Three The Rheological Property of Viscous Foods,食品物性學(xué),教學(xué)內(nèi)容 3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ) 3.2 剪切黏度的影響因素 3.3 流變參數(shù)實(shí)驗(yàn)確定方法,3 黏性食品的流變特性,流變學(xué)(Rheology)是研究物質(zhì)的流動(dòng)和變形的科學(xué)，主要研究作用于物體上的應(yīng)力和由此產(chǎn)生的應(yīng)變規(guī)律，是力、變形和時(shí)間的函數(shù)。食品流變學(xué)研究的對(duì)象是食品物質(zhì)。食品物質(zhì)種類(lèi)繁多，為了研究方便，食品流變學(xué)把食品物質(zhì)按形態(tài)簡(jiǎn)單分成液態(tài)食品、半固態(tài)食品和固態(tài)食品。液體又可分為兩大類(lèi)，符合牛頓黏性定律的液體稱(chēng)之為牛頓流體

2、；不符合牛頓黏性定律的液體稱(chēng)之為非牛頓流體。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),3.1.1 黏性及牛頓黏性定律 1. 黏性流動(dòng)的概念 流體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，由于體系內(nèi)部各種摩擦阻力（真溶液的分子之間、分散介質(zhì)與分散相之間、分散相之間及分散介質(zhì)之間）的存在，表現(xiàn)為流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中總是在抵消外力或減弱流動(dòng)的現(xiàn)象。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),2.剪切應(yīng)力 （1）應(yīng)力 （2）正應(yīng)力 （3）剪切應(yīng)力,垂直于截面的應(yīng)力分量，稱(chēng)為正應(yīng)力或法向應(yīng)力。,相切于截面的應(yīng)力分量稱(chēng)為剪切應(yīng)力。其單位是Pa。,物體由于外因（載荷、溫度變化等）而變形時(shí)，在它內(nèi)部任一截面的兩側(cè)出現(xiàn)的相互作用

3、力，稱(chēng)為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱(chēng)為應(yīng)力。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),3.剪切速率 流體在兩界面（如平行板）之間流動(dòng)時(shí)，因材料與流體間存在摩擦力，使流體內(nèi)部與流體-界面接觸處的流動(dòng)速率不同，誘發(fā)一個(gè)漸變的速率場(chǎng)，稱(chēng)為剪切速率（或速度梯度、應(yīng)變速率）。 4.流動(dòng)特性曲線(xiàn) 是反映流體流變性的曲線(xiàn)，泛指剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系曲線(xiàn)。有時(shí)也指黏度（表觀黏度）及其表現(xiàn)形式與剪切速率、分散相粒徑、分散相體積分?jǐn)?shù)等關(guān)系的曲線(xiàn)。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),3.1.2 黏性流體的分類(lèi)及特點(diǎn) 3.1.2.1 Newton流體 1.概念 Newton流體是指在任意小的外力作用下即能流動(dòng)的流體，并且剪切應(yīng)力與流

4、動(dòng)的剪切速率大小成正比。 Newton定律的局限性 Newton黏性實(shí)驗(yàn)定律描述像水和空氣這樣的流體是適合的，對(duì)含高分子量的流體不適宜，因其剪切應(yīng)力與剪切速率之間已不再是線(xiàn)性關(guān)系。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),2.流變方程 數(shù)學(xué)表達(dá)式 流體層之間單位面積的內(nèi)摩擦力或剪切應(yīng)力與速率梯度或剪切速率成正比。 式又稱(chēng)Newton剪切應(yīng)力公式，它表明有一類(lèi)流體，其剪切應(yīng)力與剪切速率呈線(xiàn)性關(guān)系。這類(lèi)流體被稱(chēng)為Newton流體。 非Newton流體，問(wèn)題復(fù)雜，不是常數(shù)，它與流體的物理性質(zhì)和受到的剪切應(yīng)力和剪切速率有關(guān)，流體的流動(dòng)情況要改變其內(nèi)摩擦特性。,為剪切應(yīng)力；為剪切速率； 是與剪切速率無(wú)關(guān)的常數(shù)，是

