流体力学-非牛顿流体力学

第九章非牛顿流体流动1/15第一节非牛顿流体的流变特性2/15第一节非牛顿流体的流变特性流体对机械作用的响应不仅依据于这些守恒律，而且取决于该种流体的特性，这种响应称之为物质的应力应变关系人们花费了大量精力研究精确描述流体应力应变关系的本构方程，但只得到了几种具有近似意义的本构方程。严格意义上，一种特定的本构方程只适用于一种假设的模型化的流体。因此本构关系的建立相当于定义一种假设的流体模型，即用一种近似的方法描述某一特定流体的流变行为3/15第一节非牛顿流体的流变特性_分类1.1无时间依存性的非牛顿流体1.2有时间依存性的非牛顿流体1.3粘弹性非牛顿流体1）纯粘性非牛顿流体2）粘塑性非牛顿流体1）触变性非牛顿流体2）振凝性非牛顿流体等剪切速率条件下剪切应力随剪切时间而增大流变特性对剪切速率变化的响应是滞后的剪切速率超过一有限值后才流动,剪切力超过一个值时才有流动剪切应力只与剪切速率有关,有剪切力就回有流动剪切应力同时依赖于剪切速率和变形程度具有与时间有关的非牛顿流体的全部流变性质又具有部分弹性恢复效应的物料的性质4/15第一节非牛顿流体的流变特性_幂律1.1无时间依存性的非牛顿流体1）纯粘性非牛顿流体ndrdKK为稠度系数n为流动指数n,=,1这两个系数均与温度有关5/151.1无时间依存性的非牛顿流体第一节非牛顿流体的流变特性_宾汉2）粘塑性非牛顿流体drdy石蜡、沥青、某些钻井液、漂浮在空中的灰尘悬浮体、下水道中排放的污液6/15第一节非牛顿流体的流变特性_其他3)低剪切速率下介于宾汉和幂律模型之间,综合了宾汉模型和幂律模型特点卡森模型赫谢尔－巴克利模型罗伯逊－史蒂夫模型1.1无时间依存性的非牛顿流体7/15第一节非牛顿流体的流变特性_其他3)低剪切速率下介于宾汉和幂律模型之间,综合了宾汉模型和幂律模型特点卡森模型赫谢尔－巴克利模型罗伯逊－史蒂夫模型卡森模型是两参数模型，在油漆、涂料、塑料等领域有所应用，在钻井液中应用较少1.1无时间依存性的非牛顿流体油漆、涂料、塑料等领域有所应用，在钻井液中应用较少20.50.5yddr大部分钻井液和某些原油为带屈服值的拟塑性非牛顿流体其特点是与宾汉流体一样具有屈服值，但当应力超过屈服值时其应力应变关系是非线性的drddrdKny1罗伯逊－史蒂夫模型属三参数模型，表达式繁琐，实际使用得很少ndKCdrC为速度梯度修正值8/15第一节非牛顿流体的流变特性_分类1.1无时间依存性的非牛顿流体1.2有时间依存性的非牛顿流体1.3粘弹性非牛顿流体1）纯粘性非牛顿流体2）粘塑性非牛顿流体1）触变性非牛顿流体2）振凝性非牛顿流体(略)依时性非牛顿流体对剪切速率变化的响应是滞后的，由于流体结构的变化极其缓慢，因此其变化过程不可逆。依赖于剪切速率和剪切过程的结构参数确定。粘弹性非牛顿流体粘弹性流体是指剪切应力同时依赖于剪切速率和变形程度的非牛顿流体。既具有与时间有关的非牛顿流体的全部流变性质又具有部分弹性恢复效应的物料的性质9/15FdAnVVdvVdtcsrcv11nrzddKdrdr第二节拟塑性流体在圆管中的层流运动_解析解边界条件，r=R处，V=0控制方程本够关系10/15FdAnVVdvVdtcsrcv102212212lhhglrrlpprrz1nrzddKdrdr02ndrdKgJrlhhglppJ2121第二节拟塑性流体在圆管中的层流运动_解析解边界条件，r=R处，V=0控制方程本够关系11/1502ndrdKgJrlhhglppJ2121CrnnKgJnnn1112nnnRKgJnnC112111112nnnngJRrRnKR第二节拟塑性流体在圆管中的层流运动_解析解12/15边界条件，r=R处，V=0第二节拟塑性流体在圆管中的层流运动_速度分布nnRrnn1111313/15第二节拟塑性流体在圆管中的层流运动_压力降水头损失nnnhlnngRKLJLh1321gDLhhl22nnnnnDK26822RennpDKpRe64拟塑性流体雷诺数14/15第三节宾汉流体在圆管中的层流运动FdAnVVdvVdtcsrcv1边界条件，r=R处，V=0控制方程本够关系drdyrz15/1502rzgJrdrdyrz第三节宾汉流体在圆管中的层流运动边界条件，r=R处，V=0RrrrRrRgJy022,416/15RrrCrgJry02,4RgJRCy4202rzgJrdrdyrz第三节宾汉流体在圆管中的层流运动224ygJvRrRr304021318RrRRrgJRy22DLgJLp431341164RyRyD17/15第三节宾汉流体在圆管中的层流运动FdAnVVdvVdtcsrcv1边界条件，r=R处，V=0控制方程本够关系drdyrzRrrrRrRgJy022,4304021318RrRRrgJRy22DLgJLp431341164RyRyD18/15RrrCrgJry02,4RgJRCy42第三节拟宾汉流体在圆管中的层流运动FdAnVVdvVdtcsrcv1边界条件，r=R处，V=0控制方程本够关系nydrdKnnynnyKKgJrKKgJRgJKnn112212nnnnLpDnnLpDKLpDLpDgRdrdyyyynnny11242134442213119/1502nygJrdKdr其他非牛顿流体圆管与环空流动第四节粘弹性流体在圆管中的不稳定层流运动第五节拟塑性流体在环空中的层流运动第六节非牛顿流体在圆管中的湍流运动20/15