Неньютонівська рідина

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Рідина неньютонівська (рос. жидкость неньютоновская; англ. non-Newtonian [complex] fluid; нім. nicht-Newtonsche Flüssigkeit f) — модель рідини, що являє собою суцільне рідке тіло, для якого дотичні напруження внутрішнього тертя \tau, спричиненого відносним проковзуванням (зсувом) шарів рідини описуються нелінійною залежністю від градієнта швидкості у напрямі, перпендикулярному до напрямку проковзування. На відміну від ньютонівських рідин, коли динамічний коефіцієнт в'язкості є константою при заданій температурі і тиску, особливість неньютонівських рідин полягає у залежності параметра в'язкості від градієнту швидкості.

Як синонім до терміну «неньютонівська рідина» вживається, також, термін «аномальна рідина».

Класифікація неньютонівських рідин[ред.ред. код]

Класифікація рідин за видом залежності дотичних напружень від градієгту швидкості.

Неньютонівські рідини у залежності від характеру течії та виду функціонального зв'язку швидкості деформації та швидкості зсуву підрозділяють на три основних категорії:

  • - в'язкі середовища, у яких швидкість зсуву залежить від прикладання напруження зсуву (різні типи нафтопродуктів, консистентні мастила, будівельні розчини та інші дисперсні системи типу суспензій);
  • - середовища, реологічні характеристики яких залежать від часу (в таких рідинах швидкість зсуву визначає не лише величина дотичного напруження, але й тривалість дії);
  • - в'язко-пружні рідини, які мають властивості як рідини, так і твердого тіла та частково виявляють пружне відновлення форми після зняття напруження.

Залежність дотичних напружень неньютонівської рідини описується емпіричною залежністю:

\tau=\eta\left(\frac{du}{dx}\right)^n,

де: \tau — дотичне напруження внутрішнього тертя в рідині, [Па];

\frac{du}{dx} — градієнт швидкості у напрямі, перпендикулярному до напряму зсуву, [с−1];
\eta — коефіцієнт пропорційності, [Па·с].

Класифікація рідин робиться за значенням показника n та часовою залежністю в'язких характеристик:

  • Ньютонівська рідина — лінійний закон (n = 1): \tau=\eta\frac{du}{dy};
  • Степенева рідина — нелінійна, закон степеневий (n ≠ 1): :\tau=\eta\left(\frac{du}{dy}\right)^n:
    • Псевдопластик — n < 1 , при малих швидкостях в'язкість значна, далі зменшується (фарби, емульсії, деякі суспензії);
    • Дилатантна рідина — n > 1 , в'язкість зростає із збільшенням швидкості (глиняні суспензії, солодкі суміші, гідрозоль кукурудзяного крахмалю, системи пісок/вода);
  • Пластична рідина (бінгамівський пластик) — модель Бінгама схожа до моделі сухого тертя. В статичних умовах ведуть себе як тверді матеріали, але при силовому впливі починають текти. Мінімальне зусилля, що необхідно прикласти до системи, щоб вона почала текти називається напруженням зсуву (\tau_0):
\tau = \begin{cases}
\tau_0 + \eta \frac{du}{dx}, \quad \frac{du}{dx} > 0 \\
-\tau_0 + \eta \frac{du}{dx}, \quad \frac{du}{dx} < 0
\end{cases}

В'язкість деяких рідин, при сталих умовах навколишнього середовища і швидкості зсуву, змінюється з часом. Якщо в'язкість рідини з часом зменшується, то рідину називають тиксотропною, а якщо, навпаки, збільшується, то — реопексною. Обидві поведінки можуть спостерігатися як разом з описаними вище типами плину рідин, так і при певних градієнтах швидкостей. Часовий інтервал може сильно змінюватись для різних речовин: деякі матеріали досягають сталого значення в'язкості за декілька секунд, інші — за декілька діб. Реопексні матеріали зустрічаються досить рідко, на відміну від тиксотропних, до яких відносяться мастила, друкарські чорнила, фарби.

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

  • Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
  • Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости, пер. с англ., М., 1964
  • Астарита Дж., Марруччи Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей, пер. с англ., М., 1978
  • Рейнер М. Реология, пер. с англ., М., 1965
  • Шульман 3. П. Беседы о реофизике, Минск, 1976
  • Світлий Ю.Г., Білецький В.С.. Гідравлічний транспорт (монографія). – Донецьк: Східний видавничий дім, Донецьке відділення НТШ, «Редакція гірничої енциклопедії», 2009. – 436 с. ISBN 978-966-317-038-1