5、代表流體黏滯性的物理量，反映了流體內(nèi)摩擦力的大小，稱(chēng)為流體的黏性系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)黏度。,3.流變曲線(xiàn) 流體的流變曲線(xiàn)是剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系曲線(xiàn)。 可將剪切應(yīng)力為縱坐標(biāo)，剪切速率為橫坐標(biāo)，也可將剪切應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪切速率為縱坐標(biāo)。,圖3-2描述了Newton流體和幾種非Newton流體 塑性、假塑性和膨脹流體的流變曲線(xiàn)。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),圖3-2 四種流體的流變曲線(xiàn),4.流體特征 （1）Newton流體的流變曲線(xiàn)是一條經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，其斜率即為流體的黏度，斜率大小代表黏度的高低。 （2）黏度值是個(gè)常數(shù)，不受剪切速率或剪切應(yīng)力單方面變化的影響，只有它們同時(shí)變化才能影響?zhàn)ざ戎怠?（3）只

6、要有力作用即流動(dòng)，無(wú)論力大小。 見(jiàn)圖3-3。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),圖3-3 牛頓流體特性曲線(xiàn),3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ), 關(guān)于Newton流體有兩點(diǎn)說(shuō)明 絕對(duì)的Newton流體是不存在的 理想的Newton流體是無(wú)彈性、不可壓縮和各向同性的，實(shí)際上不存在這樣的流體，但有些流體因其性質(zhì)在一定條件下與Newton流體相近，可近似為Newton流體。 Newton流體具有恒定黏度的結(jié)論只在層流條件下成立。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),5.實(shí)例 化工領(lǐng)域著名的Newton流體的例子是甘油、乙醇、極稀的溶膠和高分子溶液等。 在食品工業(yè)中，只有水、白醋、白酒、蔗糖水、汽水、少數(shù)植物油等屬于

7、Newton流體，其它絕大多數(shù)均為非Newton流體。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),3.1.2.2 非Newton流體 （1）非Newton流體種類(lèi)繁多，不勝枚舉 絕大多數(shù)生物流體，如人身上的血液、淋巴液、囊液等多種體液以及像細(xì)胞質(zhì)那樣的“半流體”都屬于非Newton流體。 （2）非Newton流體包括塑性流體、假塑性流體（剪切變?。⒚浰苄粤黧w（剪切變稠）、觸變性流體、流凝性流體等多種，描述其內(nèi)摩擦特性的流變模型有多個(gè)。,如Ostwald-dewaele冪律模型、Ellis模型、Carreau模型和Bingham模型等，其中冪定律模型最為常用。,剪切應(yīng)力與剪切速率之間不滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系的流體稱(chēng)

8、為非Newton流體。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ), 冪定律模型 將非Newton流體的黏度描述為速率梯度或剪切速率絕對(duì)值的指數(shù)函數(shù)： 0=k(dvx/dy)n=kn 或 =k(dvx/dy)n=kn-1 當(dāng)n=1時(shí)，=k，即k具有黏度的量綱，此時(shí)流體為Newton流體； 當(dāng)nl時(shí)，為脹塑性或剪切增稠流體； 僅有n、k兩參數(shù)，使用簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛。工業(yè)上80以上的非Newton流體均可用此模型描述。,K為稠度系數(shù)，Pasn；n為流體特性指數(shù)，無(wú)因次，表示與Newton流體偏離的程度。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),1.塑性流體 （1）概念 當(dāng)物體受到超過(guò)某特定閾值的剪切應(yīng)力作用后，發(fā)生永久性變

9、型，該流體即為塑性體。 塑性體有液體也有固體（如燒制陶瓷的泥胎和金屬），一般將液體的塑性體稱(chēng)為塑性流體。 塑性流體也稱(chēng)Bingham流體，是非Newton流體中的一種。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（2）流變方程 塑性流體流變性最常用的測(cè)定方法是旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法。 塑性流體流變曲線(xiàn)的直線(xiàn)段可用下式表征其流變特性： =0塑 （0） 屈服應(yīng)力0和塑性黏度塑是塑性流體的兩個(gè)特征參數(shù)。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（3）流變曲線(xiàn) 流變曲線(xiàn)是一條不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。如圖3-4所示。 剪切應(yīng)力超過(guò)時(shí)0，流動(dòng)特征符合Newton流型。,圖3-4 塑性流體流動(dòng)曲線(xiàn),3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（4）流體特征

