聚合反应工程讲课课件1.2

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1、FundamentalsofPolymerReactionEngineering聚合反应工程基础RecommendedTextBook:史子瑾主编《聚合反应工程基础》，化学工业出版社.计其达主编《聚合过程及设备》，化学工业出版社.第二章非牛顿流体的流动和传热CHAPTER2FlowandHeat-TransferforNon-NewtonianFluids本章主要内容(ChapterOutline)非牛顿流体的概念分类，特征，流动特性流变性的测量方法非牛顿流体的流动圆管中的流动计算非牛顿流体的传热层流传热，湍

2、流传热非牛顿流体的概念非牛顿流体的流动特性非牛顿流体在圆管中流动的计算高聚物剪切流动曲线本章重点及难点(Emphasisandnodus)剪切应力与剪切速率的比值，在定温下不是常数，即黏度随剪切速率、剪切应力或时间而变化，在流动曲线图上，不呈直线，或虽呈直线但不通过原点。称这类流体为非牛顿流体。非牛顿流体在流动、混合、搅拌、传热等方面，都具有不同于牛顿流体的特征，从而对高聚物的生产和后处理过程以及成型加工等方面产生很大影响。非牛顿流体(Non-NewtonianFluids)流动曲线图2-2（b）各种不同流体

3、的流动曲线C：胀塑性流体D：宾汉塑性流体E：屈服-假塑性流体F：屈服-胀塑性流体A：牛顿流体B：假塑性流体剪切速率非牛顿流体流动曲线比较非依时性非牛顿流体假塑性流体和胀塑性流体宾汉塑性流体依时性非牛顿流体触变性流体震凝性流体黏弹性流体非牛顿流体分类与特征非牛顿流体的表观黏度(apparentshearviscosity)图2-4表观黏度与剪切速率的关系A：牛顿流体B：假塑性流体(n<1)C：胀塑性流体(n>1)γ高聚物流体流动曲线特征AB:第一牛顿区,零剪切黏度CD:第二牛顿区,极限剪切黏度BC:假塑性区,黏

4、度随剪切速率的增加而降低1、第一牛顿区低切变速率，曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。该区的黏度通常称为零切黏度μ。2、假塑性区(非牛顿区)流动曲线的斜率n<1，该区的黏度为表观黏度μa，随着切变速率的增加，μa值变小。通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。3、第二牛顿区在高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。该区的黏度称为无穷切剪切黏度或极限剪切黏度μ∞。从聚合物流动曲线，可求得μ、μ∞和μa。高聚物流体流动曲线图上的三个区域假塑性行为常常只表现在某一剪切速率范围内，在

5、很高或很低的剪切速率下，流体均表现为牛顿行为。高聚物流体流动曲线特征原因剪切速率小时，大分子不取向或取向甚微，呈牛顿性.剪切速率渐增，大分子随剪切速率逐步取向，显示假塑性.剪切速率很高时，大分子来不及取向，或已充分取向，流体黏度不再随剪切速率变化，流体又表现出牛顿性.聚合物加工成各种制品的过程，主要包括塑料加工、橡胶加工和化学纤维纺丝，这三者的共性研究体现为聚合物流变学。聚合物的性能—高弹形变和黏弹性是聚合物特有的力学性能。这些特性均与大分子的多层次结构的大分子链的特殊运动方式以及聚合物的加工有密切的关系。聚

6、合物的强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、耐溶剂性以及电绝缘性、透光性、气密性等都是使用性能的重要指标。研究聚合物流变学的意义流体类别定义实例理想流体无黏性及完全不可压缩的一种假想流体实际流体牛顿流体有黏性、可压缩的流体满足牛顿内摩擦定律水、空气、汽油、煤油、甲苯、乙醇等非牛顿流体宾汉型塑性流体牙膏、泥浆、血浆等假塑性流体橡胶、油漆、尼龙等胀塑性流体生面团、浓淀粉糊流体分类1.非牛顿流体可分为那几类？各有何主要特征？2.影响高聚物剪切流动曲线的因素有哪些？3.名词解释:入口效应,孔口膨大效应(Barns),

7、弹性回缩现象,法向应力效应,Toms效应4.为何流体的假塑性行为只表现在某一剪切速率范围内？5.指出下列体系可能属于那种非牛顿流体类型？高分子凝胶，饱和聚酯溶液，牙膏，聚丙烯熔体。习题1.平均分子量与分子量分布高分子的浓溶液及熔融高聚物的黏度与分子量的关系，可由下式表示：当较低时，s=1-2，当达到一个临界值之后，s=3.4,当低于临界值时，溶液为牛顿型。高聚物剪切流动曲线与各种因素的关系WhenMMc分子量分布相似时，黏度随分子量的增加而增加，向低值位移。图2-17(a)分子量分布相似时,

8、不同分子量的关系,A,B,C--非牛顿流体;D--牛顿流体平均分子量、分子量分布对黏度的影响分子量分布宽的出现非牛顿流动的值比分子量分布窄的要低得多。且分子量分布越宽，偏离牛顿流动越远。平均分子量、分子量分布对黏度的影响A-分子量分布窄B-分子量分布宽温度、压力和浓度对非牛顿流体的影响升高温度，黏度降低，还将改变流体的类型增加压力，则黏度提高高聚物溶液多为假塑性流体，零剪切黏度与溶液浓度的关系可表示