lepkość płynów newtonowskich i nie newtonowskich

jeśli jesteś na tej stronie, prawdopodobnie masz ogólne pojęcie o tym, co to jest lepkość i jak ważna jest w rozwoju każdego zastosowania, które obejmuje przepływ płynu. Jednak charakterystyka płynów jest znacznie głębsza i bardziej złożona niż zwykle się tego oczekuje. Każdy unikalny materiał ma swoje własne zachowanie, gdy jest poddawany przepływowi, deformacji lub naprężeniu.,

w zależności od ich lepkości jako funkcji szybkości ścinania, naprężeń, historii odkształceń…, płyny są scharakteryzowane jako Newtonowskie lub nie-Newtonowskie.

płyny Newtonowskie

płyny Newtonowskie zostały nazwane na cześć Sir Issaca Newtona (1642 – 1726), który opisał zachowanie przepływu płynów z prostą liniową relacją między naprężeniem ścinającym a szybkością ścinania ., Zależność ta jest obecnie znana jako prawo lepkości Newtona, gdzie stała proporcjonalności η jest lepkością płynu:

niektóre przykłady płynów newtonowskich obejmują wodę, rozpuszczalniki organiczne i miód. Dla tych płynów lepkość zależy tylko od temperatury. W rezultacie, jeśli spojrzymy na wykres naprężenia ścinającego w stosunku do szybkości ścinania (patrz rysunek 1), możemy zobaczyć liniowy wzrost naprężenia ze wzrostem prędkości ścinania, gdzie nachylenie jest podane przez lepkość płynu., Oznacza to, że lepkość płynów newtonowskich pozostanie stała (patrz rysunek 2) bez względu na to, jak szybko są one zmuszone do przepływu przez rurę lub kanał(tzn. lepkość jest niezależna od szybkości ścinania).

wyjątkiem od tej reguły są Tworzywa Bingham, które są płynami, które wymagają minimalnego naprężenia przed ich przepływem. Są one ściśle nie Newtonowskie, ale po rozpoczęciu przepływu zachowują się zasadniczo jak płyny Newtonowskie (tj. naprężenie ścinające jest liniowe z szybkością ścinania). Doskonałym przykładem tego rodzaju zachowania jest majonez.,

płyny Newtonowskie zwykle składają się z małych izotropowych (symetrycznych pod względem kształtu i właściwości) cząsteczek, które nie są zorientowane przepływem. Jednak możliwe jest również zachowanie Newtonowskie z dużymi cząsteczkami anizotropowymi. Na przykład roztwory białek lub polimerów o niskim stężeniu mogą wykazywać stałą lepkość niezależnie od szybkości ścinania. Możliwe jest również, aby niektóre próbki wykazywały zachowanie Newtonowskie przy niskich szybkościach ścinania z płaskowyżem znanym jako region lepkości zerowej ścinania.,

płyny nie-Newtonowskie

w rzeczywistości większość płynów nie-newtonowskich, co oznacza, że ich lepkość zależy od szybkości ścinania (ścinanie lub zagęszczanie) lub historii deformacji (płyny tiksotropowe). W przeciwieństwie do płynów newtonowskich, płyny nie-Newtonowskie wykazują nieliniową zależność między naprężeniem ścinającym a szybkością ścinania (patrz rysunek 1), mają naprężenie plastyczne lub lepkość zależną od czasu lub historii odkształceń (lub kombinację wszystkich powyższych!).,

ciecz jest zgrubieniem ścinającym, jeśli lepkość płynu wzrasta wraz ze wzrostem szybkości ścinania (patrz rysunek 2). Częstym przykładem płynów do zagęszczania ścinania jest mieszanina skrobi kukurydzianej i wody. Prawdopodobnie widziałeś tego przykłady w telewizji lub internecie, gdzie ludzie mogą uruchomić tego rodzaju rozwiązania, a jednak, będą tonąć, jeśli staną w miejscu. Ciecze ścinają się, gdy lepkość zmniejsza się wraz ze wzrostem szybkości ścinania. Ciecze do rozrzedzania ścinania, znane również jako pseudo-Tworzywa sztuczne, są wszechobecne w procesach przemysłowych i biologicznych., Typowe przykłady to ketchup, farby i krew.

Nie-Newtonowskie zachowanie płynów może być spowodowane przez kilka czynników, wszystkie z nich związane z reorganizacją strukturalną cząsteczek płynu w wyniku przepływu. W roztopach polimerów i roztworach jest to wyrównanie wysoce anizotropowych łańcuchów, co powoduje zmniejszenie lepkości. W koloidach jest to segregacja różnych faz w przepływie, która powoduje zachowanie ścinania.

a co mnie to obchodzi?,

przepływ płynu jest wysoce zależny od lepkości płynów. Jednocześnie dla płynu nie-Newtonowskiego lepkość jest określona przez charakterystykę przepływu . Patrząc na Rysunek 3, można zaobserwować trzy bardzo różne profile prędkości w zależności od zachowania płynu. Dla wszystkich tych płynów szybkość ścinania na ścianach (tj. nachylenie profilu prędkości w pobliżu ściany) będzie określać lepkość., Skuteczna charakterystyka lepkości jest kluczowa w określaniu, czy ciecz jest Newtonowska czy nie Newtonowska i jaki zakres szybkości ścinania należy wziąć pod uwagę w konkretnym zastosowaniu. Wiele lepkościomierzy na rynku mierzy lepkość wskaźnika, ale często brakuje właściwej charakterystyki szybkości ścinania i lepkości bezwzględnej lub rzeczywistej. Lepkość bezwzględna jest jednym z najważniejszych parametrów przy opracowywaniu i modelowaniu aplikacji związanych z przepływem cieczy. Dlatego właściwa charakterystyka lepkości musi być przeprowadzana z szybkością ścinania, która jest istotna dla danego procesu., Dowiedz się więcej o lepkościomierzach RheoSense i o tym, jak umożliwiają one pomiary rzeczywistej lepkości w szerokim zakresie prędkości ścinania.

jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o lepkości, sprawdź nasze podstawowe strony O:
  • jednostki lepkości dla lepkości dynamicznej i kinematycznej
  • Co to jest lepkość?