10、存在屈服應(yīng)力0 剪切應(yīng)力小于某一數(shù)值0時(shí)不能流動(dòng)，大于0后才能流動(dòng)。 屈服應(yīng)力分析 第一個(gè)屈服應(yīng)力是流體剛開(kāi)始流動(dòng)的切力fL，稱(chēng)為靜切力。 第二個(gè)屈服應(yīng)力是流變曲線(xiàn)直線(xiàn)段的反向延長(zhǎng)線(xiàn)與剪切應(yīng)力軸的交點(diǎn)，稱(chēng)為動(dòng)切力fB（或稱(chēng)Bingham值）。 第三個(gè)屈服應(yīng)力是流體開(kāi)始層流的切力fM。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),黏度隨剪切速率而變化 塑性流體呈剪切稀化性的原因 a)流體靜止時(shí)，分散相顆粒間形成較弱的凝膠，在剪切速率增大時(shí)該凝膠被破壞，使黏度減小。 b)若分散相顆粒為棒狀、片狀或線(xiàn)型大分子化合物，顆粒由靜止態(tài)運(yùn)動(dòng)起來(lái)阻力大，當(dāng)受到足夠的剪切時(shí)，原來(lái)比較散亂的鏈狀顆粒滾動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，收縮成團(tuán)，減少了

11、相互鉤掛，形成定向排列，黏度減小。 如圖3-5所示。,塑性流體是由不對(duì)稱(chēng)性分散相顆粒形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成的（分散相顆粒濃度大到一定程度，彼此互相接觸時(shí)，才能形成塑性流體），要使流體流動(dòng)，必須使剪切應(yīng)力超過(guò)屈服應(yīng)力，破壞其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，流體才能流動(dòng)。,塑性流體是剪切變稀型流體，黏度隨剪切速率增大而減小。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),圖3-5 剪切稀化原理示意圖,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),剪切稀化程度與分子鏈長(zhǎng)短和線(xiàn)型的關(guān)系 a)由直鏈大分子構(gòu)成的分散相顆粒組成的分散體系，比支鏈結(jié)構(gòu)的剪切稀化作用強(qiáng)。 b)長(zhǎng)鏈大分子構(gòu)成的分散相顆粒組成的分散體系比短鏈結(jié)構(gòu)分子剪切稀化作用大。,3.1 黏性流體的流

12、變學(xué)基礎(chǔ),（5）塑性流體實(shí)例 濃肉湯。 蘋(píng)果醬、番茄醬和巧克力等。 牙膏和芥末辣醬是塑性流體。 油墨、油漆、黏土漿等也是塑性流體。,圖3-6 濃肉湯的流變曲線(xiàn),圖3-7 果醬的流變曲線(xiàn),3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),2.假塑性流體 （1）概念 表觀黏度隨剪切應(yīng)力或剪切速率增大而減小的流體稱(chēng)為假塑性流體。 （2）流變方程 = kn （0n1） 表觀黏度a與和的一般關(guān)系為： = a,a與稠度系數(shù)k和流型指數(shù)n有關(guān)，且是剪切速率的函數(shù)： a= kn-1 a與一定的剪切速率相對(duì)應(yīng)，在圖15-30中，表觀黏度： a=tani （i=1，2，3） |n-1|作為其非Newton性質(zhì)的度量。 n只在很小的剪

13、切速率范圍內(nèi)，才近似為常數(shù)。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),n越偏離1，非Newton性質(zhì)越突出，n=1時(shí)代表的流體為Newton流體。,圖3-8 假塑性流體的流變曲線(xiàn),3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（3）流變曲線(xiàn) 若以lg對(duì)lg作圖，得一條直線(xiàn)，從截距和斜率可求出n、k值。 流體表觀黏度隨剪切應(yīng)力的增大而減小。 （4）流體特征 黏度隨剪切速率增大而減小，剪切稀化作用突出； 在任何剪切應(yīng)力范圍內(nèi)均無(wú)彈性特征； 無(wú)屈服應(yīng)力，一旦施加外力就能流動(dòng)； 流變曲線(xiàn)為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)凸向剪切應(yīng)力軸的曲線(xiàn)。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（5）典型的假塑性流體 大多數(shù)高分子化合物（如淀粉、羧甲基纖維素、橡膠、藻

