8.2 Ньютоновские жидкости
Ньютоновские жидкости характеризуются прямо пропорциональной зависимостью изменения напряжения сдвига τ от скорости сдвига (рис. 41а). Вязкость жидкости на графической зависимости пропорциональна тангенсу угла наклона μ=φtg(α2)=const, a реологические свойства описываются уравнением Ньютона:
τ (30)
В последующем вязкость ньютоновских жидкостей будем обозначать буквой μ, а ненъютоновских η. К ньютоновским жидкостям относятся низкомолекулярные жидкости, у которых диссипация энергии вязкого течения обусловлена перемещением небольших молекул и не зависит от скорости сдвига.
Вязкость ньютоновских жидкостей изменяется только от температуры или строения вещества. Изменение вязкости достаточно хорошо отображается графически: чем выше вязкость, тем больше угол наклона линейной зависимости α (рис. 41а).
а б
1 — вязкопластичная (тело Шведова-Бингама);
2 — псевдопластичная;
3 — ньютоновская;
4 — дилатантная
Рисунок 41 - Зависимость от скорости сдвига напряжения сдвига (а — кривые течения) и вязкости (6) для различных жидкостей
8.3 Вязкопластичные жидкости (тело Шведова — Бингама)
Для вязко - пластичных жидкостей характерно наличие предельного напряжения сдвига при течении. Течение таких жидкостей происходит лишь в том случае, когда напряжение сдвига при приложении силы больше предельного напряжения текучести τт (рис. 41а). Такое поведение жидкостей, вероятно, объясняется тем, что они способны к образованию пространственных структур, которые препятствуют сдвигу слоев, т.е. при определенных небольших напряжениях такие жидкости проявляют свойства упругого тела. После того, как под действием внешних сил эти структуры разрушатся, появляется вязкое течение, при этом сдвиг происходит только в тех слоях, где напряжения сдвига больше τт. Данные структуры являются обратимыми и после снятия деформации в статическом состоянии через некоторое время восстанавливаются. По характеру течения к вязкопластичным жидкостям относятся буровые растворы, шламы, масляные краски. Так, при нанесении краски под действием внешних сил (движение кисти) происходит ее течение и равномерное распределение по поверхности. Если краска нанесена тонким слоем и напряжения, возникающие под действием сил гравитации, меньше, чем напряжение текучести, краска со стены не стекает. При нанесении толстого слоя соотношение напряжений изменяется, появляется течение краски и образуются подтеки. При течении вязкопластичных жидкостей по трубам, в центральных слоях, где напряжения сдвига меньше предела текучести, сдвиг слоев жидкости отсутствует. Жидкость течет, как бы имея центральное твердое ядро с прямоугольным профилем скорости. Реологические свойства вязкопластичных жидкостей описываются уравнением:
=т + (31)