viscositeit van Newtoniaanse en niet-Newtoniaanse vloeistoffen

Als u op deze site bent, heeft u waarschijnlijk een algemeen idee over wat viscositeit is en hoe belangrijk het is bij de ontwikkeling van toepassingen waarbij vloeistofstroom nodig is. Echter, vloeistof karakterisatie is veel dieper en complexer dan wat gewoonlijk wordt verwacht. Elk uniek materiaal heeft zijn eigen gedrag wanneer het wordt blootgesteld aan stroming, vervorming of stress.,

afhankelijk van hun viscositeitsgedrag als functie van schuifsnelheid, spanning, vervormingsgeschiedenis… vloeistoffen worden gekarakteriseerd als Newtoniaans of niet-Newtoniaans.

Newtoniaanse vloeistoffen

Newtoniaanse vloeistoffen zijn vernoemd naar Sir Issac Newton (1642 – 1726) die het stromingsgedrag van vloeistoffen beschreef met een eenvoudige lineaire relatie tussen afschuifspanning en afschuifsnelheid ., Deze relatie staat nu bekend als de Viscositeitswet van Newton, waar de proportionaliteitsconstante η de viscositeit van de vloeistof is:

enkele voorbeelden van Newtoniaanse vloeistoffen zijn water, organisch oplosmiddelen en honing. Voor deze vloeistoffen is de viscositeit alleen afhankelijk van de temperatuur. Als gevolg hiervan, als we kijken naar een grafiek van afschuifspanning versus afschuifsnelheid (zie Figuur 1) kunnen we een lineaire toename van stress zien met toenemende afschuifsnelheden, waarbij de helling wordt gegeven door de viscositeit van de vloeistof., Dit betekent dat de viscositeit van Newtoniaanse vloeistoffen constant blijft (zie Figuur 2) ongeacht hoe snel ze door een pijp of kanaal moeten stromen (dat wil zeggen dat de viscositeit onafhankelijk is van de schuifsnelheid).

een uitzondering op de regel is Bingham plastics, dat vloeistoffen zijn die een minimale belasting vereisen voordat ze stromen. Deze zijn strikt niet-Newtoniaans, maar zodra de stroom begint gedragen ze zich in wezen als Newtoniaanse vloeistoffen (dat wil zeggen dat afschuifspanning lineair is met afschuifsnelheid). Een goed voorbeeld van dit soort gedrag is mayonaise.,

Newtoniaanse vloeistoffen bestaan normaal gesproken uit kleine isotrope (symmetrisch van vorm en eigenschappen) moleculen die niet door stroming zijn georiënteerd. Nochtans, is het ook mogelijk om Newtoniaans gedrag met grote anisotrope molecules te hebben. Bijvoorbeeld, lage concentratie eiwit of polymeeroplossingen kunnen een constante viscositeit vertonen, ongeacht de afschuifsnelheid. Het is ook mogelijk voor sommige steekproeven om Newtoniaans gedrag bij lage afschuifsnelheden met een plateau te tonen dat als het gebied van de nulschuifviscositeit wordt bekend.,

niet-Newtoniaanse vloeistoffen

in werkelijkheid zijn de meeste vloeistoffen niet-Newtoniaans, wat betekent dat hun viscositeit afhankelijk is van de afschuifsnelheid (Afschuifverdunning of-verdikking) of de vervormingsgeschiedenis (thixotrope vloeistoffen). In tegenstelling tot Newtoniaanse vloeistoffen vertonen niet-Newtoniaanse vloeistoffen ofwel een niet-lineaire relatie tussen afschuifspanning en afschuifsnelheid (zie Figuur 1), hebben ze een vloeispanning, of viscositeit die afhankelijk is van tijd of vervormingsgeschiedenis (of een combinatie van al het bovenstaande!).,

een vloeistof wordt schuifverdikt als de viscositeit van de vloeistof toeneemt naarmate de schuifsnelheid toeneemt (zie Figuur 2). Een veel voorkomend voorbeeld van shear verdikkingsvloeistoffen is een mengsel van maïzena en water. Je hebt waarschijnlijk voorbeelden hiervan gezien op TV of op het internet, waar mensen over dit soort oplossingen kunnen rennen en toch zullen ze zinken als ze stil staan. Vloeistoffen worden afschuifverdunner als de viscositeit afneemt naarmate de afschuifsnelheid toeneemt. Afschuifverdunnende vloeistoffen, ook bekend als pseudo-plastics, zijn alomtegenwoordig in industriële en biologische processen., Veel voorkomende voorbeelden zijn ketchup, verf en bloed.

niet-Newtonisch gedrag van vloeistoffen kan worden veroorzaakt door verschillende factoren, allemaal gerelateerd aan structurele reorganisatie van de vloeistofmoleculen als gevolg van flow. Bij polymeersmelt en-oplossingen is het de uitlijning van de sterk anisotrope ketens die resulteert in een verminderde viscositeit. In colloïden, is het de segregatie van de verschillende fasen in de stroom die een afschuif dunner gedrag veroorzaakt.

wat kan mij dat schelen?,

vloeistofstroom is sterk afhankelijk van de viscositeit van vloeistoffen. Tegelijkertijd wordt voor een niet-Newtoniaanse vloeistof de viscositeit bepaald door de stromingskenmerken . Als je naar figuur 3 kijkt, kun je drie verschillende snelheidsprofielen zien, afhankelijk van het vloeistofgedrag. Voor al deze vloeistoffen zal de afschuifsnelheid aan de wanden (d.w.z. de helling van het snelheidsprofiel bij de wand) de viscositeit bepalen., Een succesvolle karakterisering van de viscositeit is essentieel om te bepalen of een vloeistof Newtonisch of niet-Newtonisch is, en welk bereik van schuifsnelheden moet worden overwogen voor een specifieke toepassing. Veel viscometers op de markt meten de viscositeit van de index, maar missen vaak een goede karakterisering van de afschuifsnelheid en absolute of ware viscositeit. Absolute viscositeit is een van de belangrijkste parameters in de ontwikkeling en modellering van toepassingen waarbij vloeistofstroom betrokken is. Daarom moet de juiste karakterisering van de viscositeit worden uitgevoerd met een afschuifsnelheid die relevant is voor het specifieke proces., Lees meer over rheosense-viscometers en hoe ze metingen van ware viscositeit mogelijk maken over een breed scala aan afschuifsnelheden.

als u meer wilt weten over viscositeit, bekijk dan onze BASICS SITES over:
  • Viscositeitseenheden voor dynamische en kinematische viscositeit
  • Wat is viscositeit?