14、蛋白酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉等）溶液、乳狀液和發(fā)生絮凝的溶膠都屬于這類(lèi)流體。 血液在低剪切速率時(shí)也表現(xiàn)出假塑性流體性質(zhì)。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),3.膨脹流體 （1）概念 膨脹現(xiàn)象 膨脹流體,分散體系中分散相顆粒在剪切應(yīng)力的強(qiáng)烈作用下，成為疏松排列結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致視體積增大的現(xiàn)象稱(chēng)為膨脹現(xiàn)象。,凡是表觀黏度隨剪切速率增大而增稠的流體，不管在剪切應(yīng)力作用下有無(wú)體積膨脹都可稱(chēng)為膨脹流體。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（2）流變方程 = kn （1n） 表觀黏度公式： =a 表觀黏度a與稠度系數(shù)k和流型指數(shù)n有關(guān)，且是剪切速率的函數(shù)： a=kn-1 a與一定的剪切速率相對(duì)應(yīng) a=tani （i=1，2，

15、3）,這些公式都顯示出該類(lèi)流體的表觀黏度隨剪切速率或剪切應(yīng)力的增大而增大的特征。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（3）流變曲線(xiàn) 以lg對(duì)lg作圖，得一條直線(xiàn)，從截距和斜率可求出n、k值。 （4）流體特征 無(wú)屈服應(yīng)力，一加外力就流動(dòng)。 黏度隨增加而增大，有剪切稠化現(xiàn)象。 流變曲線(xiàn)為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)凹向剪切應(yīng)力軸的曲線(xiàn)。,圖3-9 膨脹流體的流變曲線(xiàn),3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ), 流體剪切稠化的原因 當(dāng)顆粒濃度很高并接近最緊密排列時(shí)，兩層間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將使顆粒偏離最緊密排列，體積有所增加，需消耗額外能量。 當(dāng)流速增加而使顆粒動(dòng)能升高時(shí)，可能越過(guò)絮凝所要克服的能壘，而發(fā)生絮凝使黏度增大。,a)流體在靜止

16、或剪切應(yīng)力小時(shí)分散相顆粒是完全分散開(kāi)的，黏度很?。划?dāng)剪切應(yīng)力大時(shí)，流體運(yùn)動(dòng)中顆粒碰撞機(jī)會(huì)多，碰在一起的顆粒形成結(jié)構(gòu)，大大增加了流體的流動(dòng)阻力，故顯現(xiàn)出剪切稠化現(xiàn)象。,b)若分散相濃度太小，不足以形成結(jié)構(gòu)，則流體無(wú)膨脹性特征；若分散相濃度很大，靜止時(shí)就能形成結(jié)構(gòu)，再攪動(dòng)流體結(jié)構(gòu)也不會(huì)發(fā)生大變化，剪切增稠不明顯，不呈膨脹性。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),4.觸變流體 （1）觸變性 所謂觸變性是指一些分散體系在攪動(dòng)或其它機(jī)械力作用下，使其不流動(dòng)或難流動(dòng)的凝膠狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)的溶膠狀，再靜置一段時(shí)間體系又恢復(fù)到凝膠狀的性質(zhì)。 觸變性可視為分散體系在恒溫下“凝膠-溶膠”之間相

17、互轉(zhuǎn)換過(guò)程的流變特性。 分散體系在剪切應(yīng)力作用下產(chǎn)生形變，若/之比值暫時(shí)減小，其必具觸變性。,如將氫氧化鋁或氫氧化鐵等凝膠裝入試管中，靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)緩慢傾斜，不流動(dòng)，但用力搖晃后即可流動(dòng)。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（2）觸變流體 觸變流體受剪切應(yīng)力作用（搖動(dòng)、振動(dòng)、攪動(dòng)等）后，流動(dòng)性從無(wú)到有或從小到大變化。 當(dāng)去除外力，靜止一段時(shí)間后，流動(dòng)性從大到小或從有到無(wú)變化。 觸變性流體也是一種塑性體，并且有剪切稀化作用。,在剪切作用下流體由黏稠狀態(tài)變?yōu)榱鲃?dòng)性較大的狀態(tài)，而剪切作用消除后，滯后一段時(shí)間流體又恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，具有這種性質(zhì)的流體稱(chēng)為觸變流體。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（3）流變曲線(xiàn)

