第三章第三节详解.ppt

牛顿流体的流动特征 设 ，则非牛顿流体的流动状态方程可写成与牛顿流体相似的形式: 上式中ηa称为表观粘度，与η不同的是:ηa与浓度系数k和流动指数n有关，且是剪切速率的函数。也就是ηa是非牛顿流体在某一特定剪切速率下的粘度。 非牛顿流体分类 (a)假塑性流体:在 中，当O＜n＜1时，即表观粘度随着剪切应力或剪切速率的增大而减少的流动，称为假塑性流动。因为随着剪切速率的增加，表观粘度减少，所以还称为剪切稀化流动。符合假塑性流动规律的流体称为假塑性流体。 假塑性流体最主要的特征是在较大的剪切速率范围内，显示剪切变稀的性质。 为什么会有剪切稀化现象? 有假塑性流动性质的液体食品，大多含有高分子的胶体粒子，这些粒子多由巨大的链状分子构成。在静止或低流速时，它们互相勾挂缠结，粘度较大，显得粘稠。但当流速增大时，也就是由于流层之间的剪应力的作用，使比较散乱的链状粒子滚动旋转而收缩成团，减少了相互勾挂，这就出现了剪切稀化现象。 (b)胀塑性流体 在非牛顿流体的流动状态方程中，如果1＜n＜∞，则称为胀塑性流体。它的表观粘度随剪切速率的增大而增大。 胀塑性流体最主要的特征是在较大的剪切速率范围内，显示剪切变稠的性质。 3.1.3 塑性流体 当作用在物质上的剪切应力大于极限值时，物质开始流动，否则，物质就保持即时形状并停止流动。 剪应力的极限值定义为屈服应力，所谓屈服应力是指使物体发生流动的最小应力，用σ0表示。 塑性流体的流动状态方程为: 式中，???μ——塑性流体的稳定性系数;??? n——流动特性指数;少。? σ0——屈服应力。 塑性流体的流动特性曲线不通过坐标原点。 对于塑性流动来说，当应力超过σ0时，流动特性符合牛顿流动规律的，称为宾汉流动，不符合牛顿流动规律的流动称为非宾汉塑性流动。把具有上述流动特性的液体分别称为宾汉流体或非宾汉流体。 3.1.4 触变性流体 触变性是指当液体在振动、搅拌、摇动时粘性减少，流动性增加，但静置一段时间后，又变得不易流动的现象。 这类体系的特征是：当剪切速率一定时，随时间的推移，应力和表观粘度ηa都随之下降。 粘性是液态食品最基本的特征，在研究液态食品的粘度时，为了方便，规定了一些不同定义的粘度。 （1）相对粘度 在一般情况下，分散体系溶液的粘度比分散介质的粘度大。设η0表示分散体系介质的粘度，η表示溶液的粘度(表观粘度)，则 ηr称为相对粘度。 （2）、比粘度ηs 在同一温度下，一般来说η η0 ，相对于溶剂来说，体系粘度增加的分数称为比粘度。 （3）、换算粘度ηd 换算粘度表示单位浓度的的液中粘度的增加比例。 有时用相对粘度的对数与浓度的比来表示换算粘度，即 （4）特性粘度 换算粘度表示在一定浓度的分散相中由子很多分散粒子的相互作用而增加的粘度对每个粒子进行平均分配的结果。如果忽略粒子间的相互作用，可用如下极限粘度来表示，即基本反应了溶质分子和溶剂分子的内摩擦。 3.2.2 影响液态食品粘度的因素 (1)温度的影响:在一般情况下，温度每上升 1℃，粘度减小 5%-l0%。粘度和温度的关系可以用 Andrade方程表示: 式中，T——热力学温度； A——常数； B——H 与 R 的比值； △H——表面激发能； R——气体常数。 下图表示一种高粘度牛顿液体的粘度一温度关系的实测例。对于非牛顿液体，粘度和转速有关。所以，测定各种转速下的粘度一温度关系，就会得到倾角不同的平行线。 (2)分散相的影响:分散相的影响因素有分散相的浓度、粘度及形状。??? (a)分散相的浓度:分散相为球形固体粒子的液体，影响其粘度的是分散相的体积分数。爱因斯坦根据流体动力学方法，推导出如下公式: 式中，φ——分散相的体积分数；?????????? α——常数。 当分散相为理想的刚体球，且粒子间没有相互作用时，α取值为2.5。即当a=2.5时， 上式 称为爱因斯坦公式。 爱因斯坦公式是理想状态的理论公式。当粒子表面存在水化层或分散介质吸附层、粒子变形、粒子有粘性时，该公式则不适用。但对很稀的悬浮液也可以近似地应用此式。 对于具有一定浓度的液体，也就是说，当分散相粒子浓度较高，粒子之间的碰撞、凝聚、聚合有可能使有效体积分数发生变化时，布莱克曼推导出了一般化粘度公式: 当把括号内的项