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1、2021/2/71第9章 流变学Rheology2021/2/72§9-1引言Introduction§9-2黏度Viscosity§9-3非牛顿流体Non-Newtonianflow§9-4黏弹性Viscoelasticity第9章 流变学2021/2/73§9-1引言流变学是研究在外力作用下物质流动与变形的科学。最简单的流变性一方面表现为牛顿黏性流体的性质;另一方面表现为虎克弹性固体的性质。但在自然界中有许多物质尤其是具有胶体性质的物质既非牛顿流体又非虎克固体,它们在外力作用下呈现出特殊的复杂的形变
2、和流动特性,这就是流变学所要研究的对象。2021/2/74§9-1引言研究流变学有两种方法,其一是用数学方法来描述物体的流变性质而不追求其内在原因;其二是通过实验,从物体所表现出的流变性质联系到物体内部的结构,解释现象的本质。胶体分散体系的流变性质主要依赖于以下几个因素:（1）分散介质的黏度;（2）质点的浓度;（3）质点的大小和形状;（4）质点－质点和质点－分散介质间的相互作用。2021/2/75一、牛顿黏度定律§9-2黏度二、黏度的测定三、稀胶体溶液的黏度2021/2/76黏度是液体在流动时所表现出来
3、的内摩擦的大小。一种液体的黏度,就是指对该液体不同部分相对运动时内部阻力的测量。一、牛顿黏度定律§9-2黏度图9-12021/2/77上式中,为液体流动时的速度梯度,亦称切速率;为维持稳定的流动,保持速度梯度不变,则要对上面的平板施加恒定的力,称为切力F;表示单位表面积上的切力;为该液体的黏度,其单位为N·m-2·s或Pa·s。牛顿黏度公式§9-2黏度2021/2/78凡符合牛顿黏度公式的液体称为牛顿流体。其特点是 只与温度有关,对给定的液体,在定温下有定值。不因 或D值不同而改变。§9-2黏度上述稳定
4、的流动称为层流,在同一层上流速相同,不随时间而改变。当速度超过某一限度时,层流变成湍流,有不规则的或随时间而变的漩涡发生,此时就不再服从牛顿黏度公式。2021/2/79§9-2黏度二、黏度的测定1、毛细管流动法是一种最常用的测量黏度的方法,是建立在流体通过毛细管的流动这一现象的,迫使流动所需的压力造成了剪切应力。两种液体的相对黏度系数可用一个简单的奥斯瓦德黏度计来测量。测定黏度的方法主要有毛细管法、转筒法及落球法。2021/2/710奥斯瓦德黏度计§9-2黏度图9-2奥氏黏度计2021/2/711对于研
5、究非牛顿液体的流动状态,多采用同心圆筒式、锥板式装置。在实际工作中主要由它来确定流体的流型。2、转筒法或体系黏度、筒的转速和所加重量W（或弹簧丝的偏转角 ）之间的关系:§9-2黏度图9-3同心圆筒式黏度计扭力丝反射镜变速马达2021/2/712§9-2黏度锥板样品图9-4锥板法锥板装置可使整个样品的速度梯度保持为常数,故特别适用于高黏度物质的研究。2021/2/713§9-2黏度液体流动时,为克服内摩擦需要消耗一定的能量。若液体中有质点存在,则液体的流线在质点附近受到干扰,需消耗额外的能量。因此,溶胶或
6、悬浮液的黏度均高于纯溶剂的黏度。胶体分散体系的黏度与分散质点的特性之间的关系已成为实验与理论研究的主要课题。三、稀胶体溶液的黏度2021/2/714§9-2黏度设纯溶剂的黏度为,溶液的黏度为,两者不同的组合得到不同的黏度表示方法:2021/2/715§9-2黏度对于稀的溶胶或悬浮液,爱因斯坦曾导出下列关系式:其中k为常数,k=2.5。即:为分散相所占的体积分数。因此,这些质点对分散体系黏度的影响,仅取决于其所占的总体积,而与质点的大小无关。1、分散相浓度的影响2021/2/716在推导上式时的基本假定:
7、（1）质点是远大于溶剂分子的圆球;（2）质点是刚体,且与介质无相互作用;（3）溶胶很稀,液体经过质点时,各层流所受的干扰不相互影响;（4）无湍流。如某些孢子和真菌、聚苯乙烯等的一些稀分散体系（﹤0.02）为实验所证实。§9-2黏度2021/2/717对于体积分数不大于3％的球形质点,与 呈线性关系,但k﹥2.5;对于非刚性球悬浮体（如乳状液）,k﹤2.5。对于中等浓度的分散体系,由于质点周围的流线紊乱区域的相互重叠,爱因斯坦公式不适用。顾茨（Guth）和西姆哈（Simha）公式:§9-2黏度2021/2
8、/7182、温度的影响温度升高,液体分子间的相互作用减弱,因此,液体的黏度随温度升高而降低。因此,测量液体的黏度时必须注意控制温度。溶胶的黏度也随温度升高而降低,由于溶剂的黏度也相应降低,故 随温度的变化往往不大。但对于较浓的胶体体系,由于在低温时质点间常形成结构,甚至胶凝,而在高温时结构又常被破坏,故黏度随温度变化的幅度要大得多。§9-2黏度2021/2/719质点是球形,黏度的增加主要是由于液体经过质点时流线所受到干扰所造成的。若质点是