18、滯后圈是與時(shí)間有關(guān)的流體流動(dòng)經(jīng)歷曲線(xiàn)。 滯后圈是剪切速率由小到大測(cè)定的剪切應(yīng)力-剪切速率線(xiàn)與從大到小測(cè)定的剪切應(yīng)力-剪切速率線(xiàn)所圍成。 剪切速率減小時(shí)稱(chēng)降速線(xiàn)，反之稱(chēng)增速線(xiàn)，且降速線(xiàn)在增速線(xiàn)的下方。,如圖3-10所示，它形如織布梭或一葉輕舟。,觸變性流體的流變曲線(xiàn)有滯后圈。,圖3-10 觸變性流體的滯后圈,（4）流體特征 觸變流體的特點(diǎn) 觸變流體從有結(jié)構(gòu)到無(wú)結(jié)構(gòu)，或從結(jié)構(gòu)拆散到結(jié)構(gòu)恢復(fù)是一個(gè)等溫可逆過(guò)程。 觸變結(jié)構(gòu)的破壞與形成是時(shí)間的函數(shù)，結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度的變化也是時(shí)間的函數(shù)。 流體的黏度不僅隨剪切速率變化，而且在恒定的剪切速率下，它的黏度也隨時(shí)間的推移而下降，并達(dá)到一個(gè)常數(shù)值。 流變曲線(xiàn)表現(xiàn)為

19、“上行曲線(xiàn)”不再與“下行曲線(xiàn)”重疊，而是兩條曲線(xiàn)之間形成了一個(gè)封閉的“梭形”觸變環(huán)。,這個(gè)“梭形”觸變環(huán)的面積大小反映著流體觸變特性的強(qiáng)弱，它表示破壞觸變結(jié)構(gòu)所需要的能量。 兩次剪切作用之間的結(jié)構(gòu)恢復(fù)時(shí)間的長(zhǎng)短與觸變性強(qiáng)弱有關(guān)，觸變性越強(qiáng)，恢復(fù)時(shí)間越短。,流體經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間高速剪切可從高黏凝膠態(tài)變?yōu)榈宛と苣z態(tài)，具有剪切稀化現(xiàn)象。 流體剪切后再保持靜止有重新稠化的可逆現(xiàn)象。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),當(dāng)剪切作用停止后，黏度又隨時(shí)間的推移而增高，大多數(shù)觸變性流體，經(jīng)過(guò)幾小時(shí)或更長(zhǎng)的時(shí)間，可以恢復(fù)到初始的黏度值。,（5）流體形成觸變性的機(jī)理 靜電作用 分散相顆粒荷電，有靜電吸引與靜電排斥作用，距離一定

20、的靜止顆粒，兩種力達(dá)到平衡，形成凝膠。攪動(dòng)后，凝膠遭到破壞，分散相顆粒呈分散狀態(tài)而自由運(yùn)動(dòng)，形成溶膠。 機(jī)械鉤掛作用 分散體系靜止時(shí)，分散相顆粒之間相互搭架子而形成結(jié)構(gòu)，流體受到剪切應(yīng)力作用發(fā)生流動(dòng)時(shí)，架子被拆散，拆散架子與架子重新搭起均需要時(shí)間，故而表現(xiàn)出觸變性。,但該理論不適于非水分散介質(zhì)，亦無(wú)法解釋不對(duì)稱(chēng)性顆粒更易形成凝膠、觸變性更突出的現(xiàn)象。,觸變性的形成是個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，觸變性流體也是個(gè)復(fù)雜體系，其形成機(jī)理目前仍沒(méi)有非常一致的觀點(diǎn)，但比較流行的機(jī)理有兩種。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),該理論可解釋針狀和片狀的分散相顆粒容易形成結(jié)構(gòu)、觸變性突出的現(xiàn)象，是最流行的一種理論。但對(duì)分散相

