Неньютоновские жидкости. Основные понятия
Неньютоновскими, или аномальными, называют жидкости, которые не подчиняются основному закону внутреннего трения Ньютона–Петрова. Они достаточно часто встречаются в природе и имеют широкое применение в быту и технике.
Основной
характеристикой неньютоновских жидкостей
являются так называемые кривые течения
(реограммы), изображающие графически
зависимость между градиентом скорости
(скоростью сдвига), обозначаемым
,
и возникающим в ней касательным
напряжением
.
Для ньютоновских жидкостей кривые течения носят линейный характер, описываются уравнением
или
и изображаются на графике прямыми линиями, проходящими через начало координат (рис. 4). Вязкость этих жидкостей определяется углом наклона соответствующей прямой реограммы к горизонтальной оси и является единственной постоянной, полностью характеризующей реологические свойства жидкости при данных температуре и давлении независимо от градиента скорости.
.
К
ривые
течения неньютоновских жидкостей весьма
многообразны и в общем случае не являются
линейными. Расположение этих кривых
на графике и их форма (рис. 4) определяют
класс неньютоновской жидкости и
характеризуют особенности ее течения.
1 – ньютоновская жидкость
2 – дилатантная жидкость
3 – псевдопластичная жидкость
4 – вязкопластичная жидкость
Рисунок 4 – Примеры реологических кривых течения жидкостей
Кривые течения псевдопластичных и дилатантных жидкостей хорошо описываются степенной зависимостью вида:
,
где k – мера консистенции жидкости;
n – характеристика степени неньютоновского поведения жидкости;
k, n – постоянные для данной жидкости величины;
Чем выше вязкость, тем больше значение k, а чем больше значение n отличается от единицы (ньютоновская жидкость), тем сильнее проявляются её неньютоновские свойства. Для псевдопластичной жидкости n<1, а для дилатантной n>1.
Для вязкопластичной жидкости уравнение может быть записано в следующем виде:
,
где:
– предел текучести или начальное
напряжение сдвига.
Для характеристики
реологических свойств неньютоновсих
жидкостей вводится понятие эффективной
кажущейся вязкости. Это некоторая
условная характеристика, используемая
при выполнении расчетов по обычным
формулам гидравлики ньютоновских
жидкостей. Она даже для данной жидкости
не является постоянной, а зависит от
градиента скорости и напряжения сдвига
и определяется на реограмме углами
наклона прямых, соединяющих начало
координат с точками кривой течения.
.
Рисунок 5 – К
определению
У псевдопластичных жидкостей эффективная вязкость с увеличением или уменьшается. Эти жидкости при течении как бы разжижаются. У дилатантных, наоборот, при возрастании или вязкость увеличивается, жидкости при этом загустевают.
К неньютоновским жидкостям можно отнести многие пищевые жидкости: кефир, сметана, сгущенное молоко, томатные пасты и т. п.