21、濃度很低（小于1%）的分散體系，無(wú)法解釋無(wú)顆粒間相互接觸，卻能表現(xiàn)出觸變性的現(xiàn)象。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（6）觸變流體實(shí)例 具有觸變性的流體很多，如低溫下貯存的稠粥、番茄調(diào)味醬、嫩豆腐腦、玉米面糊等。 它們?cè)谌萜髦徐o止時(shí)無(wú)流動(dòng)性或流動(dòng)性很弱，傾倒時(shí)很難流動(dòng)。,1.2分別是經(jīng)過(guò)AB1和AB2歷程所采用的剪切速率；塑,1.塑,2分別是B1A和B2A所代表的流體的塑性黏度（如圖15-36右所示）。,圖3-11 觸變性隨時(shí)間/剪切 速率變化曲線(xiàn),3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),（7）流體觸變性的作用 當(dāng)受到震擊或攪動(dòng)時(shí)即有流動(dòng)性或流動(dòng)性大增，較易傾倒。再靜止足夠時(shí)間后，又很難流動(dòng)。 當(dāng)將油漆新

22、刷到墻或門(mén)窗上時(shí)，刷子離開(kāi)后黏度很快升高，油漆不至于流下來(lái)，否則薄厚不勻，出現(xiàn)流道。當(dāng)來(lái)回刷的過(guò)程中有很好的流動(dòng)性，既省力又能確保油漆層薄、均勻而光亮。,具有觸變性的食品食用時(shí)有柔化爽口之感。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),四、流凝性流體 （1）在一定剪切速率下，剪切應(yīng)力隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大。取消剪切應(yīng)力后，也要滯后一段時(shí)間流體才變稀。 （2）它與膨脹型流體不同，需要在外界“有節(jié)奏的震動(dòng)” 下方可形成凝膠。 （3）有節(jié)奏的震動(dòng)可以是輕輕敲打、有規(guī)則的圓周運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)或擺動(dòng)式攪動(dòng)等。若無(wú)外界“震動(dòng)”，就不會(huì)形成凝膠。,流凝性流體在剪切作用下變稠。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),流凝流體的流變特性及其與

23、脹性流體的區(qū)別 （1）外切應(yīng)力消除后，膨脹流體立即稀化，而流凝流體仍保持一段時(shí)間凝膠狀態(tài)后再稀化； （2）膨脹流體中分散相濃度高，常達(dá)40%以上，且潤(rùn)濕性良好；流凝流體中分散相濃度低，約在1%2%，分散相顆粒是非對(duì)稱(chēng)的，凝膠的形成是顆粒定向排列的結(jié)果。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),流凝流體的實(shí)例 將陽(yáng)離子交換容量很大的鈉蒙脫土分散在蒸餾水中，用離心機(jī)離心，除去沉淀顆粒，取懸浮液，放入試管中，加一滴飽和氯化鈉溶液，用膠皮棒有節(jié)奏地輕輕敲打試管，在室溫下很快就膠凝。 若不給以有節(jié)奏敲擊，加入再多氯化鈉溶液，也不會(huì)膠凝。,3.1 黏性流體的流變學(xué)基礎(chǔ),5.剪切速率與剪切應(yīng)力的關(guān)系 牛頓黏性定律指出

24、：流體流動(dòng)時(shí)剪切速率與剪切應(yīng)力成正比例關(guān)系，即： = 比例系數(shù)稱(chēng)為黏度，是液體流動(dòng)時(shí)有分子之間的摩擦產(chǎn)生的。黏度的國(guó)際單位為Pas，常用其導(dǎo)出單位mPas。黏度是物質(zhì)的固有性質(zhì)。,3.2 剪切黏度的影響因素,1.分散相的影響 （1）分散相濃度 分散相為剛性球體 Einstein公式 數(shù)學(xué)表達(dá)式 Einstein建立的懸浮液分散體系的黏度與分散相顆粒濃度公式： =0(12.5),0是連續(xù)相黏度；是分散相體積分?jǐn)?shù)。,3.2 剪切黏度的影響因素,Einstein公式假設(shè)條件 a)Newton流體； b)分散相為剛性球體； c)分散相顆粒間無(wú)相互作用力； d)無(wú)紊流； e)分散體系濃度很??； f)顆粒

25、Brownian運(yùn)動(dòng)忽略不計(jì)。 Einstein公式的物理意義 稀溶膠黏度隨顆粒體積分?jǐn)?shù)線(xiàn)性增大，與顆粒尺寸及剪切速率無(wú)關(guān)。,3.2 剪切黏度的影響因素,Einstein公式的應(yīng)用條件 / %絮凝非絮凝 通常，5%時(shí)計(jì)算結(jié)果與測(cè)定值相符。濃度大時(shí)，因質(zhì)點(diǎn)間有相互作用，體系黏度將急劇增大，Einstein公式不適用。 固有黏度求算公式 對(duì)溶膠分散體系，常用固有黏度（極限黏度、特性黏度）表征體系黏度： =lim0(0)/0 分散相為剛性球時(shí)，=2.5； 分散相為球形液滴，2.5； 分散相為非球形顆?；蚓奂w粒，2.5。,3.2 剪切黏度的影響因素,（2）分散相黏度 分散相為液體時(shí)，在剪切應(yīng)力作用下

26、懸浮液或乳狀液流動(dòng)時(shí)，作為分散相的液滴也發(fā)生旋轉(zhuǎn)，引起其內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)程度與分散相黏度有關(guān)。 Taylor公式 rel =12.5(2/5) 0/ 0 rel為相對(duì)黏度；為分散相黏度；0為分散介質(zhì)黏度；為分散相體積分?jǐn)?shù)。,當(dāng)分散相為剛性顆粒時(shí)，該式變?yōu)镋instein公式。,3.2 剪切黏度的影響因素, Leviton公式 對(duì)于0.4的濃度較大的乳狀液： lnrel =2.5(5/31/3)(2/5) 0/ 0 乳化劑的加入，可促使分散相與分散介質(zhì)之間的界面形成高強(qiáng)度膜，使液滴具有剛性。 懸浮液或穩(wěn)定性差的乳狀液中的液滴沒(méi)有剛性，而穩(wěn)定性好的乳狀液中液滴具有剛性，穩(wěn)定性越好，其剛性越強(qiáng)。,

27、3.2 剪切黏度的影響因素,（3）分散相形狀 若分散相質(zhì)點(diǎn)是球形的，黏度的增大主要來(lái)源于流體經(jīng)過(guò)質(zhì)點(diǎn)時(shí)流線(xiàn)受到干擾。 若質(zhì)點(diǎn)不是球形對(duì)稱(chēng)的，流體經(jīng)過(guò)質(zhì)點(diǎn)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)要發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，額外消耗能量，同時(shí)質(zhì)點(diǎn)之間也會(huì)相互擔(dān)擾，故黏度大增。 質(zhì)點(diǎn)形狀不對(duì)稱(chēng)的結(jié)果使流體偏離Newton流型。 分散相的形狀對(duì)分散體系黏度影響很大，針狀、棒狀、片狀、橄欖狀及其它不規(guī)則形狀必須在球形基礎(chǔ)上校正。,剪切應(yīng)力與剪切速率的比值不再是常數(shù)，它隨剪切速率的增加而下降，這是由不對(duì)稱(chēng)質(zhì)點(diǎn)在速率梯度場(chǎng)中的定向造成的。,3.2 剪切黏度的影響因素, 含形狀因子F的分散體系黏度公式： = 12.5 (cF/)0 若分散相為球形顆粒，在流

28、場(chǎng)中流動(dòng)阻力具有對(duì)稱(chēng)性，F(xiàn)=1； 若分散相為極細(xì)小的纖維，將在流場(chǎng)中沿流線(xiàn)排列，具有最小阻力。 這兩種極端情況之外的其它條件下，F(xiàn)=0.41.0。 F值主要由數(shù)學(xué)推導(dǎo)，再驗(yàn)證和校正。,c(kgdm-3)為分散相濃度；(kgdm-3)為顆粒密度；0為分散介質(zhì)黏度。,3.2 剪切黏度的影響因素,（4）分散相尺寸 Einstein公式中，分散體系的黏度只與球形對(duì)稱(chēng)的分散相的體積分?jǐn)?shù)有關(guān)，與質(zhì)點(diǎn)大小無(wú)關(guān)，故未反映出黏度與質(zhì)點(diǎn)尺寸的關(guān)系。 若分散相質(zhì)點(diǎn)不是球形對(duì)稱(chēng)，黏度則與質(zhì)點(diǎn)大小有密切關(guān)系。 分散相為液滴時(shí)，液滴尺寸對(duì)乳狀液流變性質(zhì)的影響取決于分散相的體積分?jǐn)?shù)和液滴間的相互作用。,因質(zhì)點(diǎn)變大后其對(duì)稱(chēng)性

29、變差（如線(xiàn)性高分子化合物），使分散體系黏度升高。,液滴相互作用較弱時(shí)，液滴尺寸影響brownian運(yùn)動(dòng)和剪切應(yīng)力效應(yīng)，進(jìn)而影響乳狀液流變性質(zhì)。 高剪切應(yīng)力下，剪切應(yīng)力效應(yīng)大于布氏運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，液滴尺寸對(duì)乳狀液黏度影響較小。,b)=0.40的水包油乳狀液，液滴直徑從0.53m增大到1.08m時(shí)，其表觀黏度明顯下降，剪切稀化作用減弱（見(jiàn)圖15-17，不同液滴直徑下水包正十六烷濃乳狀液）。,3.2 剪切黏度的影響因素,a)液滴粒徑在0.7m30m之間，且其體積分?jǐn)?shù)很小時(shí)，乳狀液黏度基本不受粒徑變化影響。 當(dāng)液滴體積分?jǐn)?shù)0.45時(shí)，粒徑變化對(duì)黏度的影響明顯。,3.2 剪切黏度的影響因素,2.分散介質(zhì)的影響

30、 與分散介質(zhì)黏度相關(guān)的因素很多：自身化學(xué)組成、流變性質(zhì)、極性、pH值及電解質(zhì)濃度等，情況比較復(fù)雜。 （1）分散介質(zhì)添加劑 為滿(mǎn)足加工、傳輸或賦予某些特性，常向溶液、懸浮液、乳狀液等分散體系中加入增黏劑、降黏劑或流型改進(jìn)劑之類(lèi)的物質(zhì)，它們對(duì)流體的流變性產(chǎn)生很大影響。,如為了調(diào)整液態(tài)食品的流動(dòng)性或口感，常在分散介質(zhì)（水）中加入諸如明膠、瓊脂、海藻酸鹽、淀粉和羧甲基纖維素之類(lèi)的食品添加劑，它們對(duì)分散體系的流變性影響很大。,對(duì)分散介質(zhì)黏度有影響的因素都影響著分散體系黏度。,3.2 剪切黏度的影響因素,（2）添加劑濃度對(duì)液體流變性的影響 水溶性天然聚合物濃度達(dá)到臨界值C時(shí)，水溶膠的黏度明顯升高。 C是親水溶膠從“稀釋區(qū)”向“半稀釋區(qū)”轉(zhuǎn)變，聚合物分子由自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向分子相互重疊和滲透狀態(tài)轉(zhuǎn)變所對(duì)應(yīng)濃度。 聚合物濃度低于C時(shí)，溶膠呈Newton流體特征；大于C時(shí)，表現(xiàn)出非Newton流體特征。,3.2 剪切黏度的影響因素,3.乳狀液中乳化劑的影響 乳化劑的組成、性質(zhì)和加量對(duì)乳狀液黏度的影響 乳化劑的化學(xué)成分影響分散液滴間位能（引力位能、斥力位能，甚至空間穩(wěn)定位能），進(jìn)而影響其分散程度、分散相尺寸和有效體積分?jǐn)?shù)和流變性。,3.2 剪切黏度的影響因素,乳化劑濃度對(duì)液滴分散程度的影響。濃度大小影響到分散相液滴尺寸及變形性、液滴相互作用、界面膜強(qiáng)度等，均影響流變性。 分散相液滴吸附乳化劑形成的界